{"id":55092,"date":"2024-04-09T13:00:50","date_gmt":"2024-04-09T11:00:50","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=55092"},"modified":"2024-04-09T12:56:01","modified_gmt":"2024-04-09T10:56:01","slug":"frankenstein-design-kollimator-090420241","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/frankenstein-design-kollimator-090420241\/","title":{"rendered":"3D-Druck innoviert die Neutronenforschung mit einem „Frankenstein-Design“-Kollimator"},"content":{"rendered":"

Im Bereich der Neutronenforschung h\u00e4ngt die Entschl\u00fcsselung der Geheimnisse von Materialien auf atomarer Ebene von pr\u00e4zisen Werkzeugen ab. Forschern des Oak Ridge National Laboratory (ORNL)<\/a> ist ein Durchbruch in diesem Bereich gelungen, indem sie einen neuartigen Ansatz f\u00fcr die Entwicklung von Neutronenkollimatoren durch 3D-Druck<\/a> entwickelt haben. Diese wichtigen Komponenten erm\u00f6glichen die Neutronenkollimation, einen entscheidenden Schritt in Neutronenstreuexperimenten, der es Wissenschaftlern erm\u00f6glicht, Materialien auf atomarer Ebene zu untersuchen. Diese neue Methode nutzt fortschrittliche 3D-Drucktechniken, um hochpr\u00e4zise, mehrteilige Kollimatoren zu erstellen und so die Einschr\u00e4nkungen zu \u00fcberwinden, die bei herk\u00f6mmlichen einteiligen Designs auftreten.<\/p>\n

Bislang war die Herstellung eines einteiligen Kollimators mit erheblichen H\u00fcrden verbunden. Ein Expertenteam unter der Leitung von Fahima Islam, Neutronenforscherin an der Spallationsneutronenquelle des ORNL, entdeckte jedoch eine neuartige L\u00f6sung, die sie als „Frankenstein-Design“-Strategie bezeichnen. Anstatt zu versuchen, eine gro\u00dfe monolithische Struktur herzustellen, entschied sich das Team stattdessen f\u00fcr den 3D-Druck<\/a> mehrerer Komponenten, die dann leicht zu einem zusammenh\u00e4ngenden Kollimator zusammengesetzt werden konnten.<\/p>\n

\"Kollimator\"

Das Team hinter dem „Frankenstein Design“-Kollimator: Fahima Islam, Bianca Haberl and Garrett Granroth<\/p><\/div>\n

Kollimatoren, die in ihrer Funktion speziellen Trichtern \u00e4hneln, sind von entscheidender Bedeutung, um Neutronen zu den Detektoren zu leiten und zu filtern und so unerw\u00fcnschte St\u00f6rungen w\u00e4hrend der Experimente zu minimieren. Neutronen, die nicht mit dem Probenmaterial interagieren oder an Oberfl\u00e4chen streuen, k\u00f6nnen Daten verzerren und erfordern eine pr\u00e4zise Kollimation, um die gew\u00fcnschten Signale zu isolieren. Ein vollst\u00e4ndig anpassbarer, 3D-gedruckter Kollimator kann die erforderliche verbesserte Genauigkeit bieten. Zu den Auswirkungen der ungefilterten Neutronen erkl\u00e4rte Islam: „Diese unerw\u00fcnschten Neutronen erzeugen unerw\u00fcnschte Signaturen in den Daten, weshalb wir an der Herstellung eines 3D-gedruckten Kollimators gearbeitet haben, der individuell gestaltet werden kann, um diese unerw\u00fcnschten Hintergrundmerkmale bei verschiedenen Arten von Neutronenstreuexperimenten herauszufiltern.“ <\/em>Um diese Pr\u00e4zision zu erreichen, setzte das Team der ORNL Manufacturing Demonstration Facility 3D-Drucker mit Binder Jetting ein. Dieser Ansatz erwies sich als perfekt geeignet, da er sowohl die Flexibilit\u00e4t als auch die F\u00e4higkeit bot, die komplizierten Designs und komplexen Formen zu erstellen, die f\u00fcr eine effiziente Kollimation erforderlich sind.<\/p>

\"\"<\/a><\/div>\n

Eine gro\u00dfe Herausforderung bei der Herstellung eines einteiligen Kollimators ist die Vergr\u00f6\u00dferung des Teils unter Beibehaltung der Ma\u00dfhaltigkeit. Bei Experimenten in Hochdruckumgebungen wird der Bedarf an gr\u00f6\u00dferen Kollimatoren deutlich, um gestreute Neutronen effektiv einzufangen. Herk\u00f6mmliche Skalierungsmethoden erweisen sich jedoch als unzureichend, da gr\u00f6\u00dfere Kollimatoren weniger genaue Daten liefern und bei Experimenten leicht brechen k\u00f6nnen. Daher hat das Team den 3D-Druck als Alternative erforscht. Garrett Granroth, Wissenschaftler f\u00fcr Neutronenstreuung bei SNS \u00e4u\u00dferte sich folgenderma\u00dfen:„Eine einfache Skalierung des Drucks als ein gro\u00dfes Teil mit durchgehenden Klingen war ohne weitere Optimierung des Druckprozesses eindeutig nicht m\u00f6glich. Der Hauptgrund f\u00fcr die Verwendung kleinerer Teile ist, dass die bei dem einteiligen Design beobachtete Rissbildung in erster Linie auf Schwankungen in der Kontraktionsrate des Materials w\u00e4hrend des Aush\u00e4rtungs- und Abk\u00fchlungsprozesses zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Durch die Verringerung der Gesamtgr\u00f6\u00dfe k\u00fchlten die einzelnen Teile gleichm\u00e4\u00dfiger ab.“<\/em><\/p>\n

\"Kollimator\"

Der Kollimator weist an den Verbindungsstellen der einzelnen 3D-gedruckten Teile sichtbare „Narben“ auf, die bei n\u00e4herer Betrachtung deutlich werden.<\/p><\/div>\n

Die Wirksamkeit des neuen Kollimator-Designs wurde an der Spallationsneutronen- und Druckstrahlf\u00fchrung des ORNL, einer Einrichtung f\u00fcr Hochdruckneutronenexperimente, bewertet. Nach Angaben des Forschungsteams waren die Ergebnisse beeindruckend und zeigten eine deutliche Verbesserung der erfassten Datenqualit\u00e4t. Mit Blick auf die Zukunft plant das Team von Islam, weitere M\u00f6glichkeiten zur Verbesserung ihres Designs zu finden, zum Beispiel eine strengere Qualit\u00e4tskontrolle w\u00e4hrend der Herstellung und noch pr\u00e4zisere Ausrichtungsverfahren. Das Team ist \u00fcberzeugt, dass dieses Projekt durch die Kombination von fortschrittlicher Modellierung und modernstem 3D-Druck nicht nur die Entwicklung von Instrumenten f\u00fcr Neutronenexperimente beeinflussen, sondern auch die Grenzen des M\u00f6glichen in der Neutronenforschung verschieben wird. Um mehr \u00fcber dieses Projekt zu erfahren, klicken Sie HIER<\/a>.<\/p>\n

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*Alle Bildnachweise: Oak Ridge National Laboratory<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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