3D打印影响量子技术应用

可通过3D打印实现结构一体化，无需原先的真空接头设计，集成功能，缩小真空部件尺寸，减轻重量，提高功率。 这是用于量子技术应用的 3D 打印真空组件的好处

.以前，由于粉末床金属熔化3D打印技术制造的零件的孔隙率和机械强度存在问题，因此通过3D打印制造真空组件的想法难以实现。 然而，粉末床金属熔化 3D 打印技术的最新发展提高了工艺能力，以满足密度和机械性能的要求。 由于这些进步，通过粉末床金属熔化的 3D 打印技术已开始解决许多领域的关键部件。 设计和制造有着深远的影响。

在制造出这种集成真空模块后，科学家们将其应用在超高压环境中，以创建一个可以容纳超高压的真空室，从而提供捕获冷原子云所需的性能。 原子被激光束和磁场的组合冷却并固定在适当的位置。

为了使真空组件尽可能轻，科学家们改进了端口的几何形状，最大限度地减少了它们之间的空间，并增加了一个薄的内皮以适应 UHV。 此外，保持腔室设计的对称性，确保端口保持垂直于激光束的光束路径，这有助于最大限度地减少光传输损失。

整个过程是迄今为止增材制造最迷人、最原始和同类最佳的应用之一。 与所有通过 3D 打印制造的热交换系统一样，真空组件的设计包含晶格结构，可增加腔室的外表面积与体积比并有助于散热。 最终腔室设计与标准 UHV 超高真空设备兼容。 

除了腔体，Added Scientific 还开发了一种带有内置水冷通道的磁性线圈成型插件，以探索增材制造的优势。

真空组件使用铝合金 AlSi10Mg（增材制造中最常用的铝合金）生产，因为它具有高比强度 3 和低密度。 除了典型的热处理外，Added Scientific 还使用单独的“时效”热处理来增加材料的强度。

另一个考虑因素是采用 PBF 粉末床金属熔化 3D 打印技术制造的零件表面粗糙。 对于 UHV 应用，增加的表面积被认为会增加脱气的可能性。 然而，经过大量测试，该团队发现即使没有进一步优化材料和保护层，可接受的工作温度范围也达到了 400°C。

对于量子技术应用，3D打印真空元件的优势显而易见。 由Added Scientific 制造的MOT 原型的质量为245 克——比市售的不锈钢等效物轻70%。

这为研究团队节省了大量宝贵的实验室空间，也是朝着未来设备便携性迈出的重要一步。 原则上，如果将腔室集成到专门设计和进一步优化的系统中，则腔室可以做得更小。

随着对量子技术的渴望和相关市场的快速成熟，集成3D打印结构的真空室组件能力的发展将极大地支持英国的国家量子技术计划和政府对发展英国量子技术产业的承诺.

从长远来看，3D打印技术很可能会推动真空系统设计的革命。 将增材制造技术引入真空系统显然会影响便携式量子技术的应用，也可能影响更广泛的科学和工业世界。 同时，这个高度复杂的真空系统清楚地展示了3D打印技术在制造任何复杂系统方面的优势。

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