En este artículo, nos gustaría invitarle a un viaje a través del CERN, sede del Gran Colisionador de Hadrones, donde los mejores científicos del mundo utilizan la impresión 3D para contribuir a sus revolucionarias investigaciones.

En primer lugar, una rápida introducción (por si acaso): El CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) es una institución internacional situada en la frontera entre Francia y Suiza, cerca de Ginebra. Se fundó en 1954 y se dedica a comprender las interacciones de las partículas subatómicas más pequeñas. Se les conoce sobre todo por el Gran Colisionador de Hadrones, una enorme instalación en forma de anillo que se encuentra a 100 metros bajo la superficie y se extiende a lo largo de unos asombrosos 27 kilómetros. Se utiliza principalmente para probar las predicciones de diferentes teorías de la física de partículas mediante colisiones de partículas. Ah, y por cierto, ya están planeando construir uno aún mayor…

© CERN – Large Hadron Collider

Es un lugar de descubrimientos increíbles – varios Premios Nobel han realizado aquí sus experimentos, incluida la famosa confirmación de la existencia del bosón de Higgs. Pero los conocimientos del CERN van más allá de la física de partículas – por ejemplo, inventaron el protocolo de la World Wide Web que utilizamos a diario. El CERN también contribuye a la innovación médica gracias a sus tecnologías, competencias y conocimientos de vanguardia.

El lugar es enorme y alucinante – trabajan allí más de 12.000 personas y en algunas partes de las instalaciones, para ir a comer, hay que cruzar literalmente la frontera del país. Hemos pasado cuatro días allí, aprendiendo sobre su investigación y cómo utilizan las impresoras Original Prusa en particular. En realidad, podríamos quedarnos allí fácilmente unas cuantas semanas y seguir descubriendo algo nuevo. Ha sido un viaje increíble, supervisado por el propio Jo. Incluso organizamos un seminario sobre impresión 3D, código abierto y desarrollo de materiales.

El CERN apoya el movimiento Open Science, así que si buscas una aventura, puedes visitarlo y comprobarlo por ti mismo. Pero con nosotros, obtendrá una pequeña mirada extra detrás de la cortina. 🙂

Posibilidades ilimitadas

En su afán por comprender los secretos del universo, el CERN cuenta con un conjunto único de herramientas especializadas, a menudo fabricadas a medida para procesos científicos concretos. Durante nuestra visita, exploramos enormes talleres donde se da forma cuidadosamente a diversos materiales, desde metales comunes a elementos raros. Los ingenieros emplean diversas técnicas: Desde el mecanizado CNC a la fundición de metales o el grabado con ácido, para crear formas precisas sin comprometer la resistencia del material.

Jo was particularly amazed by the collection of large CNC machines and metal 3D printers creating titanium components. We had the opportunity to meet an engineer who was passionate about his work and explained how scientists would bring their creative ideas to him for realization.

A Jo le sorprendió especialmente la colección de grandes máquinas CNC e impresoras 3D de metal que creaban componentes de titanio. Tuvimos la oportunidad de conocer a un ingeniero apasionado por su trabajo que nos explicó cómo los científicos le llevaban sus ideas creativas para que las realizara.

© CERN – CMS experiment

“Lo mejor es cuando los científicos me desafían a hacer realidad sus ideas, a menudo disparatadas. Es gratificante y muy divertido”, sonríe mientras programa la máquina CNC para fabricar un gran conector de tubo de aluminio.

Por aquel entonces, empezamos a tener dudas sobre la necesidad de las impresoras 3D. Pero se disiparon rápidamente cuando conocimos a Jonas Kampp y entramos en su laboratorio.

Las herramientas pequeñas pero cruciales

“Usamos mucho la impresión 3D”, dice Jonas, ingeniero de Mecatrónica en el CERN. “No solo para pruebas, también la utilizamos para crear piezas que van directamente a los túneles del Gran Colisionador de Hadrones”.

Su trabajo es fundamental para el LHC: como el anillo está a 100 metros bajo tierra y se extiende a lo largo de 27 kilómetros, mantenerlo perfectamente alineado para los experimentos no es tarea fácil. Los movimientos de la Tierra pueden estropear su precisión, así que Jonas ayuda a mantenerlo en su sitio.

“Fabricamos sensores, sistemas de control y aceleradores para medir y ajustar las posiciones de los grandes imanes, asegurándonos de que están perfectamente alineados,” explica Jonas.

Un ejemplo perfecto es esta cuenta: Puede parecer simple, pero tiene un trabajo superimportante. Lleva un frágil cable que se utiliza para medir distancias en una parte crítica del LHC, y tiene que hacerlo a lo largo de 200 metros a cada lado de los cuatro experimentos sin dañar el cable. Es todo un reto, y a Jonas le llevó mucho tiempo e intentos conseguirlo. Pero gracias a la impresión 3D, Jonas dispone ahora de una herramienta perfecta.

