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3D打印科研应用再获突破性进展

来源:南极熊3D打印 原标题:3D打印超导时代即将到来!?
2016/4/29 16:04:41
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导读:近日,3D打印在科研上的应用又出现了突破性进展—澳洲墨尔本大学宣布他们成功通过3D打印技术制造出了两个超导铝微波谐振腔。
  【中国智能制造网 技术前沿】3D打印在科研上的应用近日又出现了突破性进展—澳洲墨尔本大学宣布他们成功通过3D打印技术制造出了两个超导铝微波谐振腔,而经过测试,它们成功表现出了足以媲美现有传统谐振腔的超导特性。
  
微波谐振腔的数字3D模型

  研究的DanielL.Creedon博士表示,这项成果对于科学研究来说具有重大意义,因为微波谐振腔是一种非常重要的科研工具。它能储存微波的能量,通过与腔面材料的电子相互作用产生共鸣,从而用于加速粒子加速器中的带电粒子,探测它们的运动,测量光速等。
  
  但这种工具对精度的要求非常高,如果使用传统工艺制造不但成本很高,而且很费时间。不过,此次3D打印版本的成功却表明,这个痛点是可以解决的。 
  
  据了解,Creedon团队此次采用的方法则是常规的金属3D打印技术—选择性激光烧结(SLS),具体来说就是通过激光烧结铝合金粉末,然后逐层堆积直至终成型。至于所用的粉末则是Al-12Si而非传统的Al-6061。比起后者,这种铝合金的硅含量更高(12%对0.8%),而铁、铜和镁的含量都更低。
  
  在测试中,Creedon团队惊喜地发现,这两个用新材料3D打印而成的微波谐振腔在1.2K(-271.95℃,已十分接近零度)的低温下表现出了与现有微波谐振腔类似的超导特性。这就意味着它是可以正常使用的。随后,为了提高性能,他们还对其中一个做了低温退火处理—首先对内壁进行抛光,然后加热至426℃并保持4小时再冷却以“驱赶”出材料中的硅元素。
  
  另外,Creedon团队还表示,如果使用更纯净的铝粉末制造,谐振腔的性能会更好,同时内部形状更复杂的谐振腔也能改用3D打印技术制作以提高性能。
  
  这或许意味着一个崭新的时代即将到来。因为超导的应用价值非常高,比如利用超导线圈磁体制造的超导发电机,其磁场强度可以高到5万~6万高斯,并且几乎没有能量损失,单机发电容量比常规发电机提高5~10倍,达1万兆瓦,而体积却减少1/2,整机重量减轻1/3,发电效率提高50%。还有就是超导电线或超导变压器,可以几乎无损耗的传输电能。要知道用铜或铝导线输电,约有15%的电能会损耗在输电线路上。仅仅在中国,如此损失的电力每年就有1000多亿度。如果超导输电能实现,节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。
  
  不过超导材料的开发和制造都非常昂贵,而且它们往往必须在很低的温度下才能表现出超导特性。所以,此次3D打印超导体的成功或许能成为一种全新的研究方法,或是一种降低制造成本的新途径。

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