Bildung · Forschung
“Der 3D‑Druck ermöglicht es Wissenschaftlern und Ingenieuren, schnell Prototypen zu erstellen und die Grenzen des Möglichen zu erweitern.”
DZDina ZimmermannBauingenieurin bei IdeaSquare, CERN
CERN
Die Geschichte lesenCERN, in drei Zahlen
CERN – die Europäische Organisation für Kernforschung – erforscht seit 1954 von Genf aus die Teilchen, aus denen Materie besteht, mit über 12.000 Mitarbeitern und dem Large Hadron Collider. Original Prusa Drucker sind in allen Abteilungen im Einsatz, und einige der gedruckten Teile gelangen in den Tunnel.
- 12.000+Menschen am CERN
- 27 kmder LHC-Ring
- 100 munterirdisch
27 kmder LHC-Ring · 100 m unter der Erde
Die Ausrichtung ist aufgrund der eigenen Bewegungen der Erde eine Herausforderung – und in diesem Maßstab muss alles maßgefertigt sein.
Eine 27 Kilometer lange Maschine, die die Erde ständig bewegt
- ProblemDer Large Hadron Collider ist 100 Meter unter der Erde vergraben und erstreckt sich über 27 Kilometer, und er muss perfekt ausgerichtet bleiben, damit die Experimente überhaupt eine Bedeutung haben. Die eigenen Bewegungen der Erde wirken dem entgegen. [3D Printing Now 01/2024, S. 26] „Dank der Größe und Komplexität des LHC ist es nur natürlich, dass alles maßgefertigt sein muss.“ [S. 26]
- LösungCERN-Ingenieure entwerfen und produzieren die Sensoren, Steuerungssysteme und Beschleuniger, die die Positionen der großen Magnete messen und anpassen. Der 3D-Druck wird nicht nur zum Testen, sondern auch für Teile verwendet, die direkt in den Tunneln des LHC installiert werden. [S. 26] Die Drucker werden nicht in einem einzigen Labor aufbewahrt: Bei Prusas Besuch wurden sie in allen Abteilungen gefunden, von der Wartung und IT bis hin zu den Forschungseinrichtungen. [Blog]
- WertDie Vorteile werden als „senkt Kosten mit 3D-gedruckten Modellen, die direkt im LHC verwendet werden“ und „beschleunigt die Herstellung von Teilen für extreme Umgebungen“ beschrieben. [S. 27]
“Wir nutzen den 3D-Druck sehr viel. Er dient nicht nur zum Testen, sondern auch zur Herstellung von Teilen, die direkt in die Tunnel des Large Hadron Colliders gelangen.”
Jonas Kampp, Mechatronik-Ingenieur am CERN (Prusa Blog)
Eine Perle, die einen Draht über 200 Meter trägt
- ProblemEntfernungen in einem kritischen Teil des LHC werden durch einen empfindlichen Draht gemessen, der sich über 200 Meter erstreckt – auf jeder Seite der vier Experimente. Ein Großteil der restlichen Ausrüstung läuft über empfindliche Glasfaserkabel, bei denen eine zu starke Biegung das Glas im Inneren bricht und das Signal zerstört. [S. 26–27; Blog]
- LösungEine auf einem Original Prusa 3D-Drucker hergestellte Perle trägt den Draht und schützt ihn vor Beschädigungen [S. 26] – es dauerte viel Zeit und viele Versuche, bis sie richtig war [Blog]. Drumherum schützen gedruckte Gehäuse und Führungen die Optik: Das FSI-Fotodetektionsmodul verfügt über eine gedruckte Komponente, die die optischen Fasern in ordentlichen Spulen anordnet, sodass sie niemals scharf gebogen werden. [S. 27]
- WertDies sind keine Modelle von Teilen. Es sind die Teile, im Tunnel, die die Messungen durchführen – gedruckt, weil in diesem Maßstab ohnehin alles ein Einzelstück ist. [S. 26]
Im Kunststoff testen, bevor das teure Material eingesetzt wird
- ProblemEin Werkzeug für den LHC muss sich als zuverlässig erweisen, bevor das teure Material dafür eingesetzt wird – und am CERN kann das teure Material der ganze Sinn des Experiments sein. [S. 27]