Muchos equipos utilizan frágiles fibras ópticas. Pequeñas, pero ingeniosas carcasas y guías impresas en 3D ayudan a proteger los cables. Mira este módulo de fotodetección FSI:

La pieza impresa en 3D guía las fibras ópticas formando bobinas ordenadas. Unas curvas demasiado cerradas agrietarían la fibra de vidrio interior y arruinarían la señal.

La impresión 3D es una herramienta importante para Jonas, especialmente durante la fase de pruebas. El equipo necesita asegurarse de que sus herramientas funcionan de forma fiable antes de utilizar los materiales más caros. Sin embargo, a veces, los modelos impresos en 3D incluso acaban siendo el producto final.

Se trata de una impresión inicial de prueba de viabilidad para un sensor HLS (Sistema de Nivelación Hidrostática). Jonas estaba explorando la posibilidad de poder imprimir la pieza en 3D en metal y reducir los costes de producción.

Otro ejemplo es este prototipo de conector entre dos sensores WPS (Wire Positioning System).

Antes de que publicáramos este artículo, Jonas actualizó el diseño varias veces…

¡Entra en IdeaSquare!

Otro lugar que recurre en gran medida a la impresión 3D es el IdeaSquaredel CERN. Es un taller dedicado a conectar la sociedad con la ciencia, y en él las mentes jóvenes pueden ser creativas, igual que los científicos del CERN. Allí conocimos a Dina Zimmermann, una ingeniera de estructuras noruega responsable de la creación de prototipos. Nos mostró cómo la impresión 3D está teniendo un impacto real en diferentes experimentos.

© CERN – Linear Electron Accelerator for Research (CLEAR)

El CERN no es solo el Gran Colisionador de Hadrones; también tiene otros aceleradores de partículas. Uno, llamado CLEAR, está haciendo algo asombroso: Utilizan un haz de radiación para destruir las células cancerosas sin dañar el tejido sano.

Pero aquí está el verdadero reto: a lo largo del experimento, necesitan sustituir rápidamente las muestras de células irradiadas sin tener que encender y apagar constantemente el haz. Con la radiación de por medio, la seguridad de las personas es una prioridad absoluta. Para solucionarlo, el equipo de CLEAR creó un robot inteligente que puede cambiar las muestras sin detener el haz. Esto ahorra mucho tiempo y mantiene la eficacia de los experimentos. Y las cajas de muestras están impresas en 3D por Dina en IdeaSquare.

Así es como el robot cambia las muestras

Con la impresión 3D, puede fabricar portamuestras de todas las formas y tamaños.

Este es un modelo impreso en 3D del robot inteligente CLEAR.

IdeaSquare también colabora con otros proyectos. Uno de ellos, VITO, utiliza la resonancia magnética nuclear para estudiar iones metálicos y biomoléculas. Es complicado porque tienen que trabajar con muestras líquidas en un entorno de alto vacío. Abrir y cerrar el equipo para cambiar las muestras lleva su tiempo.

Así que los ingenieros del CERN idearon una solución ingeniosa. Diseñaron un soporte especial para las muestras líquidas y utilizaron una impresora 3D para fabricar un capilar de 8 mm. Les permite cambiar las muestras rápidamente sin detener los experimentos.

El capilar se imprime con resina en la impresora Original Prusa SL1.

Mucho más en el CERN

Como puede ver, el CERN es un lugar lleno de infinitas posibilidades. Nuestra exploración de la impresión 3D aquí es solo un atisbo de lo que ocurre en esta institución. Las impresoras 3D Prusa originales están presentes en varios departamentos, desde mantenimiento e informática hasta las instalaciones de investigación.

© CERN – Computing

Lo impresionante es que, a pesar de todas las avanzadas capacidades científicas de que disponen, los científicos e ingenieros del CERN valoran la impresión 3D por su flexibilidad.

«La impresión 3D permite a científicos e ingenieros crear prototipos rápidamente y ampliar los límites de lo posible», comparte Dina.

Jonas comparte su opinión.

«Aunque mi trabajo podría continuar sin impresión 3D, sería más lento y mucho más complejo,» añade Jonas.

Y con esto, nuestra visita a esta instalación científica de categoría mundial llega a su fin, pero no del todo. Hemos traído un pequeño recuerdo para todos – un modelo imprimible del detector CMS, un componente esencial del Gran Colisionador de Hadrones. Ya puedes encontrarlo en Printables.com. Esperamos que disfrutes de esta pequeña pieza de ciencia como muestra de nuestro viaje. Jo expuso la suya inmediatamente…

Jakub Kmošek, Štepán Feik y Jakub Fiedler