3D പ്രിന്റിംഗ് വസ്തുക്കളിൽ അലുമിന പൊടി വഴിത്തിരിവ്

3D പ്രിന്റിംഗ് വസ്തുക്കളിൽ അലുമിന പൊടി വഴിത്തിരിവ്

നോർത്ത് വെസ്റ്റേൺ പോളിടെക്നിക്കൽ യൂണിവേഴ്സിറ്റിയുടെ ലബോറട്ടറിയിലേക്ക് നടക്കുന്നു, ഒരു പ്രകാശ ചികിത്സ.3D പ്രിന്റർ ചെറുതായി മൂളുന്നു, ലേസർ ബീം സെറാമിക് സ്ലറിയിൽ കൃത്യമായി ചലിക്കുന്നു. ഏതാനും മണിക്കൂറുകൾക്ക് ശേഷം, ഒരു മേജ് പോലുള്ള സങ്കീർണ്ണമായ ഘടനയുള്ള ഒരു സെറാമിക് കോർ പൂർണ്ണമായും അവതരിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു - വിമാന എഞ്ചിനുകളുടെ ടർബൈൻ ബ്ലേഡുകൾ കാസ്റ്റ് ചെയ്യാൻ ഇത് ഉപയോഗിക്കും. പദ്ധതിയുടെ ചുമതലയുള്ള പ്രൊഫസർ സു ഹൈജുൻ, സൂക്ഷ്മമായ ഘടകത്തിലേക്ക് വിരൽ ചൂണ്ടി പറഞ്ഞു: "മൂന്ന് വർഷം മുമ്പ്, ഇത്രയും കൃത്യതയെക്കുറിച്ച് ചിന്തിക്കാൻ പോലും ഞങ്ങൾ ധൈര്യപ്പെട്ടില്ല. ഈ അദൃശ്യമായ അലുമിന പൊടിയിലാണ് പ്രധാന വഴിത്തിരിവ് മറഞ്ഞിരിക്കുന്നത്."

ഒരുകാലത്ത്, അലുമിന സെറാമിക്സ് മേഖലയിലെ ഒരു "പ്രശ്ന വിദ്യാർത്ഥി" പോലെയായിരുന്നു3D പ്രിന്റിംഗ്– ഉയർന്ന ശക്തി, ഉയർന്ന താപനില പ്രതിരോധം, നല്ല ഇൻസുലേഷൻ, പക്ഷേ ഒരിക്കൽ അച്ചടിച്ചാൽ, അതിന് ധാരാളം പ്രശ്നങ്ങൾ ഉണ്ടായിരുന്നു. പരമ്പരാഗത പ്രക്രിയകളിൽ, അലുമിന പൊടിക്ക് ദ്രാവകത കുറവായിരിക്കും, മാത്രമല്ല പലപ്പോഴും പ്രിന്റ് ഹെഡിനെ തടയുകയും ചെയ്യും; സിന്ററിംഗ് സമയത്ത് ചുരുങ്ങൽ നിരക്ക് 15%-20% വരെ ഉയർന്നേക്കാം, വളരെയധികം പരിശ്രമിച്ച് അച്ചടിച്ച ഭാഗങ്ങൾ കത്തിച്ചാലുടൻ വികൃതമാവുകയും പൊട്ടുകയും ചെയ്യും; സങ്കീർണ്ണമായ ഘടനകളോ? ഇത് അതിലും ഒരു ആഡംബരമാണ്. എഞ്ചിനീയർമാർ വിഷമിക്കുന്നു: "ഇത് ഒരു ശാഠ്യക്കാരനായ കലാകാരനെപ്പോലെയാണ്, വന്യമായ ആശയങ്ങളുണ്ടെങ്കിലും ആവശ്യത്തിന് കൈകളില്ല."

