3D પ્રિન્ટીંગ મટિરિયલ્સમાં એલ્યુમિના પાવડરની સફળતા
નોર્થવેસ્ટર્ન પોલિટેકનિકલ યુનિવર્સિટીની પ્રયોગશાળામાં ચાલતા, એક પ્રકાશ-ઉપચારક3D પ્રિન્ટર સહેજ ગુંજારવ થઈ રહ્યો છે, અને લેસર બીમ સિરામિક સ્લરીમાં ચોક્કસ રીતે આગળ વધી રહ્યો છે. થોડા કલાકો પછી, એક સિરામિક કોર જે એક જટિલ રચના ધરાવે છે જે ભુલભુલામણી જેવી છે તે સંપૂર્ણપણે રજૂ થાય છે - તેનો ઉપયોગ એરક્રાફ્ટ એન્જિનના ટર્બાઇન બ્લેડને કાસ્ટ કરવા માટે કરવામાં આવશે. પ્રોજેક્ટના ઇન્ચાર્જ પ્રોફેસર સુ હૈજુને નાજુક ઘટક તરફ ધ્યાન દોર્યું અને કહ્યું: "ત્રણ વર્ષ પહેલાં, અમે આવી ચોકસાઇ વિશે વિચારવાની પણ હિંમત કરી ન હતી. આ અસ્પષ્ટ એલ્યુમિના પાવડરમાં મુખ્ય સફળતા છુપાયેલી છે."
એક સમયે, એલ્યુમિના સિરામિક્સ ક્ષેત્રમાં "સમસ્યા વિદ્યાર્થી" જેવા હતા3D પ્રિન્ટીંગ– ઉચ્ચ શક્તિ, ઉચ્ચ તાપમાન પ્રતિકાર, સારું ઇન્સ્યુલેશન, પરંતુ એકવાર તે છાપવામાં આવ્યું, પછી તેમાં ઘણી સમસ્યાઓ હતી. પરંપરાગત પ્રક્રિયાઓ હેઠળ, એલ્યુમિના પાવડરમાં નબળી પ્રવાહીતા હોય છે અને ઘણીવાર પ્રિન્ટ હેડને અવરોધે છે; સિન્ટરિંગ દરમિયાન સંકોચન દર 15%-20% જેટલો ઊંચો હોઈ શકે છે, અને જે ભાગો ખૂબ જ પ્રયત્નોથી છાપવામાં આવ્યા હતા તે બળી જતાં જ વિકૃત થઈ જશે અને તિરાડ પડી જશે; જટિલ રચનાઓ? તે વધુ વૈભવી છે. ઇજનેરો ચિંતામાં છે: "આ વસ્તુ એક હઠીલા કલાકાર જેવી છે, જેમાં જંગલી વિચારો છે પરંતુ પૂરતા હાથ નથી."
૧. રશિયન સૂત્ર: "સિરામિક બખ્તર" મૂકવુંએલ્યુમિનિયમમેટ્રિક્સ
મટીરીયલ ડિઝાઇનમાં ક્રાંતિથી સૌપ્રથમ વળાંક આવ્યો. 2020 માં, રશિયાની નેશનલ યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેકનોલોજી (NUST MISIS) ના મટીરીયલ વૈજ્ઞાનિકોએ એક વિક્ષેપકારક ટેકનોલોજીની જાહેરાત કરી. ફક્ત એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ પાવડરને મિશ્રિત કરવાને બદલે, તેઓએ ઉચ્ચ-શુદ્ધતાવાળા એલ્યુમિનિયમ પાવડરને ઓટોક્લેવમાં નાખ્યો અને દરેક એલ્યુમિનિયમ કણની સપાટી પર ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત જાડાઈ સાથે એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ ફિલ્મના સ્તરને "વધવા" માટે હાઇડ્રોથર્મલ ઓક્સિડેશનનો ઉપયોગ કર્યો, જેમ કે એલ્યુમિનિયમ બોલ પર નેનો-લેવલ બખ્તરનો સ્તર મૂકવો. આ "કોર-શેલ સ્ટ્રક્ચર" પાવડર લેસર 3D પ્રિન્ટીંગ (SLM ટેકનોલોજી) દરમિયાન અદ્ભુત પ્રદર્શન દર્શાવે છે: કઠિનતા શુદ્ધ એલ્યુમિનિયમ સામગ્રી કરતા 40% વધારે છે, અને ઉચ્ચ-તાપમાન સ્થિરતામાં ઘણો સુધારો થયો છે, જે સીધી ઉડ્ડયન-ગ્રેડ આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરે છે.
