3D プリンティングが量子技術の応用に影響を与える

構造の統合は 3D プリンティングによって実現でき、オリジナルの真空ジョイント設計の必要性がなくなり、機能が統合され、真空コンポーネントのサイズが縮小され、重量が軽減され、出力が向上します。 これは、量子技術アプリケーション向けの 3D プリント真空コンポーネントの利点です

以前は、3D プリンティングで真空部品を製造するというアイデアは、粉末床金属溶解 3D プリンティング技術で作られた部品の気孔率と機械的強度の問題により実現が困難でした。 しかし、粉末床金属溶解 3D プリンティング技術の最新の開発により、密度と機械的特性の要件を満たすプロセス能力が進歩しました。 これらの進歩のおかげで、粉末床金属溶解による 3D プリンティング技術は、多くの分野の主要コンポーネントに取り組み始めています。 設計と製造は大きな影響を与えます。

この統合真空モジュールを製造した後、科学者はそれを超高圧環境に適用して、超高圧に対応できる真空チャンバーを作成し、冷たい原子雲を捕捉するのに必要な性能を提供しました。 原子はレーザービームと磁場の組み合わせによって冷却され、所定の位置に保持されます。

真空コンポーネントをできるだけ軽くするために、科学者はポートの形状を改良し、ポート間のスペースを最小限に抑え、UHV に対応する薄い内層を追加しました。 さらに、チャンバー設計の対称性が維持され、ポートがレーザービームのビーム経路に対して垂直に保たれるため、光伝送損失を最小限に抑えることができます。

このプロセス全体は、これまでの積層造形の最も魅力的で独創的かつ最高のアプリケーションの 3 つです。 XNUMXD プリンティングで製造されたすべての熱交換システムと同様に、真空アセンブリの設計には、チャンバーの体積に対する外表面積の比率を増加させ、熱放散に貢献する格子構造が含まれています。 最終的なチャンバー設計は、標準的な UHV 超高真空装置と互換性があります。 

チャンバーに加えて、Added Scientific は積層造形の利点を探るため、水冷チャネルを内蔵した磁気コイル成形インサートを開発しました。

真空アセンブリは、比強度 10 が高く、密度が低いため、アルミニウム合金 AlSi3Mg (積層造形で最も一般的に使用されるアルミニウム合金) を使用して製造されます。 一般的な熱処理に加えて、Added Scientific では、材料の強度を高めるために別の「時効」熱処理も使用しています。

もう 3 つの考慮事項は、PBF パウダー ベッド金属溶解 400D プリンティング技術によって作られた部品の粗い表面です。 UHV 用途の場合、表面積の増加によりガス放出の可能性が高まると考えられています。 しかし、広範なテストの結果、チームは、材料と保護層をさらに最適化しなくても、許容動作温度範囲が XNUMX °C に達することを発見しました。

量子技術アプリケーションの場合、3D プリントされた真空コンポーネントの利点は明らかです。 added Scientific が製造した MOT プロトタイプの品質は 245 グラムで、市販のステンレス鋼同等品より 70% 軽量です。

これにより、研究チームは貴重な実験室スペースを大幅に節約でき、将来のデバイスの可搬性に向けた重要な一歩となります。 原理的には、チャンバーを特別に設計されさらに最適化されたシステムに統合すると、チャンバーをより小さくすることができます。

量子技術への要望と関連市場の急速な成熟により、3D プリンティング構造と統合された真空チャンバーコンポーネントの能力の開発は、英国の国家量子技術プログラムと英国の量子技術産業の発展に対する政府の取り組みを大きくサポートすることになります。 。

長期的には、3D プリンティング技術が真空システム設計の革命を推進する可能性があります。 真空システムへの積層造形技術の導入は、明らかにポータブル量子技術の応用に影響を与えるだけでなく、より広範な科学界や産業界にも影響を与える可能性があります。 同時に、この非常に複雑な真空システムは、あらゆる複雑なシステムの製造における 3D プリンティング技術の利点を明確に示しています。

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