शोधकर्ताओं ने तरल धातु के साथ तीव्र 3डी प्रिंटिंग का प्रदर्शन किया (वीडियो सहित)

जनवरी 26, 2024 (नानावरक न्यूज़) एमआईटी शोधकर्ताओं ने एक एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक विकसित की है जो तरल धातु के साथ तेजी से प्रिंट कर सकती है, जिससे कुछ ही मिनटों में टेबल पैर और कुर्सी फ्रेम जैसे बड़े पैमाने पर हिस्सों का उत्पादन किया जा सकता है। उनकी तकनीक, जिसे लिक्विड मेटल प्रिंटिंग (एलएमपी) कहा जाता है, में पिघले हुए एल्यूमीनियम को एक पूर्वनिर्धारित पथ के साथ छोटे कांच के मोतियों के बिस्तर में जमा करना शामिल है। एल्युमीनियम जल्दी से कठोर होकर एक 3डी संरचना में बदल जाता है।

[एम्बेडेड सामग्री]

शोधकर्ताओं का कहना है कि एलएमपी तुलनीय धातु योज्य निर्माण प्रक्रिया की तुलना में कम से कम 10 गुना तेज है, और धातु को गर्म करने और पिघलाने की प्रक्रिया कुछ अन्य तरीकों की तुलना में अधिक कुशल है। तकनीक गति और पैमाने के लिए संकल्प का त्याग करती है। हालाँकि यह उन घटकों को प्रिंट कर सकता है जो आमतौर पर धीमी एडिटिव तकनीकों से बने घटकों की तुलना में बड़े होते हैं, और कम लागत पर, यह उच्च रिज़ॉल्यूशन प्राप्त नहीं कर सकता है। उदाहरण के लिए, एलएमपी से निर्मित हिस्से वास्तुकला, निर्माण और औद्योगिक डिजाइन में कुछ अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होंगे, जहां बड़ी संरचनाओं के घटकों को अक्सर बेहद बारीक विवरण की आवश्यकता नहीं होती है। इसका उपयोग पुनर्नवीनीकरण या स्क्रैप धातु के साथ तेजी से प्रोटोटाइप के लिए भी प्रभावी ढंग से किया जा सकता है। हाल के एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने एल्यूमीनियम फ्रेम और टेबल और कुर्सियों के हिस्सों को मुद्रित करके प्रक्रिया का प्रदर्शन किया जो पोस्टप्रिंट मशीनिंग का सामना करने के लिए पर्याप्त मजबूत थे। उन्होंने दिखाया कि कार्यात्मक फर्नीचर बनाने के लिए एलएमपी से बने घटकों को उच्च-रिज़ॉल्यूशन प्रक्रियाओं और अतिरिक्त सामग्रियों के साथ कैसे जोड़ा जा सकता है। “यह एक पूरी तरह से अलग दिशा है कि हम धातु विनिर्माण के बारे में कैसे सोचते हैं जिसके कुछ बड़े फायदे हैं। इसके नकारात्मक पहलू भी हैं। लेकिन हमारी अधिकांश निर्मित दुनिया - हमारे आस-पास की चीज़ें जैसे टेबल, कुर्सियाँ और इमारतें - को अत्यधिक उच्च रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता नहीं है। गति और पैमाना, साथ ही दोहराव और ऊर्जा की खपत, सभी महत्वपूर्ण मेट्रिक्स हैं, ”आर्किटेक्चर विभाग में एसोसिएट प्रोफेसर और सेल्फ-असेंबली लैब के सह-निदेशक स्काईलार टिबिट्स कहते हैं, जो एलएमपी पेश करने वाले एक पेपर के वरिष्ठ लेखक हैं ("तरल धातु मुद्रण"; पीडीएफ). पेपर में टिबिट्स के साथ मुख्य लेखक ज़ैन कर्सन एसएम '23 शामिल हैं, जो अब ईटीएच ज्यूरिख में पीएचडी छात्र हैं; साथ ही किमबॉल कैसर एसएम '22 और जेरेड लॉक्स, एक शोध वैज्ञानिक और प्रयोगशाला सह-निदेशक। यह शोध एसोसिएशन फॉर कंप्यूटर एडेड डिज़ाइन इन आर्किटेक्चर कॉन्फ्रेंस में प्रस्तुत किया गया था और हाल ही में एसोसिएशन की कार्यवाही में प्रकाशित किया गया था। तरल धातु मुद्रण प्रक्रिया में पिघले हुए एल्यूमीनियम को एक पूर्वनिर्धारित पथ के साथ छोटे, कांच के मोतियों के बिस्तर में जमा करना शामिल है, जैसा कि यहां देखा गया है। (छवि: एमआईटी सेल्फ-असेंबली लैब)

