O Oak Ridge National Laboratory do Departamento de Energia licenciou um novo método para componentes de impressão 3-D usados ​​em instrumentos de nêutrons para pesquisa científica para a ExOne Company, um fabricante líder de tecnologia de impressão Binder Jet 3-D.

Colaborador de longa data do ORNL, ExOne irá alavancar a experiência de classe mundial do laboratório em manufatura aditiva, materiais e ciência de nêutrons para desenvolver ainda mais a técnica com patente pendente para colimadores de impressão 3-D usando um peso leve, composto com infusão de metal que é ideal para instrumentos de espalhamento de nêutrons.

A ExOne pretende aumentar a produção de colimadores amigáveis ​​a nêutrons - a primeira oportunidade da empresa de oferecer alta qualidade, componentes de menor custo para aplicações de linha de luz de nêutrons.

Semelhante a uma abertura em uma câmera, colimadores ajudam a definir com precisão o feixe de nêutrons, uma função que fornece medições de alta fidelidade da estrutura e dinâmica atômica e molecular de uma amostra.

"Nosso trabalho com colimadores tem se concentrado em tungstênio infiltrado com cobre para uso em máquinas de raio-X, tomografia computadorizada, ou CT, varreduras e máquinas de ressonância magnética, ou ressonâncias magnéticas, "disse Dan Brunermer, ExOne companheiro técnico. "A tecnologia que licenciamos do ORNL nos permitirá construir colimadores para espalhamento de nêutrons, e isso requer uma mistura especializada de materiais e pós-processamento. "

Em vez de tungstênio e cobre, O método do ORNL compreende uma forma única de impressão a jato de aglutinante de uma cerâmica leve chamada carboneto de boro, ou B4C, que é então infundido com alumínio. O material resultante é chamado de compósito com matriz de metal B4C-Al. Os protótipos de colimadores foram formados usando uma máquina de jato aglutinante ExOne no DOE's Manufacturing Demonstration Facility em ORNL.

Durante a impressão a jato de ligante, carboneto de boro, em pó, foi misturado com um agente de ligação líquido e colocado em camadas no projeto de protótipo complexo do colimador. A equipe ORNL então preencheu a parte com cianoacrilato, um adesivo industrial, ou alumínio. Comparado ao cianoacrilato, a versão de alumínio adiciona estrutura e resistência ao mesmo tempo que reduz a presença de hidrocarbonetos, que pode interferir com o fluxo de nêutrons.

Os protótipos foram testados em instrumentos de dispersão de nêutrons na Fonte de Nêutrons de Espalação e Reator de Isótopo de Alto Fluxo do ORNL, ambas as instalações do usuário DOE localizadas em ORNL. As peças de teste tiveram um bom desempenho para guiar os nêutrons em uma trajetória estreita enquanto absorviam os mais rebeldes, rendendo mais claro, dados científicos mais precisos.

"Usinar um colimador por meio da fabricação tradicional é bastante desafiador e caro, "disse David Anderson do ORNL, co-inventor e engenheiro de instrumentos de dispersão de nêutrons. "Mas eles são necessários para reduzir a radiação de nêutrons de fundo em instrumentos de espalhamento de nêutrons. A maioria dos instrumentos de espalhamento de nêutrons, incluindo aqueles em SNS e HFIR, tê-los."

Anderson liderou uma equipe de inventores, incluindo Amy Elliott do ORNL, que se especializou em impressão a jato aglutinante, e a cientista de espalhamento de nêutrons ORNL Bianca Haberl, um especialista no uso de nêutrons para estudar materiais em ambientes de extrema pressão.

A ExOne espera fornecer opções de colimador acessíveis para uso em centenas de linhas de luz de nêutrons que operam em todo o mundo. E, com a oportunidade de colimadores de baixo custo feitos rapidamente, cientistas poderiam usar um novo, colimador adaptado para cada experimento.

"Quando eles começam a ver colimadores específicos para experimentos e como eles têm o potencial de melhorar os resultados dos testes, esperamos ver o design, ordem e fabricação desses dispositivos se tornam a norma e não a exceção, "Brunermer disse.

ExOne espera continuar seu relacionamento com ORNL. "Nossa colaboração continua a provar seu valor para a indústria de manufatura com o resultado de projetos como esses, "disse Brunermer." Isso beneficia o ExOne, beneficia os clientes desses colimadores e devolve o dinheiro ao contribuinte americano. "

Co-inventores da tecnologia ORNL incluem David Anderson, Corson Cramer, Amy Elliott, Garrett E. Granroth, Bianca Haberl, James O. Kiggans Jr., Anibal J. Ramirez-Cuesta, Derek H. Siddel e Matthew B. Stone.

As Instalações de Demonstração de Fabricação do DOE em ORNL são apoiadas pelo Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável de Fabricação Avançada.

O UT-Battelle gerencia o ORNL para o Office of Science do DOE. O Office of Science é o maior patrocinador da pesquisa básica nas ciências físicas nos Estados Unidos, e está trabalhando para enfrentar alguns dos desafios mais urgentes de nosso tempo. Para maiores informações, visite energy.gov/science. Para obter informações de licenciamento ORNL, entre em contato com www.ornl.gov/partnerships.