1. റഷ്യൻ ഫോർമുല: "സെറാമിക് കവചം" സ്ഥാപിക്കൽഅലുമിനിയംമാട്രിക്സ്

മെറ്റീരിയൽ ഡിസൈനിലെ വിപ്ലവത്തിൽ നിന്നാണ് ആദ്യം വഴിത്തിരിവ് ഉണ്ടായത്. 2020-ൽ, റഷ്യയിലെ നാഷണൽ യൂണിവേഴ്സിറ്റി ഓഫ് സയൻസ് ആൻഡ് ടെക്നോളജിയിലെ (NUST MISIS) മെറ്റീരിയൽ ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഒരു വിപ്ലവകരമായ സാങ്കേതികവിദ്യ പ്രഖ്യാപിച്ചു. അലുമിനിയം ഓക്സൈഡ് പൊടി കലർത്തുന്നതിനുപകരം, അവർ ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള അലുമിനിയം പൊടി ഒരു ഓട്ടോക്ലേവിൽ ഇട്ടു, ഓരോ അലുമിനിയം കണികയുടെയും ഉപരിതലത്തിൽ കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കാവുന്ന കട്ടിയുള്ള അലുമിനിയം ഓക്സൈഡ് ഫിലിമിന്റെ ഒരു പാളി "വളരാൻ" ഹൈഡ്രോതെർമൽ ഓക്സിഡേഷൻ ഉപയോഗിച്ചു, അലുമിനിയം ബോളിൽ നാനോ-ലെവൽ കവചത്തിന്റെ ഒരു പാളി ഇടുന്നതുപോലെ. ലേസർ 3D പ്രിന്റിംഗ് (SLM സാങ്കേതികവിദ്യ) സമയത്ത് ഈ "കോർ-ഷെൽ ഘടന" പൊടി അതിശയകരമായ പ്രകടനം കാണിക്കുന്നു: ശുദ്ധമായ അലുമിനിയം വസ്തുക്കളേക്കാൾ 40% കൂടുതലാണ് കാഠിന്യം, കൂടാതെ ഉയർന്ന താപനില സ്ഥിരത വളരെയധികം മെച്ചപ്പെട്ടു, വ്യോമയാന-ഗ്രേഡ് ആവശ്യകതകൾ നേരിട്ട് നിറവേറ്റുന്നു.

പ്രോജക്ട് ലീഡറായ പ്രൊഫസർ അലക്സാണ്ടർ ഗ്രോമോവ് ഒരു വ്യക്തമായ സാമ്യം പറഞ്ഞു: “മുൻകാലങ്ങളിൽ, സംയോജിത വസ്തുക്കൾ സലാഡുകൾ പോലെയായിരുന്നു - ഓരോന്നും സ്വന്തം കാര്യങ്ങൾ കൈകാര്യം ചെയ്തിരുന്നു; നമ്മുടെ പൊടികൾ സാൻഡ്‌വിച്ചുകൾ പോലെയാണ് - അലുമിനിയവും അലുമിനയും പരസ്പരം പാളികളായി കടിക്കുന്നു, മറ്റൊന്നില്ലാതെ അവയ്ക്ക് കഴിയില്ല.” ഈ ശക്തമായ കപ്ലിംഗ് വിമാന എഞ്ചിൻ ഭാഗങ്ങളിലും അൾട്രാ-ലൈറ്റ് ബോഡി ഫ്രെയിമുകളിലും മെറ്റീരിയലിന് അതിന്റെ കഴിവ് പ്രകടിപ്പിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു, കൂടാതെ ടൈറ്റാനിയം അലോയ്കളുടെ മേഖലയെ പോലും വെല്ലുവിളിക്കാൻ തുടങ്ങുന്നു.

2. ചൈനീസ് ജ്ഞാനം: സെറാമിക്സ് "സെറ്റിംഗ്" ചെയ്യുന്നതിന്റെ മാന്ത്രികത

അലുമിന സെറാമിക് പ്രിന്റിംഗിന്റെ ഏറ്റവും വലിയ പ്രശ്‌നം സിന്ററിംഗ് ചുരുങ്ങലാണ് - നിങ്ങൾ ഒരു കളിമൺ രൂപം ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം കുഴച്ചതായി സങ്കൽപ്പിക്കുക, അത് അടുപ്പിലേക്ക് കയറിയ ഉടൻ തന്നെ അത് ഒരു ഉരുളക്കിഴങ്ങിന്റെ വലുപ്പത്തിലേക്ക് ചുരുങ്ങി. അത് എത്രത്തോളം തകരും? 2024 ന്റെ തുടക്കത്തിൽ, നോർത്ത് വെസ്റ്റേൺ പോളിടെക്‌നിക്കൽ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയിലെ പ്രൊഫസർ സു ഹൈജൂണിന്റെ സംഘം ജേണൽ ഓഫ് മെറ്റീരിയൽസ് സയൻസ് & ടെക്‌നോളജിയിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഫലങ്ങൾ വ്യവസായത്തിന് ഒരു പുതിയ തുടക്കം കുറിച്ചു: അവർക്ക് 0.3% മാത്രം ചുരുങ്ങൽ നിരക്കുള്ള ഏതാണ്ട് പൂജ്യം ചുരുങ്ങൽ അലുമിന സെറാമിക് കോർ ലഭിച്ചു.

