Ein Hochfrequenz-Quadrupol-Prototyp, additiv gefertigt als Multimaterial-Komponente

Lineare Teilchenbeschleuniger (Linacs) sind für zahlreiche Anwendungen in Industrie, Medizin und Forschung unverzichtbar. Ihr Einsatz wird jedoch häufig durch hohe Investitionskosten eingeschränkt, die größtenteils durch konventionelle Fertigungsmethoden verursacht werden. Studien haben gezeigt, dass die additive Fertigung (AM) das Potenzial hat, diese Kosten deutlich zu senken und gleichzeitig die Leistung von Linacs zu steigern. Diese Studie untersucht dieses Potenzial für die Herstellung von Radiofrequenz-Quadrupolen (RFQs), einem der wichtigsten Linacs zur Ionenbeschleunigung. Erstmals wurde ein Multimaterial-RFQ-Prototyp (MM) mithilfe von Multimaterial-MM-Laser-Pulverbettfusion (PBF-LB/M) AM hergestellt, wobei die Kupferlegierung CuCr1Zr für den inneren Hohlraum und Werkzeugstahl (1.2709) für die Außenhülle in einem einzigen Fertigungsschritt integriert wurden. Das Design des Prototyps verfügt über sechs ConFlat® (CF)-Flansche zur Abdichtung ohne O-Ringe und unterstreicht die Vorteile der MM AM hinsichtlich vereinfachter Montage und verbesserter Funktionalität. Die experimentellen Auswertungen umfassten die Beurteilung von geometrischer Präzision, Oberflächenrauheit, mikrostruktureller Integrität, Vakuumverhalten, Resonanzfrequenz (fR) und Qualitätsfaktor (Q0). Die Ergebnisse zeigten die erfolgreiche Anwendung von MM PBF-LB/M in der RFQ-Produktion und erreichten im Prototyp einen Vakuumdruck unter 8,3 ∙ 10-8 mbar. Herausforderungen bei der geometrischen Präzision und den Materialübergangszonen erfordern jedoch weitere Prozessoptimierungen. Diese Arbeit unterstreicht das Potenzial von MM PBF-LB/M, Einschränkungen in der Monomaterial-AM, insbesondere für Linac-Anwendungen, zu beheben. Zukünftige Entwicklungen, wie die Ermöglichung der Verarbeitung von reinem Kupfer und die Verbesserung der thermischen und mechanischen Leistung, könnten MM PBF-LB/M als transformative Technologie für fortschrittliche Linac-Designs etablieren und den Weg für verbesserte Linac-Anwendungen ebnen.

Vortragssprache: EN