3D打印粒子加速器接近现实

想象一下，你可以随时随地制造复杂的设备，即使在最偏远的地方，或在航天器上制造备件或新部件，也充满可能性。3d打印可能就是实现这一目标的一种方式。你所需要的只是设备的材料，一台打印机和一台控制这一过程的电脑。

能源部SLAC国家加速器实验室的科学家戴安娜·甘齐娜;北卡罗莱纳州立大学机械和航空航天工程助理教授蒂莫西·霍恩;RadiaBeam Technologies的研究人员梦想着开发一种打印粒子加速器和真空电子设备的技术，用于医疗成像和治疗、电网、卫星通信、国防系统等领域。

甘齐娜说，“我们正在尝试打印一个粒子加速器，在过去的几年里，我们一直在开发这种技术，现在我们已经可以打印出粒子加速器的组件了。3d打印的全部意义就在于，无论你身在何处，都能在没有大量基础设施的情况下完成工作。因此，在军舰上、大学的小实验室或某个非常偏远的地方打印粒子加速器也是没有问题的。”

3-D打印可以用多种材料的液体和粉末来完成，但目前还没有成熟的3-D打印超高纯度铜及其合金的工艺。甘齐娜、霍恩研究团队希望能够使用这种材料，所以他们的研究重点是开发这种方法。

加速器提高粒子束的能量，真空电子设备用于放大器和发电机。这两种材料都依赖于易于成型、导热和导电的材料。铜具有所有这些特性，因此被广泛使用。传统上，每个铜部件都是单独加工的，并通过加热与其他部件结合形成复杂的几何形状。这种制造技术非常普遍，但也有它的缺点。

霍恩说:“将多个零部件硬焊在一起需要大量的时间和精度。任何时候，只要你在两种材料之间有一个接合点，就会增加一个潜在的故障点。因此，有必要减少或消除这些装配过程。”

3d打印铜部件可以提供一种解决方案。它的工作原理是将一层又一层的薄材料叠加起来，慢慢地建立特定的形状和物体。在甘齐娜和霍恩的研究中，它们所用的材料是非常纯的铜粉。

这个过程开始于物体的3d设计。由计算机控制，打印机在一个平台上散布几微米厚的铜粉层。然后，它移动平台约50微米——相当于人类头发厚度的一半——并在第一层的上面铺上第二层铜层，用电子束将其加热到约2000华氏度，并与第一层焊接。这个过程一遍又一遍地重复，直到构建完整个对象。

3d打印消除了传统制造过程中固有的设计限制，能够构造独特复杂的对象。

为甘齐娜和霍恩设计和测试3d打印样品的SLAC的科学家Chris Nantista说:“形状对3d打印来说并不重要。”“你只要输入程序，启动你的系统，它几乎可以构建任何你想要的东西。它开辟了一个潜在形状的新空间。”与传统制造业相比，3d打印也更省时，可以节省高达70%的成本，甘齐娜说。