രഹസ്യം ചേർക്കലാണ്അലുമിനിയം പൊടിഅലുമിനയിലേക്ക്, തുടർന്ന് കൃത്യമായ ഒരു "അന്തരീക്ഷ മാജിക്" കളിക്കാൻ.

അലുമിനിയം പൊടി ചേർക്കുക: സെറാമിക് സ്ലറിയിൽ 15% നേർത്ത അലുമിനിയം പൊടി കലർത്തുക.

അന്തരീക്ഷം നിയന്ത്രിക്കുക: അലുമിനിയം പൊടി ഓക്സിഡൈസ് ചെയ്യുന്നത് തടയാൻ സിന്ററിംഗ് ആരംഭിക്കുമ്പോൾ ആർഗോൺ വാതക സംരക്ഷണം ഉപയോഗിക്കുക.

സ്മാർട്ട് സ്വിച്ചിംഗ്: താപനില 1400°C ആയി ഉയരുമ്പോൾ, പെട്ടെന്ന് അന്തരീക്ഷം വായുവിലേക്ക് മാറ്റുക.

ഇൻ-സിറ്റു ഓക്സീകരണം: അലൂമിനിയം പൊടി തൽക്ഷണം തുള്ളികളായി ഉരുകി അലൂമിനിയം ഓക്സൈഡായി ഓക്സീകരിക്കപ്പെടുന്നു, വ്യാപ്ത വികാസം സങ്കോചത്തെ ഓഫ്സെറ്റ് ചെയ്യുന്നു.

3. ബൈൻഡർ വിപ്ലവം: അലുമിനിയം പൊടി "അദൃശ്യ പശ" ആയി മാറുന്നു.

റഷ്യൻ, ചൈനീസ് ടീമുകൾ പൗഡർ മോഡിഫിക്കേഷനിൽ കഠിനമായി പരിശ്രമിക്കുമ്പോൾ, മറ്റൊരു സാങ്കേതിക മാർഗം നിശബ്ദമായി പക്വത പ്രാപിച്ചിരിക്കുന്നു - അലുമിനിയം പൗഡർ ഒരു ബൈൻഡറായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. പരമ്പരാഗത സെറാമിക്3D പ്രിന്റിംഗ്ബൈൻഡറുകൾ കൂടുതലും ഓർഗാനിക് റെസിനുകളാണ്, ഡീഗ്രേസിംഗ് സമയത്ത് കത്തിച്ചാൽ അവ അറകൾ അവശേഷിപ്പിക്കും. ഒരു ആഭ്യന്തര ടീമിന്റെ 2023 ലെ പേറ്റന്റ് വ്യത്യസ്തമായ ഒരു സമീപനമാണ് സ്വീകരിക്കുന്നത്: അലുമിനിയം പൊടിയെ ജലത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ബൈൻഡറാക്കി മാറ്റുന്നു47.

പ്രിന്റ് ചെയ്യുമ്പോൾ, നോസൽ അലുമിനിയം ഓക്സൈഡ് പൊടി പാളിയിൽ 50-70% അലുമിനിയം പൊടി അടങ്ങിയ "പശ" കൃത്യമായി സ്പ്രേ ചെയ്യുന്നു. ഡീഗ്രേസിംഗ് ഘട്ടത്തിലേക്ക് വരുമ്പോൾ, വാക്വം വലിച്ചെടുത്ത് ഓക്സിജൻ കടത്തിവിടുകയും, അലുമിനിയം പൊടി 200-800°C താപനിലയിൽ അലുമിനിയം ഓക്സൈഡായി ഓക്സീകരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. 20% ൽ കൂടുതൽ വോളിയം വികാസത്തിന്റെ സ്വഭാവം സുഷിരങ്ങൾ സജീവമായി നിറയ്ക്കാനും ചുരുങ്ങൽ നിരക്ക് 5% ൽ താഴെയാക്കാനും അനുവദിക്കുന്നു. "ഇത് സ്കാഫോൾഡിംഗ് പൊളിച്ചുമാറ്റി ഒരേ സമയം ഒരു പുതിയ മതിൽ പണിയുന്നതിനും, നിങ്ങളുടെ സ്വന്തം ദ്വാരങ്ങൾ നിറയ്ക്കുന്നതിനും തുല്യമാണ്!" ഒരു എഞ്ചിനീയർ ഇതിനെ ഇങ്ങനെ വിവരിച്ചു.

