劳伦斯·利弗莫尔的激光设备旨在实现零件的精确精度
国家研究实验室转向Protolabs以削减生产成本和开发时间
称之为大与小的相遇。
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的数字化制造服务，为实验室的国家点火设施(NIF)快速生产高精度零部件，该设施拥有世界上最大的激光设备。
NIF是这个故事中的“大”。有多大?我想里面能装下三个足球场那么大的体育场。它有10层楼高。故事的“小”是用于瞄准NIF激光的目标，它大约是铅笔橡皮擦的大小。
NIF研究人员希望减少为激光目标加工新工具和定制组件的时间和成本，同时还需要为目标件制造极其微小的部件。这些定制部件需要较小的特征尺寸，具有挑战性的几何形状，以及瞄准激光束所需的精确精度。这些NIF的研究人员将发现protoolabs可以满足所有这些需求。
基础科学与聚变研究“，
60多年来，劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)位于加州利弗莫尔，靠近旧金山，为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，国家核安全管理局作为美国能源部的一部分，为LLNL提供资金。它拥有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重复的激光和最大的光学仪器。巨型激光器有近4万个光学器件，可以精确地引导、反射、放大和聚焦192束激光到一个聚变目标上，正如前面提到的，这个目标大约是铅笔橡皮擦的大小。
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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)，节省了大量的成本和周转时间:
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NIF的激光器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，这些研究人员来自能源部的研究人员、国际聚变能源研究人员、来自大学和其他机构的科学家。这些条件从未在实验室环境中产生过，只有在热核燃烧、超新星爆发和为恒星提供动力的聚变反应中才会自然存在。不要把它说得太宇宙了，但NIF进行的一些研究和实验旨在解开恒星是如何形成的谜团。
开发挑战:激光锐利的精度，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说:“我们的应用程序的挑战在于它要求极高的精度和较小的特征尺寸。”“从手机电池那么小到铅笔橡皮擦那么小，(同时)还需要处理激光束的精确精度。”
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次实验定制，这需要精密的工具。在过去，有时没有工具来处理技术的新机器，“所以我们开发了新的工具和制造来构建和维护我们的程序和技术。”
随着时间的推移，冯·罗茨说，“我们建立了自己的系统。然后我们把它们送去进行定制加工，但我们发现每件零件都需要几周甚至几个月的时间来制造，每件零件都要花费数千美元。”
制造解决方案:3D打印和加工
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，随着行业的扩大，我们的打印部件的分辨率和精度也比以前高得多。节省成本和时间也是一个因素。”
正如冯·罗茨解释的那样，“我们去寻找增材制造，发现了Protolabs。”
Von Rotz解释说，作为一家制造供应商，Protolabs可以生产具有挑战性的尺寸、特征和精度的微型部件、组件和相关夹具，此外，还可以快速、经济地制造和交付这些部件。
增材制造的使用使我们能够节省大量的成本和模具和目标组件的周转时间，”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多功能性，这些组件/工艺是不可能实现的。”NIF已经使用Protolabs的立体光刻(SL)和直接金属激光烧结(DMLS) 3D打印工艺分别制造塑料和金属定制零件。NIF在过去也使用Protolabs的CNC加工服务。事实上，自2011年以来，NIF已经在Protolabs开发和生产了数千个零件。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的协助也很有帮助。
成果:节约成本和时间，改进工具制造
NIF工程师和设计师指出了几个用例，其中许多都涉及成本节约、时间节约和关键工具制造的进步。以下是众多成功成果中的两项:
在开发真空卡盘设计上节省成本和时间。在最近的一个案例中，NIF工程师通过在真空卡盘设计开发中部署Protolabs的工业级3D打印工艺，节省了大量成本和周转时间。NIF:“在过去，这些需要高精度的加工操作来匹配被保持的组件……[增材制造]使我们的工作能够在创纪录的时间内进行。”根据NIF的说法，这种节省是惊人的:
- 传统机械车间加工:每件5000美元/5周周转
- Protolabs增材制造:每件低于100美元/周转时间不到1周
目标程序集夹具。在另一种情况下，设计师能够从用许多设置组装的单个组件转移到单个复杂的夹具，这加速了组装，降低了成本，并为目标设计提供了替代格式。
自2011年以来，Lawrence Livermore使用Protolabs制造了数千个定制零件、组件和工具，使Protolabs成为实验室供应链中的重要承包商。展望未来，NIF消息人士预计protoolabs将继续发挥关键供应商的作用，以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。