- LösungDen Test drucken. Ein Machbarkeitsdruck für einen Sensor des Hydrostatischen Nivelliersystems wurde erstellt, um zu untersuchen, ob das Teil in Metall gedruckt und die Produktionskosten gesenkt werden könnten [S. 27; Blog]. Ein Prototyp-Verbinder zwischen zwei Drahtpositionierungssystem-Sensoren ging denselben Weg – und wurde mehrmals neu konstruiert, noch bevor der Artikel veröffentlicht wurde. [S. 27; Blog] Gedruckte Rohrverbinder werden kundenspezifisch gefertigt und bleiben leicht modifizierbar – eine Eigenschaft, die ein maschinell gefertigtes Teil in dem Moment verliert, in dem es existiert. [S. 27, Bildunterschrift]
- Wert„Oft werden diese gedruckten Modelle sogar als Endprodukte verwendet.“ Die Vorteilsbox ergänzt die andere Hälfte: Sie reduziert den Verbrauch teurer Materialien bei Prototypentests und erstellt schnell einsatzbereite Prototypen für risikoreiche Projekte. [S. 27]
Die Probe wechseln, ohne den Strahl abzuschalten
- ProblemDer CLEAR-Beschleuniger des CERN richtet einen Strahl auf Krebszellen, um das gesunde Gewebe um sie herum zu schonen. Das Experiment erfordert einen schnellen Austausch bestrahlter Proben – und da Strahlung im Raum ist, steht die menschliche Sicherheit an erster Stelle, sodass niemand einfach hineingehen und dies tun kann. [S. 27; Blog] Das VITO-Projekt hat dasselbe Problem in einer anderen Form: flüssige Proben in einer Hochvakuumumgebung, wo das Öffnen und Schließen der Ausrüstung zum Wechseln einer Probe Zeit kostet. [S. 27; Blog]
- LösungBei IdeaSquare – der Werkstatt, in der junge Köpfe mit erfahrenen Wissenschaftlern zusammenarbeiten – tauscht eine 3D-gedruckte Roboterlösung die Proben aus, ohne den Strahl zu unterbrechen, und die Probenboxen selbst werden dort gedruckt. [S. 27; Blog] Für VITO ermöglichen ein spezieller Halter und eine 3D-gedruckte 8-mm-Kapillare den Probenwechsel, ohne das Experiment zu stoppen. Die Kapillare wird aus Harz auf einem Original Prusa SL1 gedruckt. [S. 27; Blog]
- WertDer Strahl läuft weiter, die Leute bleiben aus dem Raum, und das Experiment wartet nicht mehr auf seine eigene Wartung. [S. 27]
“3D-Druck ermöglicht es Wissenschaftlern und Ingenieuren, schnell Prototypen zu erstellen und die Grenzen des Möglichen zu erweitern,”
Dina Zimmermann, Bauingenieurin bei IdeaSquare, CERN
Könnte Ihr Labor das Teil drucken, anstatt darauf zu warten?
Sagen Sie uns, was Sie bauen. Wir kommen mit den Maschinen, den Materialien und den Teilen zurück, die andere Forschungsgruppen zuerst drucken.
Sie sind sich immer noch nicht sicher, wie 3D-Druck in Ihr Klassenzimmer passt?
Sehen Sie, was andere Unternehmen drucken – ein Klassenzimmer, einen Hangar, ein Autowerk, eine Transplantationsklinik.
Kundenbericht — ETH Zürich
Jeder der über 100 Drucker der ETH Zürich wurde von einem Studenten gebaut
Das HYTAC-Programm der Architekturabteilung bildet über 300 Studenten pro Semester aus, und jeder von ihnen baut innerhalb von zwei Tagen einen Original Prusa Bausatz zusammen, bevor er etwas druckt. Es begann als Wartungsproblem: Die Universität konnte die Maschinen finanzieren, aber nicht das Personal, um sie am Laufen zu halten.
- 100+Original Prusa Drucker
- 300+Studenten pro Semester geschult
- 20Drucker werden jedes Jahr ersetzt
“Ich kann mir eine Welt ohne 3D-Druck nicht vorstellen. Es würde einfach nicht funktionieren!”
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Die Fragen Ihres Teams, beantwortet
Was Technik, Qualität und Beschaffung normalerweise vor dem ersten Druck fragen.
Fertigungsingenieur
Werkzeuge / Produktion
F&E‑Ingenieur
Materialien / Haltbarkeit
Qualitäts-/Rückverfolgbarkeitsingenieur
Qualitätssicherung
Wartungstechniker
Ersatzteile / Reparaturen
Einkaufsleiter
Einkauf