4. കണികകളുടെ കല: ഗോളാകൃതിയിലുള്ള പൊടിയുടെ വിജയം

അലുമിന പൊടിയുടെ "രൂപം" അപ്രതീക്ഷിതമായി മുന്നേറ്റങ്ങളുടെ താക്കോലായി മാറിയിരിക്കുന്നു - ഈ രൂപം കണികയുടെ ആകൃതിയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. 2024-ൽ "ഓപ്പൺ സെറാമിക്സ്" എന്ന ജേണലിൽ നടത്തിയ ഒരു പഠനം, ഫ്യൂസ്ഡ് ഡിപ്പോസിഷൻ (CF³) പ്രിന്റിംഗിലെ ഗോളാകൃതിയിലുള്ളതും ക്രമരഹിതവുമായ അലുമിന പൊടികളുടെ പ്രകടനത്തെ താരതമ്യം ചെയ്തു5:

ഗോളാകൃതിയിലുള്ള പൊടി: നേർത്ത മണൽ പോലെ ഒഴുകുന്നു, പൂരിപ്പിക്കൽ നിരക്ക് 60% കവിയുന്നു, പ്രിന്റിംഗ് മിനുസമാർന്നതും സിൽക്കി ആയതുമാണ്.

ക്രമരഹിതമായ പൊടി: കട്ടിയുള്ള പഞ്ചസാര പോലെ പറ്റിപ്പിടിച്ചിരിക്കുന്നു, വിസ്കോസിറ്റി 40 മടങ്ങ് കൂടുതലാണ്, കൂടാതെ ജീവൻ സംശയിക്കാൻ നോസൽ അടഞ്ഞിരിക്കുന്നു.

അതിലും മികച്ചത്, സിന്ററിംഗിന് ശേഷം ഗോളാകൃതിയിലുള്ള പൊടി ഉപയോഗിച്ച് അച്ചടിച്ച ഭാഗങ്ങളുടെ സാന്ദ്രത എളുപ്പത്തിൽ 89% കവിയുന്നു, കൂടാതെ ഉപരിതല ഫിനിഷും നേരിട്ട് നിലവാരം പാലിക്കുന്നു. “ആരാണ് ഇപ്പോൾ “വൃത്തികെട്ട” പൊടി ഉപയോഗിക്കുന്നത്? ഫ്ലൂയിഡിറ്റിയാണ് പോരാട്ട ഫലപ്രാപ്തി!” ഒരു ടെക്നീഷ്യൻ പുഞ്ചിരിച്ചുകൊണ്ട് പറഞ്ഞു5.

ഭാവി: നക്ഷത്രങ്ങളും കടലുകളും ചെറുതും മനോഹരവുമായി സഹവർത്തിക്കുന്നു

അലുമിന പൊടിയുടെ 3D പ്രിന്റിംഗ് വിപ്ലവം അവസാനിച്ചിട്ടില്ല. ടർബോഫാൻ ബ്ലേഡുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് പൂജ്യത്തിനടുത്തുള്ള ഷ്രിങ്ക്ഷൻ കോറുകൾ പ്രയോഗിക്കുന്നതിൽ സൈനിക വ്യവസായം നേതൃത്വം നൽകിയിട്ടുണ്ട്; ബയോമെഡിക്കൽ മേഖല അതിന്റെ ബയോകോംപാറ്റിബിലിറ്റിയിൽ ആകൃഷ്ടരായി ഇഷ്ടാനുസൃതമാക്കിയ അസ്ഥി ഇംപ്ലാന്റുകൾ അച്ചടിക്കാൻ തുടങ്ങി; ഇലക്ട്രോണിക്സ് വ്യവസായം താപ വിസർജ്ജന സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളെ ലക്ഷ്യം വച്ചിട്ടുണ്ട് - എല്ലാത്തിനുമുപരി, അലുമിനയുടെ താപ ചാലകതയും വൈദ്യുതേതര ചാലകതയും മാറ്റാനാവാത്തതാണ്.