3D打印影響量子技術應用

結構一體化可通過3D打印實現，無需原先的真空接頭設計，實現功能集成，縮小真空部件尺寸，減輕重量，提高功率。 這是用於量子技術應用的 3D 打印真空組件的好處

.以前，由於粉末床金屬熔化3D打印技術製造的零件的孔隙率和機械強度存在問題，因此通過3D打印製造真空組件的想法難以實現。 然而，粉末床金屬熔化 3D 打印技術的最新發展提高了工藝能力，以滿足密度和機械性能的要求。 由於這些進步，通過粉末床金屬熔化的 3D 打印技術已開始解決許多領域的關鍵部件。 設計和製造有著深遠的影響。

在製造出這種集成真空模塊後，科學家們將其應用在超高壓環境中，以創建一個可以容納超高壓的真空室，從而提供捕獲冷原子云所需的性能。 原子被激光束和磁場的組合冷卻並固定在適當的位置。

為了使真空組件盡可能輕，科學家們改進了端口的幾何形狀，最大限度地減少了它們之間的空間，並增加了一個薄的內皮以適應 UHV。 此外，保持腔室設計的對稱性，確保端口保持垂直於激光束的光束路徑，這有助於最大限度地減少光傳輸損失。

整個過程是迄今為止增材製造最迷人、最原始和同類最佳的應用之一。 與所有通過 3D 打印製造的熱交換系統一樣，真空組件的設計包含晶格結構，可增加腔室的外表面積與體積比並有助於散熱。 最終腔室設計與標準 UHV 超高真空設備兼容。 

除了腔體，Added Scientific 還開發了一種帶有內置水冷通道的磁性線圈成型插件，以探索增材製造的優勢。

真空組件使用鋁合金 AlSi10Mg（增材製造中最常用的鋁合金）生產，因為它具有高比強度 3 和低密度。 除了典型的熱處理外，Added Scientific 還使用單獨的“時效”熱處理來增加材料的強度。

另一個考慮因素是採用 PBF 粉末床金屬熔化 3D 打印技術製造的零件表面粗糙。 對於 UHV 應用，增加的表面積被認為會增加脫氣的可能性。 然而，經過大量測試，該團隊發現即使沒有進一步優化材料和保護層，可接受的工作溫度範圍也達到了 400°C。

對於量子技術應用，3D打印真空元件的優勢顯而易見。 由Added Scientific 製造的MOT 原型的質量為245 克——比市售的不銹鋼等效物輕70%。

這為研究團隊節省了大量寶貴的實驗室空間，也是朝著未來設備便攜性邁出的重要一步。 原則上，如果將腔室集成到專門設計和進一步優化的系統中，則腔室可以做得更小。

隨著對量子技術的渴望和相關市場的快速成熟，集成3D打印結構的真空室組件能力的發展將極大地支持英國的國家量子技術計劃和政府對發展英國量子技術產業的承諾.

從長遠來看，3D打印技術很可能會推動真空系統設計的革命。 將增材製造技術引入真空系統顯然會影響便攜式量子技術的應用，也可能影響更廣泛的科學和工業世界。 同時，這個高度複雜的真空系統清楚地展示了3D打印技術在製造任何復雜系統方面的優勢。

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