महत्वपूर्ण गति

धातुओं के साथ मुद्रण की एक विधि जो निर्माण और वास्तुकला में आम है, जिसे वायर आर्क एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (डब्ल्यूएएएम) कहा जाता है, बड़े, कम-रिज़ॉल्यूशन संरचनाओं का उत्पादन करने में सक्षम है, लेकिन ये क्रैकिंग और विकृत होने के लिए अतिसंवेदनशील हो सकते हैं क्योंकि कुछ हिस्सों को प्रक्रिया के दौरान फिर से पिघलाना पड़ता है। मुद्रण प्रक्रिया. दूसरी ओर, एलएमपी पूरी प्रक्रिया के दौरान सामग्री को पिघलाए रखता है, और पिघलने के कारण होने वाली कुछ संरचनात्मक समस्याओं से बचता है। रबर के साथ तेजी से तरल मुद्रण पर समूह के पिछले काम को ध्यान में रखते हुए, शोधकर्ताओं ने एक ऐसी मशीन बनाई जो एल्यूमीनियम को पिघलाती है, पिघली हुई धातु को रखती है, और इसे उच्च गति पर नोजल के माध्यम से जमा करती है। बड़े पैमाने के हिस्सों को कुछ ही सेकंड में मुद्रित किया जा सकता है, और फिर पिघला हुआ एल्यूमीनियम कई मिनटों में ठंडा हो जाता है। “हमारी प्रक्रिया दर वास्तव में ऊंची है, लेकिन इसे नियंत्रित करना भी बहुत मुश्किल है। यह कमोबेश नल खोलने जैसा है। आपके पास पिघलने के लिए बड़ी मात्रा में सामग्री है, जिसे पिघलाने में कुछ समय लगता है, लेकिन एक बार जब आप उसे पिघला देते हैं, तो यह एक नल खोलने जैसा है। यह हमें इन ज्यामितियों को बहुत तेज़ी से प्रिंट करने में सक्षम बनाता है," करसन बताते हैं। टीम ने एल्यूमीनियम को चुना क्योंकि इसका उपयोग आमतौर पर निर्माण में किया जाता है और इसे सस्ते और कुशलता से पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है। ब्रेड पाव के आकार के एल्यूमीनियम के टुकड़ों को एक इलेक्ट्रिक भट्ठी में जमा किया जाता है, "जो मूल रूप से एक स्केल-अप टोस्टर की तरह होता है," करसन कहते हैं। भट्टी के अंदर धातु की कुंडलियाँ धातु को 700 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करती हैं, जो एल्यूमीनियम के 660 डिग्री पिघलने बिंदु से थोड़ा ऊपर है। एल्यूमीनियम को ग्रेफाइट क्रूसिबल में उच्च तापमान पर रखा जाता है, और फिर पिघली हुई सामग्री को सिरेमिक नोजल के माध्यम से एक पूर्व निर्धारित पथ के साथ एक प्रिंट बेड में गुरुत्वाकर्षण द्वारा खिलाया जाता है। उन्होंने पाया कि जितनी अधिक मात्रा में एल्युमीनियम वे पिघला सकते हैं, प्रिंटर उतनी ही तेजी से चल सकता है। “पिघला हुआ एल्युमीनियम अपने रास्ते में आने वाली हर चीज़ को नष्ट कर देगा। हमने स्टेनलेस स्टील नोजल से शुरुआत की और फिर सिरेमिक पर पहुंचने से पहले टाइटेनियम की ओर बढ़े। लेकिन यहां तक ​​कि सिरेमिक नोजल भी बंद हो सकते हैं क्योंकि नोजल टिप में हीटिंग हमेशा पूरी तरह से एक समान नहीं होती है, ”करसन कहते हैं। पिघले हुए पदार्थ को सीधे एक दानेदार पदार्थ में इंजेक्ट करके, शोधकर्ताओं को एल्यूमीनियम संरचना को आकार लेने के लिए समर्थन मुद्रित करने की आवश्यकता नहीं होती है। एलएमपी प्रक्रिया जटिल ज्यामिति की छपाई को सक्षम कर सकती है, जैसे यहां देखा गया सर्पिल। (छवि: एमआईटी सेल्फ-असेंबली लैब)

