3D打印科研应用再获突破性进展

    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

　　研究的领导者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，然后逐层堆积直至最终成型。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℃，已十分接近绝对零度）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。