劳伦斯利弗莫尔激光设备的目标是零件的精确定位
国家研究实验室为了减少生产成本和开发时间而转向Protolabs
叫它大的遇上小的。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家和工程师最近转向Protolabs的数字制造服务，为实验室的国家点火装置(NIF)快速生产高精度的零部件，该实验室拥有世界上最大的激光设备。2022世界杯附加赛决赛华体会app官网
NIF是这个故事中的“大”。有多大?想想看，体育场大小——三个足球场就能容纳其中。它有10层楼高。这个故事的“小”是用来瞄准NIF激光的目标——它大约是铅笔橡皮擦的大小。
NIF研究人员想要减少加工新工具和定制激光靶部件的时间和成本，同时，需要为靶部件制造极其微小的部件。这些定制部件需要小的特征尺寸，具有挑战性的几何形状，以及瞄准激光束所需的精度。NIF的研究人员会发现，Protolabs可以满足所有这些需求。
基础科学与聚变研究
60多年来，位于旧金山附近的加利福尼亚州利弗莫尔的劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)一直为美国国家核安全管理局提供基础科学、工程和聚变能源研究与开发，作为美国能源部的一部分，国家核安全管理局为LLNL提供资金。该实验室拥有6300多名员工，其中包括2700名科学家和工程师，是国家实验室系统的一部分。
作为劳伦斯利弗莫尔的一个子集，NIF的激光设备被认为是世界上最精确和可复制的激光和最大的光学仪器。这个巨大的激光器有近40000个光学器件，可以精确地引导、反射、放大192束激光，并将其聚焦到一个核聚变目标上，就像前面提到的，这个核聚变目标大约有一个铅笔橡皮擦那么大。
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挑战
解决方案
结果 Lawrence Livermore的工程师和设计师通过部署Protolabs的工业级3D打印(增材制造)，节省了大量成本和周转时间:
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NIF的激光为科学界提供了在极端压力、温度和密度下进行实验和研究材料的能力，包括来自能源部的研究人员、国际核聚变能源研究人员、来自高校的科学家等。这些条件从来没有在实验室环境中创造出来，只在热核燃烧、超新星和为恒星提供能量的聚变反应中自然存在。不要太过宇宙化，但NIF进行的一些研究和实验旨在解开恒星如何形成的谜团的线索。
发展挑战:激光般锐利的精度，小特征尺寸
由于其不常见的技术，NIF经常需要新的工具来制造激光目标，工具和组件。NIF目标工程师Jeremy Kroll表示:“我们的应用面临的挑战是，它需要极高的精度和很小的特征尺寸。”“小到手机电池，小到铅笔橡皮擦，(同时)还需要处理激光束的精度。”
NIF生产工程师罗杰·冯·罗茨(Roger Von Rotz)表示，事实上，每个目标都必须为研究人员进行的每个实验定制，这需要精密的工具。在过去，有时没有工具来处理新的机械技术，“所以我们开发了新的工具和制造来建立和维护我们的程序和技术。”
随着时间的推移，冯·罗茨说，“我们建立了自己的。然后我们把它们送去定制加工，但我们发现每一块都需要几周甚至几个月的时间来制造，每一块的成本高达数千美元。”
制造解决方案:3D打印和机械加工
最终，Von Rotz说:“我们对增材制造(工业级3D打印)产生了兴趣，并进行了试验。随着行业的发展，我们的打印部件具有比以前更高的分辨率和精度。节省成本和时间也是一个因素。”
正如冯·罗茨解释的那样，“我们开始寻找增材制造技术，并找到了Protolabs。”
Von Rotz解释说，作为一家制造供应商，Protolabs可以生产微小零件、组件和相关夹具，满足具有挑战性的尺寸、特征和精度要求，此外，还可以快速、经济有效地制造和交付这些部件。
增材制造的使用使我们能够为工具和目标组件节省大量成本和周转时间，”Von Rotz说。“此外，我们还利用了某些组件/工艺，如果没有这项技术提供的通用性，这是不可能实现的。”NIF使用Protolabs公司的立体光刻(SL)和直接金属激光烧结(DMLS) 3D打印工艺分别制作塑料和金属定制件。NIF过去也使用过Protolabs的CNC加工服务。华体会app官网事实上，自2011年以来，NIF已经在Protolabs公司开发和生产了数千个零部件。除了制造本身，Von Rotz还指出，Protolabs的自动化设计分析和持续的客户服务人员协助也很有帮助。
结果:成本和时间的节省，工具制造的进步
NIF工程师和设计师指出了几个用例的例子，其中许多涉及成本节约、时间节约和关键工具制造的进步。以下是其中两个成功的结果:
节省开发真空吸盘设计的成本和时间。在最近的一个案例中，NIF工程师将Protolabs的工业级3D打印工艺应用于真空吸盘设计，从而节省了大量成本和周转时间。NIF:“在过去，这需要高精度的加工操作来匹配被保存的部件……[增材制造]使我们的工作能够在记录时间内进行。”根据NIF的数据，节省的费用是惊人的:
- 传统机械车间加工:每件5000美元/5周周转
- Protolabs增材制造:每件不到100美元/周转周期不到一周
目标程序集夹具。在另一种情况下，设计师能够从使用多种安装方式组装的单个组件转移到单个复杂的夹具，这加快了组装速度，降低了成本，并为目标产品的设计提供了替代格式。
自2011年以来，Lawrence Livermore已经使用Protolabs制造了数千个定制部件、组件和工具，使Protolabs成为实验室供应链中的重要承包商。未来，NIF消息人士预计Protolabs将继续扮演关键的供应商角色，支持该设施正在进行的推进发现科学和聚变能源研究的任务。