Bianca Haberl y Amy Elliott de ORNL sostienen colimadores impresos en 3D, una invención que ha sido licenciada a ExOne, una empresa líder en impresoras 3D Binder Jet. Crédito:Genevieve Martin / Laboratorio Nacional Oak Ridge, Departamento de Energía de EE. UU.
El Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía ha autorizado un método novedoso para imprimir componentes en 3D utilizados en instrumentos de neutrones para la investigación científica a ExOne Company. un fabricante líder de tecnología de impresión tridimensional de chorro de aglutinante.
Colaborador de ORNL desde hace mucho tiempo, ExOne aprovechará la experiencia de clase mundial del laboratorio en fabricación aditiva, materiales y ciencia de neutrones para desarrollar aún más la técnica pendiente de patente para imprimir colimadores en 3-D utilizando un peso ligero, Compuesto con infusión de metal que es ideal para instrumentos de dispersión de neutrones.
ExOne tiene la intención de aumentar la producción de colimadores compatibles con neutrones, la primera oportunidad de la compañía para ofrecer alta calidad, componentes de menor costo para aplicaciones de líneas de luz de neutrones.
Similar a la apertura de una cámara, los colimadores ayudan a definir con precisión el haz de neutrones, una función que proporciona mediciones de mayor fidelidad de la estructura y dinámica atómica y molecular de una muestra.
"Nuestro trabajo en colimadores se ha centrado en tungsteno infiltrado con cobre para su uso en máquinas de rayos X, tomografía computarizada, o CT, escáneres y máquinas de imágenes por resonancia magnética, o resonancias magnéticas, "dijo Dan Brunermer, Compañero técnico de ExOne. "La tecnología que tenemos bajo licencia de ORNL nos permitirá construir colimadores para la dispersión de neutrones, y eso requiere una mezcla especializada de materiales y procesamiento posterior ".
En lugar de tungsteno y cobre, El método de ORNL comprende una forma única de imprimir por chorro de aglutinante una cerámica liviana llamada carburo de boro, o B4C, que luego se infunde con aluminio. El material resultante se denomina compuesto de matriz metálica B4C — Al. Los prototipos de colimadores se formaron utilizando una máquina de chorro de aglutinante ExOne en las instalaciones de demostración de fabricación del DOE en ORNL.
Durante la impresión por chorro de aglutinante, Carburo de boro, en forma de polvo, se mezcló con un agente aglutinante líquido y se colocó en capas en el complejo diseño del prototipo del colimador. El equipo de ORNL luego llenó la pieza con cianoacrilato, un adhesivo industrial, o aluminio. Comparado con el cianoacrilato, la versión de aluminio agrega estructura y resistencia al tiempo que reduce la presencia de hidrocarburos, que puede interferir con el flujo de neutrones.
Los prototipos se probaron en instrumentos de dispersión de neutrones en la fuente de neutrones de espalación y el reactor de isótopos de alto flujo de ORNL. ambas instalaciones para usuarios del DOE ubicadas en ORNL. Las partes de prueba funcionaron bien para guiar a los neutrones en una trayectoria estrecha mientras absorbían los descarriados, rindiendo más claro, datos científicos más precisos.
Pequeña, Colimadores de neutrones impresos en 3D, diseñado por Jamie Molaison de ORNL, producir costes y tiempos de fabricación reducidos y podría permitir nuevos tipos de experimentos. Crédito:Genevieve Martin / Laboratorio Nacional Oak Ridge, Departamento de Energía de EE. UU.
"Mecanizar un colimador mediante la fabricación tradicional es bastante complicado y costoso, "dijo David Anderson de ORNL, coinventor e ingeniero de instrumentos de dispersión de neutrones. "Pero son necesarios para reducir la radiación de neutrones de fondo en los instrumentos de dispersión de neutrones. La mayoría de los instrumentos de dispersión de neutrones, incluidos los de SNS y HFIR, tenerlos."
Anderson dirigió un equipo de inventores que incluía a Amy Elliott de ORNL, que se especializa en la impresión por chorro de aglutinante, y la científica de dispersión de neutrones ORNL Bianca Haberl, experto en el uso de neutrones para estudiar materiales en entornos de extrema presión.
ExOne espera ofrecer opciones de colimador asequibles para su uso en los cientos de líneas de neutrones que operan en todo el mundo. Y, con la oportunidad de colimadores de menor costo hechos rápidamente, los científicos podrían utilizar un nuevo colimador a medida para cada experimento.
"Cuando comienzan a ver colimadores específicos para experimentos y cómo tienen el potencial de mejorar los resultados de sus pruebas, esperamos ver el diseño, El orden y la fabricación de estos dispositivos se convierten en la norma y no en la excepción. "Dijo Brunermer.
ExOne espera continuar su relación con ORNL. "Nuestra colaboración continúa demostrando su valor para la industria manufacturera con el resultado de proyectos como estos, ", dijo Brunermer." Beneficia a ExOne, beneficia a los clientes de estos colimadores y devuelve el dinero al contribuyente estadounidense ".
Los co-inventores de la tecnología ORNL incluyen a David Anderson, Corson Cramer, Amy Elliott, Garrett E. Granroth, Bianca Haberl, James O. Kiggans Jr., Aníbal J. Ramírez-Cuesta, Derek H. Siddel y Matthew B. Stone.
La instalación de demostración de fabricación del DOE en ORNL cuenta con el apoyo de la Oficina de fabricación avanzada de la Oficina de eficiencia energética y energías renovables.
UT-Battelle administra ORNL para la Oficina de Ciencias del DOE. La Oficina de Ciencias es el mayor patrocinador de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos, y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más urgentes de nuestro tiempo. Para más información, visite energy.gov/science. Para obtener información sobre licencias de ORNL, comuníquese con www.ornl.gov/partnerships.
