Wie 3D-Scannen ehrgeizige Energietechnik Wirklichkeit werden ließ

Fusion, der Prozess, der alle Sterne im Universum antreibt, ist der Schlüssel zur Lösung der wachsenden Energiekrise der Erde.

Das Streben nach Fusion ist zu einem der bedeutendsten technologischen Unterfangen unserer Zeit geworden. Es verspricht, große Mengen kohlenstofffreier Energie zu erzeugen und so die wachsenden Energieherausforderungen zu bewältigen, denen wir heute gegenüberstehen.

Allerdings ist die Verwirklichung der Fusion eine enorme Herausforderung. Es kommt auf natürliche Weise im Kern von Sternen wie der Sonne vor und erfordert, dass Wissenschaftler diese extremen Bedingungen hier auf der Erde nachbilden. Die Kräfte, Drücke und Temperaturen, die nötig sind, um Atome zusammenzudrücken, sind überwältigend.

Um dieses große Ziel in Angriff zu nehmen, wurde 1985 das International Thermonuclear Experimental Reactor Project (ITER) ins Leben gerufen. Diese globale Initiative brachte 35 Nationen zusammen, um die Machbarkeit der Kernfusion als groß angelegte, kohlenstofffreie Energiequelle zu beweisen.

Heute stehen wir kurz davor, die Früchte dieser bemerkenswerten Initiative zu erleben.

Die Verwirklichung der ITER-Ziele hängt in hohem Maße vom Fachwissen und der Anleitung ab, die durch fortschrittliche Technologien wie 3D-Scannen bereitgestellt werden, wobei Geomagic Design X an vorderster Front steht.

In diesem Artikel befassen wir uns mit der Bedeutung der Kernfusion und der Rolle des 3D-Scannens bei der Entwicklung dieses Projekts.

Im Kern von Sternen, einschließlich der Sonne, finden Kernfusionsreaktionen milliardenfach pro Sekunde statt. Diese Reaktionen erzeugen eine immense Energiemenge, die die Erde um ein Vielfaches mit Strom versorgen kann.

Die Nutzung der Kernfusion hier auf der Erde bietet mehrere Vorteile. Erstens bietet es eine nahezu unbegrenzte Energieversorgung ohne Kohlenstoffemissionen und mit minimalem Atommüll. Im Gegensatz dazu sind traditionelle Kraftwerke auf fossile Brennstoffe, Kernspaltung oder erneuerbare Quellen wie Wind und Wasser angewiesen. Bei der Kernspaltung entstehen radioaktive Abfälle, die eine langfristige Lagerung erfordern, die sich manchmal über Hunderte von Jahren erstreckt. Im Gegensatz dazu entsteht bei der Kernfusion weniger radioaktiver Abfall, der schneller zerfällt und fossile Brennstoffe überflüssig macht.

Die Verwirklichung der Fusion auf der Erde birgt jedoch erhebliche Hindernisse. Wissenschaftler müssen die extremen Bedingungen im Zentrum der Sonne nachbilden, einschließlich der außergewöhnlichen Kräfte, Drücke und Temperaturen, die erforderlich sind, um Atome miteinander zu verschmelzen.

Der Ansatz von ITER zur Verwirklichung der Fusion umfasst die Erzeugung und Steuerung von Plasma, einem Zustand, in dem Gas auf unglaublich hohe Temperaturen erhitzt wird, wodurch sich Elektronen von Kernen trennen.

Dieses Plasma wird in einem Gerät namens Tokamak eingeschlossen und kontrolliert, das starke Magnetfelder in Form eines Torus oder Donuts verwendet. Der fertiggestellte Tokamak soll 500 MW Fusionsenergie produzieren.

Equipment and Nuclear SA (ENSA), ein in Spanien ansässiges Unternehmen, hat eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der Komponenten gespielt, aus denen das Tokamak-Vakuumgefäß besteht. Der Bau dieses monumentalen Geräts, das 23.000 Tonnen wiegt und einen Durchmesser von 28 Metern hat, erfordert präzise Ingenieurskunst und modernste Technologie.

Um die perfekte Ausrichtung der neun Sektoren des Vakuumbehälters sicherzustellen, setzte ENSA 3D-Scans und maßgeschneiderte Designs ein. Das Unternehmen nutzte 3D-Scantechniken, darunter Photogrammetrie und Laserscanning, um detaillierte Scans der Seitenkanten jedes Sektors zu erfassen. AsorCAD, ein ebenfalls in Spanien ansässiger Ingenieurspezialist, arbeitete mit ENSA zusammen und nutzte Geomagic Design X von Oqton, um die gescannten Daten in bearbeitbare 3D-Modelle umzuwandeln.

Unter Nutzung dieser Geometrien entwickelte die technische Abteilung von ENSA maßgeschneiderte Verbindungsplatten und Kekse, um die verschiedenen Abschnitte der Sektoren zu verbinden und zu sichern. Nach der Herstellung werden die Sektoren zusammengeschweißt, was einen bedeutenden Meilenstein im Bau des Tokamak darstellt.