પ્રોજેક્ટ લીડર પ્રોફેસર એલેક્ઝાન્ડર ગ્રોમોવે એક આબેહૂબ સામ્યતા દર્શાવી: "ભૂતકાળમાં, સંયુક્ત સામગ્રી સલાડ જેવી હતી - દરેક પોતાના વ્યવસાયનો હવાલો સંભાળતી હતી; અમારા પાવડર સેન્ડવીચ જેવા છે - એલ્યુમિનિયમ અને એલ્યુમિના એકબીજાના સ્તર દ્વારા સ્તરને કરડે છે, અને બંનેમાંથી કોઈ એક બીજા વિના રહી શકતું નથી." આ મજબૂત જોડાણ સામગ્રીને એરક્રાફ્ટ એન્જિન ભાગો અને અલ્ટ્રા-લાઇટ બોડી ફ્રેમ્સમાં તેની શક્તિ બતાવવાની મંજૂરી આપે છે, અને ટાઇટેનિયમ એલોયના ક્ષેત્રને પણ પડકારવાનું શરૂ કરે છે.
2. ચીની શાણપણ: સિરામિક્સને "સેટિંગ" કરવાનો જાદુ
એલ્યુમિના સિરામિક પ્રિન્ટિંગનો સૌથી મોટો દુખાવો સિન્ટરિંગ સંકોચન છે - કલ્પના કરો કે તમે માટીની આકૃતિને કાળજીપૂર્વક ગૂંથી લીધી છે, અને તે ઓવનમાં પ્રવેશતાની સાથે જ બટાકાના કદ સુધી સંકોચાઈ ગઈ છે. તે કેટલી તૂટી જશે? 2024 ની શરૂઆતમાં, નોર્થવેસ્ટર્ન પોલિટેકનિકલ યુનિવર્સિટીના પ્રોફેસર સુ હૈજુનની ટીમ દ્વારા જર્નલ ઓફ મટિરિયલ્સ સાયન્સ એન્ડ ટેકનોલોજીમાં પ્રકાશિત થયેલા પરિણામોએ ઉદ્યોગને વેગ આપ્યો: તેમને ફક્ત 0.3% ના સંકોચન દર સાથે લગભગ શૂન્ય-સંકોચન એલ્યુમિના સિરામિક કોર મળ્યો.
રહસ્ય ઉમેરવાનું છેએલ્યુમિનિયમ પાવડરએલ્યુમિના અને પછી એક ચોક્કસ "વાતાવરણ જાદુ" ભજવો.
એલ્યુમિનિયમ પાવડર ઉમેરો: સિરામિક સ્લરીમાં 15% બારીક એલ્યુમિનિયમ પાવડર મિક્સ કરો.
વાતાવરણને નિયંત્રિત કરો: એલ્યુમિનિયમ પાવડરને ઓક્સિડાઇઝ થવાથી રોકવા માટે સિન્ટરિંગની શરૂઆતમાં આર્ગોન ગેસ પ્રોટેક્શનનો ઉપયોગ કરો.
સ્માર્ટ સ્વિચિંગ: જ્યારે તાપમાન ૧૪૦૦°C સુધી વધે છે, ત્યારે અચાનક વાતાવરણને હવામાં ફેરવો
ઇન-સીટુ ઓક્સિડેશન: એલ્યુમિનિયમ પાવડર તરત જ ટીપાંમાં ઓગળી જાય છે અને એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે, અને વોલ્યુમ વિસ્તરણ સંકોચનને ઓફસેટ કરે છે.
૩. બાઈન્ડર ક્રાંતિ: એલ્યુમિનિયમ પાવડર "અદ્રશ્ય ગુંદર" માં ફેરવાય છે
જ્યારે રશિયન અને ચીની ટીમો પાવડરમાં ફેરફાર કરવા માટે સખત મહેનત કરી રહી છે, ત્યારે બીજો એક ટેકનિકલ માર્ગ શાંતિથી પરિપક્વ થયો છે - બાઈન્ડર તરીકે એલ્યુમિનિયમ પાવડરનો ઉપયોગ. પરંપરાગત સિરામિક3D પ્રિન્ટીંગબાઈન્ડર મોટે ભાગે ઓર્ગેનિક રેઝિન હોય છે, જે ડીગ્રીસિંગ દરમિયાન બાળવામાં આવે ત્યારે પોલાણ છોડી દે છે. સ્થાનિક ટીમની 2023 ની પેટન્ટ એક અલગ અભિગમ અપનાવે છે: એલ્યુમિનિયમ પાવડરને પાણી આધારિત બાઈન્ડર47 માં બનાવવું.
