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“La stampa 3D consente a scienziati e ingegneri di realizzare rapidamente prototipi e di superare i limiti del possibile.”
DZDina ZimmermannIngegnere strutturale presso IdeaSquare, CERN
CERN
Leggi la storiaIl CERN, in tre numeri
Il CERN — l'Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare — da Ginevra studia le particelle che compongono la materia dal 1954, con oltre 12.000 collaboratori e il Large Hadron Collider. Le stampanti Original Prusa sono utilizzate in tutti i suoi dipartimenti, e alcune delle parti che stampano vengono utilizzate nel tunnel.
- 12.000+persone al CERN
- 27 kml'anello dell'LHC
- 100 msottoterra
27 kml'anello dell'LHC · 100 m sottoterra
Mantenere l’allineamento è difficile a causa dei movimenti della Terra stessa — e, su questa scala, ogni elemento deve essere realizzato su misura.
Una macchina di 27 chilometri costantemente soggetta ai movimenti della Terra
- ProblemIl Large Hadron Collider è sepolto a 100 metri di profondità e si estende per 27 chilometri e deve rimanere perfettamente allineato affinché gli esperimenti abbiano un senso. I movimenti della Terra stessa ostacolano questo allineamento. [3D Printing Now 01/2024, p. 26] “Date le dimensioni e la complessità dell’LHC, è del tutto naturale che tutto debba essere realizzato su misura.” [p. 26]
- SolutionGli ingegneri del CERN progettano e realizzano i sensori, i sistemi di controllo e gli acceleratori che misurano e regolano la posizione dei grandi magneti. La stampa 3D viene utilizzata non solo per i test, ma anche per i componenti che vengono installati direttamente nelle gallerie dell’LHC. [p26] Le stampanti non sono concentrate in un unico laboratorio: durante la visita di Prusa sono state viste in tutti i dipartimenti, dalla manutenzione e dall’IT alle strutture di ricerca. [blog]
- ValueNell'elenco dei vantaggi è indicato che “riduce i costi grazie all’utilizzo di modelli stampati in 3D direttamente nell’LHC” e “accelera la realizzazione di componenti destinati ad ambienti estremi”. [p. 27]
“Usiamo molto la stampa 3D. Non è solo per i test, la usiamo anche per creare parti che vanno direttamente nei tunnel del Large Hadron Collider.”
Jonas Kampp, ingegnere meccatronico al CERN (blog Prusa)
Una perlina che trasporta un filo per 200 metri
- ProblemLe distanze in una parte critica dell’LHC vengono misurate tramite un sottile filo che si estende per 200 metri — su ciascun lato dei quattro esperimenti. Gran parte del resto dell’apparecchiatura funziona grazie a fragili cavi in fibra ottica, nei quali una curvatura troppo stretta provoca la rottura del vetro all’interno e compromette il segnale. [p. 26–27; blog]
- SolutionUna perlina realizzata con una stampante 3D Original Prusa trasporta il filo e lo protegge dai danni [p26] — ci sono voluti molto tempo e molti tentativi per farla bene [blog]. Intorno ad essa, involucri e guide stampati salvaguardano l'ottica: il modulo di fotorilevazione FSI ha un componente stampato che organizza le fibre ottiche in bobine ordinate in modo che non si pieghino mai bruscamente. [p27]
- ValueQuesti non sono modelli di componenti. Sono i componenti stessi, nel tunnel, mentre effettuano la misurazione — stampati perché, a questa scala, ogni pezzo è comunque un pezzo unico. [p. 26]
Provalo su plastica prima di passare al materiale costoso
- ProblemaUno strumento destinato all’LHC deve dimostrare di essere affidabile prima che vengano impiegati materiali costosi per la sua realizzazione — e al CERN i materiali costosi possono costituire il fulcro stesso dell’esperimento. [p. 27]
- SoluzioneStampa la prova. È stata realizzata una stampa di fattibilità per un sensore del sistema di livellamento idrostatico per verificare se il componente potesse essere stampato in metallo e se fosse possibile ridurre i costi di produzione [p. 27; blog]. Lo stesso percorso è stato seguito per un prototipo di connettore tra due sensori del sistema di posizionamento dei cavi, che è stato riprogettato più volte prima ancora che l’articolo venisse pubblicato. [p. 27; blog] I connettori per tubi stampati sono realizzati su misura e rimangono facilmente modificabili — una caratteristica che un pezzo lavorato a macchina perde nel momento stesso in cui viene prodotto. [p. 27, didascalia foto]
- Valore«Spesso questi modelli stampati vengono addirittura utilizzati come prodotti finali.» Nell'elenco dei vantaggi viene aggiunta l'altra metà: riduce l'uso di materiali costosi nei test sui prototipi e consente di realizzare rapidamente prototipi destinati all'uso finale per progetti molto importanti. [p. 27]
Sostituire il campione senza spegnere il fascio
- ProblemaL’acceleratore CLEAR del CERN punta un fascio di radiazioni sulle cellule tumorali per preservare il tessuto sano circostante. L’esperimento richiede che i campioni irradiati vengano sostituiti rapidamente — e, data la presenza di radiazioni nella stanza, la sicurezza delle persone ha la priorità assoluta, quindi nessun può semplicemente entrare e sostituirli. [p27; blog] Il progetto VITO presenta lo stesso problema in una forma diversa: campioni liquidi in un ambiente ad alto vuoto, dove aprire e chiudere l’apparecchiatura per sostituirne uno richiede tempo. [p27; blog]
- SoluzioneAd IdeaSquare — il laboratorio dove giovani menti lavorano al fianco di scienziati esperti — una soluzione robotica stampata in 3D scambia i campioni senza interrompere il fascio, e le scatole dei campioni stesse vengono stampate lì. [p27; blog] Per VITO, uno speciale supporto e un capillare da 8 mm stampato in 3D consentono di sostituire i campioni senza interrompere l'esperimento. Il capillare è stampato in resina su una Original Prusa SL1. [p27; blog]
- ValoreIl fascio continua a funzionare, il personale rimane fuori dalla stanza e l’esperimento può proseguire senza essere interrotto per le operazioni di manutenzione. [p. 27]
“La stampa 3D consente a scienziati e ingegneri di realizzare rapidamente prototipi e di ampliare i confini del possibile,”
Dina Zimmermann, ingegnere strutturale presso IdeaSquare, CERN
Il tuo laboratorio potrebbe stampare il componente invece di aspettare per averlo?
Raccontaci cosa stai realizzando. Ti ricontatteremo con le macchine, i materiali e i componenti che altri gruppi di ricerca stampano per primi.
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Storia del cliente — ETH Zurigo
Ciascuna delle oltre 100 stampanti dell’ETH di Zurigo è stata montata da uno studente
Il programma HYTAC del dipartimento di architettura forma oltre 300 studenti a semestre, e ciascuno di loro assembla un kit Original Prusa in due giorni prima di stampare qualcosa. Tutto è iniziato da un problema di manutenzione: l’università poteva finanziare le macchine, ma non il personale necessario per mantenerle in funzione.
- 100+Stampanti Original Prusa
- 300+studenti formati per semestre
- 20stampanti sostituite ogni anno
“Non riesco a immaginare un mondo senza la stampa 3D. Semplicemente non funzionerebbe!”
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Cosa chiedono solitamente ingegneria, qualità e approvvigionamento prima della prima stampa.
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