Joseph Maria Sanchez, technischer Manager bei AsorCAD, hob die Vorteile von Geomagic Design X für dieses Projekt hervor. Er sagte: „Geomagic Design Angesichts der Größe und hohen Auflösung der Punktwolken, mit denen wir arbeiten, sind die Dateien, mit denen wir arbeiten, sehr groß.

„Bei diesem speziellen Projekt hat uns der 3D-Druck bei der Entwicklung und Herstellung mehrerer Werkzeuge unterstützt, die für die Durchführung von Messungen mit unseren Creaform 3D-Scannern erforderlich sind. Wir haben Tools zum Platzieren dynamischer Referenzen entwickelt, die zur Gewährleistung der Designpräzision erforderlich sind.

„Wir haben auch Griffe für die Verwendung unserer 3D-Scanner mit Verlängerungen entwickelt, die dazu beigetragen haben, Kranbewegungen zu minimieren, sowie Werkzeuge, um die Arbeitskapazität unseres mobilen Stativ-Trackers zu erweitern und so die Notwendigkeit von Bewegungen der Hubarbeitsbühne zu reduzieren.“

Der Energiesektor nutzt die Leistungsfähigkeit der 3D-Technologien, einschließlich 3D-Druck, 3D-Scannen und 3D-Simulationen. Diese hochmodernen Werkzeuge bieten zahlreiche Vorteile, wie z. B. höhere Geschwindigkeit, Effizienz und Genauigkeit, und treiben bedeutende Fortschritte bei Energieprojekten weltweit voran.

Ein wesentlicher Vorteil ist das Kosteneinsparpotenzial durch erhöhte Genauigkeit. Tools wie Geomagic Design X nutzen die 3D-Scantechnologie, um potenzielle Fehler oder Fehlausrichtungen in Teilen zu identifizieren. Durch den Vergleich der gescannten Daten mit dem ursprünglichen Entwurf können Ingenieure schnell Bereiche identifizieren, die Anpassungen erfordern.

Ohne 3D-Scannen würden viel Zeit und Ressourcen für mehrere Iterationen und Formversuche verschwendet.

Der Einsatz von 3D-Scannen und -Drucken hat die Fertigstellung ehrgeiziger Projekte wie ITER erheblich beschleunigt. Ohne diese Technologien wären Vorhaben wie die Kernfusion äußerst langwierig und kostspielig.

Heute sind wir in der Lage, 3D-Technologien in fast allen Bereichen des Ingenieurwesens einzusetzen und so die Realisierung von Projekten zu ermöglichen, die früher undenkbar waren.

Da die Technologie immer weiter voranschreitet, werden Datenverarbeitungsfunktionen immer wichtiger. Modernste 3D-Software zeichnet sich durch die Erfassung und Rückentwicklung realer Daten aus. Seine intuitive Funktionalität ermöglicht es Ingenieuren, sich problemlos auf genaue gescannte Daten zu verlassen und Modifikationen und Optimierungen für bestimmte Zwecke, insbesondere im Fusionssektor, vorzunehmen.

Antonio Sanchez, CEO von AsorCAD, kommt zu dem Schluss, dass „3D-Druck und 3D-Scannen uns eine höhere Produktivität beschert haben, indem wir maßgeschneiderte, auf unsere Bedürfnisse zugeschnittene Werkzeuge erstellt und die Feldarbeit vereinfacht haben“, was zum Gesamterfolg von Unternehmungen wie ITER beigetragen hat.

Zukünftige Herausforderungen für das 3D-Scannen und -Drucken

Obwohl 3D-Scannen und -Drucken bereits viele Branchen revolutioniert haben, gibt es noch immer Herausforderungen zu meistern.

Eine wesentliche Hürde besteht darin, die Technologie zugänglicher und benutzerfreundlicher zu machen. Die Komplexität der Verwendung dieser Tools erfordert häufig eine umfassende Schulung, wodurch die Anzahl qualifizierter Praktiker begrenzt ist. Zukünftige Entwicklungen, die möglicherweise auf KI basieren, könnten den Prozess vereinfachen und es mehr Menschen ermöglichen, diese Technologien effektiv zu nutzen.

Auch die Materialien stellen eine ständige Herausforderung dar. Umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen werden darauf verwendet, die idealen Materialien zu finden, die ein Gleichgewicht zwischen Kosten, Einschränkungen und Leistung herstellen.

Die kontinuierliche Weiterentwicklung von 3D-Druckern und -Scannern, fortschrittlicher 3D-Scansoftware und das Aufkommen hybrider Materialien wie Kunststoff-Metall-Verbundwerkstoffe sind bahnbrechend und bieten eine höhere Kosteneffizienz und erweiterte Möglichkeiten.

Wenn wir in die Zukunft blicken, werden diese Technologien immer ausgefeilter und Ingenieure und Forscher in die Lage versetzt, große Herausforderungen mit beispielloser Effizienz und Kreativität anzugehen – egal wie komplex sie auch sein mögen.

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