प्रक्रिया को पूर्ण करना

100-माइक्रोन कांच के मोतियों का चयन करने से पहले, उन्होंने प्रिंट बेड को भरने के लिए ग्रेफाइट पाउडर और नमक सहित कई सामग्रियों का प्रयोग किया। छोटे कांच के मोती, जो पिघले हुए एल्यूमीनियम के अत्यधिक उच्च तापमान का सामना कर सकते हैं, एक तटस्थ निलंबन के रूप में कार्य करते हैं ताकि धातु जल्दी से ठंडा हो सके। “कांच के मोती इतने महीन हैं कि वे आपके हाथ में रेशम जैसे लगते हैं। पाउडर इतना छोटा है कि यह वास्तव में मुद्रित वस्तु की सतह की विशेषताओं को नहीं बदलता है,'' टिबिट्स कहते हैं। क्रूसिबल में रखी पिघली हुई सामग्री की मात्रा, प्रिंट बेड की गहराई और नोजल के आकार और आकृति का अंतिम वस्तु की ज्यामिति पर सबसे बड़ा प्रभाव पड़ता है। उदाहरण के लिए, बड़े व्यास वाली वस्तु के हिस्सों को पहले मुद्रित किया जाता है, क्योंकि क्रूसिबल खाली होने पर नोजल से निकलने वाली एल्यूमीनियम की मात्रा कम हो जाती है। नोजल की गहराई बदलने से धातु संरचना की मोटाई बदल जाती है। एलएमपी प्रक्रिया में सहायता के लिए, शोधकर्ताओं ने एक निश्चित समय में प्रिंट बेड में जमा की जाने वाली सामग्री की मात्रा का अनुमान लगाने के लिए एक संख्यात्मक मॉडल विकसित किया। क्योंकि नोजल ग्लास बीड पाउडर में धकेलता है, शोधकर्ता पिघले हुए एल्यूमीनियम को जमा होने पर नहीं देख सकते हैं, इसलिए उन्हें मुद्रण प्रक्रिया में कुछ बिंदुओं पर क्या होना चाहिए, इसका अनुकरण करने का एक तरीका चाहिए, टिबिट्स बताते हैं। शोधकर्ता तरल धातु मुद्रण प्रक्रिया की फ़ीड दर को समायोजित कर सकते हैं ताकि नोजल के हिलने पर कम या ज्यादा सामग्री जमा हो जाए, जिससे मुद्रित वस्तु का आकार बदल जाए। (छवि: एमआईटी सेल्फ-असेंबली लैब) उन्होंने अलग-अलग मोटाई के एल्यूमीनियम फ्रेम का तेजी से उत्पादन करने के लिए एलएमपी का उपयोग किया, जो मिलिंग और बोरिंग जैसी मशीनिंग प्रक्रियाओं का सामना करने के लिए पर्याप्त टिकाऊ थे। उन्होंने कम-रिज़ॉल्यूशन, तेजी से मुद्रित एल्यूमीनियम भागों और लकड़ी के टुकड़ों जैसे अन्य घटकों से बनी कुर्सियाँ और एक टेबल बनाने के लिए एलएमपी और इन पोस्ट-प्रोसेसिंग तकनीकों के संयोजन का प्रदर्शन किया। आगे बढ़ते हुए, शोधकर्ता मशीन पर पुनरावृत्ति जारी रखना चाहते हैं ताकि वे सामग्री को चिपकने से रोकने के लिए नोजल में लगातार हीटिंग सक्षम कर सकें, और पिघली हुई सामग्री के प्रवाह पर बेहतर नियंत्रण भी प्राप्त कर सकें। लेकिन बड़े नोजल व्यास से अनियमित प्रिंट हो सकते हैं, इसलिए अभी भी तकनीकी चुनौतियों से निपटना बाकी है। “अगर हम इस मशीन को कुछ ऐसा बना सकें जिसका उपयोग लोग वास्तव में पुनर्नवीनीकरण एल्यूमीनियम को पिघलाने और भागों को प्रिंट करने के लिए कर सकें, तो यह धातु निर्माण में एक गेम-चेंजर होगा। फ़िलहाल, ऐसा करना पर्याप्त विश्वसनीय नहीं है, लेकिन यही लक्ष्य है," टिबिट्स कहते हैं। फर्नीचर कंपनी एमेको के लिए व्यवसाय विकास का नेतृत्व करने वाले जेई बुचबिंदर कहते हैं, "एमेको में, हम बहुत एनालॉग विनिर्माण की दुनिया से आते हैं, इसलिए तरल धातु मुद्रण को पूरी तरह से संरचनात्मक भागों की क्षमता के साथ सूक्ष्म ज्यामिति बनाते हुए देखना वास्तव में आकर्षक था।" इस काम में शामिल नहीं हूं. “तरल धातु मुद्रण वास्तव में त्वरित बदलाव को बनाए रखते हुए कस्टम ज्यामिति में धातु भागों का उत्पादन करने की क्षमता के मामले में लाइन पर चलता है जो आपको आमतौर पर अन्य मुद्रण या बनाने वाली प्रौद्योगिकियों में नहीं मिलता है। वर्तमान में जिस तरह से धातु मुद्रण और धातु निर्माण को संभाला जाता है, प्रौद्योगिकी में क्रांतिकारी बदलाव लाने की निश्चित रूप से संभावना है।

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• स्रोत: https://www.nanowerk.com/news2/gadget/newsid=64521.php