પ્રિન્ટિંગ દરમિયાન, નોઝલ એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ પાવડર સ્તર પર 50-70% એલ્યુમિનિયમ પાવડર ધરાવતો "ગુંદર" સચોટ રીતે છાંટે છે. જ્યારે ડીગ્રીસિંગ સ્ટેજની વાત આવે છે, ત્યારે વેક્યુમ ખેંચવામાં આવે છે અને ઓક્સિજન પસાર થાય છે, અને એલ્યુમિનિયમ પાવડર 200-800°C પર એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે. 20% થી વધુ વોલ્યુમ વિસ્તરણની લાક્ષણિકતા તેને છિદ્રોને સક્રિય રીતે ભરવા અને સંકોચન દરને 5% કરતા ઓછો કરવા દે છે. "તે પાલખ તોડી નાખવા અને તે જ સમયે નવી દિવાલ બનાવવા સમાન છે, તમારા પોતાના છિદ્રો ભરો!" એક ઇજનેરે તેનું આ રીતે વર્ણન કર્યું.
૪. કણોની કળા: ગોળાકાર પાવડરનો વિજય
એલ્યુમિના પાવડરનો "દેખાવ" અણધારી રીતે સફળતાની ચાવી બની ગયો છે - આ દેખાવ કણોના આકારનો ઉલ્લેખ કરે છે. 2024 માં "ઓપન સિરામિક્સ" જર્નલમાં એક અભ્યાસમાં ફ્યુઝ્ડ ડિપોઝિશન (CF³) પ્રિન્ટીંગમાં ગોળાકાર અને અનિયમિત એલ્યુમિના પાવડરના પ્રદર્શનની તુલના કરવામાં આવી હતી5:
ગોળાકાર પાવડર: બારીક રેતીની જેમ વહે છે, ભરણ દર 60% થી વધુ છે, અને છાપકામ સરળ અને રેશમી છે.
અનિયમિત પાવડર: બરછટ ખાંડની જેમ અટવાઈ જાય છે, સ્નિગ્ધતા 40 ગણી વધારે હોય છે, અને નોઝલ અવરોધિત હોય છે જેથી જીવન પર શંકા થાય છે.
વધુ સારું, ગોળાકાર પાવડર દ્વારા છાપેલા ભાગોની ઘનતા સિન્ટરિંગ પછી સરળતાથી 89% થી વધી જાય છે, અને સપાટીની પૂર્ણાહુતિ સીધી ધોરણને પૂર્ણ કરે છે. "હવે પણ કોણ "કદરૂપ" પાવડર વાપરે છે? પ્રવાહીતા એ લડાઇ અસરકારકતા છે!" એક ટેકનિશિયન હસ્યો અને નિષ્કર્ષ કાઢ્યો5.
ભવિષ્ય: તારાઓ અને સમુદ્ર નાના અને સુંદર સાથે સહઅસ્તિત્વ ધરાવે છે
એલ્યુમિના પાવડરની 3D પ્રિન્ટીંગ ક્રાંતિ હજુ પૂરી થઈ નથી. ટર્બોફેન બ્લેડ બનાવવા માટે લગભગ શૂન્ય સંકોચન કોરોનો ઉપયોગ કરવામાં લશ્કરી ઉદ્યોગે આગેવાની લીધી છે; બાયોમેડિકલ ક્ષેત્રે તેની બાયોસુસંગતતા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું છે અને કસ્ટમાઇઝ્ડ બોન ઇમ્પ્લાન્ટ છાપવાનું શરૂ કર્યું છે; ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગે ગરમીના વિસર્જન સબસ્ટ્રેટ્સને લક્ષ્ય બનાવ્યા છે - છેવટે, એલ્યુમિનાની થર્મલ વાહકતા અને બિન-વિદ્યુત વાહકતા બદલી ન શકાય તેવી છે.