嵌入式传感器的3D打印管路，可更有效的进行热管理

2022年10月3日，世界上最大的粒子物理研中心之一CSEM（欧洲核子研究中心），正在协调一个由欧盟资助且备注关注的项目，通过开发带有嵌入式传感器的3D打印管路，来提高热控制系统的性能。

△3D打印金属管路有压力接头、电馈槽和气溶胶喷射温度传感器

除了可能为欧洲核子研究中心和欧洲航天工业，开辟新的基础研究途径外，该联盟希望将其技术带入工业前阶段，使其适用于广泛的应用，包括工业加热和冷却系统、灌溉机制、手术器械和植入物、机床、机器人和汽车零部件。该项目名为Advanced Heat Exchange Devices (AHEAD)，将加强瑞士在3D打印方面的优势，并帮助巩固该国在创新前沿的地位。

△嵌入式传感器3D打印管路，管路内表面嵌入温度传感器和加热元件。

嵌入式传感器3D打印管路

该项目于今年夏天启动，旨在彻底改变热控制管理系统，例如卫星和太空火箭等几种高性能设备的关键部件。因为，当今使用的大多数热控制系统都很笨重，并且需要大量的连接电缆。AHEAD的目标是开发更紧凑、更便宜和无线的系统。

CSEM项目协调员Hervé Saudan说：“从广义上讲，我们的目标是开发可用于将电缆、连接器和传感器等电子元件，集成到许多不同类型的3D打印物体中的技术。因为，将传感器嵌入工艺设备的能力，将是工业4.0的一个重要特征。这些传感器收集的数据可用于为过程控制、过程优化和预测性维护提供人工智能算法。”

△CERN的大型强子对撞机

空间模块和粒子探测器

该3D打印管路目前瞄准的两个精准应用：空间模块和CERN的新大型强子对撞机。

CERN计划在工程师目前正在开发的，硅探测器热控制系统中，使用上了新型3D打印传感器管道。由于管道是在AHEAD下创建的，因此探测器的热控制系统，不需要复杂的电缆设置，可进一节省空间，并允许通过直接的温度读数，可以更好的进行热管理。这项新技术还可以让工程师用更有效、对环境破坏更小的冷却剂取代现有的冷却剂。

△金属3D打印带有传感器的管路，通过直接的温度读数，可以更好的进行热管理

CERN项目经理 Paolo Petagna说：“在粒子探测器能够提供预期的性能之前，通常需要新技术进行突破。这些3D打印传感器管路会带来一个全新的概念，可能会远远超出最初的预期，为重要行业带来好处。这就是我们在AHEAD中看到的。”

△“月球门户”轨道空间站

3D打印传感器管道更多应用方向

该项目的主要合作伙伴之一Thales Alenia Space (TAS) ，正在研究如何在国际空间站的加压模块，和美国宇航局的月球门户空间站中使用该3D打印传感器管路。TAS还计划将管路安装在两相机械泵送流体回路中，这是一种用于其电信卫星的热控制系统。TAS的热能专家Martin Raynaud解释道：“为实现更轻的管路、更紧凑的设计，以及更高的温度测量精度和更快的组装速度，是我们的主要优势。它们允许更好的热控制，这是所有空间系统的关键因素。与欧洲和美国的竞争对手相比，这使我们具有显着的竞争优势。“

AHEAD项目预计将持续两年时间。它反映了瑞士在创新方面的突出贡献，及其在3D打印技术方面的专业知识。Hervé Saudan说：“瑞士是欧洲人均申请3D打印专利数量最多的国家之一。总的来说，欧洲在这个领域处于领先地位。根据欧洲专利局的一项研究，过去几年专利申请数量持续激增，2015年至2018年间，每年增长36%。今天，欧洲领先于中国和美国。这一趋势对瑞士经济来说是一个真正的福音，因为该国的竞争力和吸引技术工人的能力，在很大程度上取决于自身的创新能力。”