थकान से तात्पर्य सामग्रियों के धीरे-धीरे खराब होने और अंततः चक्रीय लोडिंग के तहत टूटने की घटना से है। जीवन सुरक्षा के लिए महत्वपूर्ण संरचनाओं, जैसे विमान के इंजन ब्लेड और लैंडिंग गियर के लिए, थकान प्रदर्शन एक प्राथमिक डिजाइन मानदंड है। 3डी मुद्रित भागों के भीतर अपरिहार्य सूक्ष्म छिद्र, कांच में हवा के बुलबुले की तरह, चक्रीय तनाव के तहत दरार आरंभ बिंदु बन सकते हैं, जिससे समय से पहले घटक विफलता हो सकती है। पहले, इंजीनियर आमतौर पर इन छिद्रों को खत्म करने के लिए हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP) का उपयोग करते थे। हालाँकि, यह विधि एक दोधारी तलवार है: छिद्रों को ठीक करते समय, यह 3डी प्रिंटिंग द्वारा बनाई गई अनूठी, बारीक सूक्ष्म संरचनाओं को भी मोटा कर देती है, जिससे इसके संभावित फायदे खत्म हो जाते हैं। यह "बच्चे को नहाने के पानी के साथ बाहर फेंक देने" का एक उत्कृष्ट मामला है।
क्या 3डी प्रिंटिंग की उत्कृष्ट सूक्ष्म संरचना को संरक्षित करते हुए छिद्रों को खत्म करना संभव है? शोध दल ने 3डी मुद्रित टाइटेनियम मिश्र धातुओं में चरण परिवर्तन और अनाज वृद्धि की "अतुल्यकालिक" प्रकृति की खोज की, और इसके आधार पर, एक अभिनव "निर्दोष योज्य विनिर्माण प्रक्रिया" विकसित की। इस तकनीक का मूल पोस्ट प्रसंस्करण के थर्मल चक्र को सटीक रूप से नियंत्रित करने में निहित है: अनाज को बढ़ने का समय मिलने से पहले, चरण परिवर्तन तेजी से पूरा हो जाता है और सामग्री को ठंडा कर दिया जाता है, इस प्रकार 3 डी प्रिंटिंग द्वारा गठित बारीक, समान माइक्रोस्ट्रक्चर को "लॉक" कर दिया जाता है।
परिणाम उत्साहजनक हैं: एनएएमपी तकनीक से उपचारित "त्रुटिहीन मुद्रित" टाइटेनियम मिश्र धातु इसकी संरचना के भीतर खतरनाक अप्रयुक्त रिक्तियों को पूरी तरह से समाप्त कर देती है, जबकि मूल महीन दाने और लैमेलर संरचना को पूरी तरह से संरक्षित करती है।
चरम प्रदर्शन: थकान जीवन सभी ज्ञात टाइटेनियम मिश्र धातुओं से आगे निकल जाता है। यांत्रिक संपत्ति परीक्षण के परिणाम और भी अधिक प्रभावशाली हैं। यह "निर्दोष" टाइटेनियम मिश्र धातु लगभग 978 एमपीए की थकान सीमा प्राप्त करता है, जो मूल मुद्रित स्थिति की तुलना में 106% सुधार है। अधिक उल्लेखनीय रूप से, यह आंकड़ा न केवल सभी ज्ञात 3डी मुद्रित टाइटेनियम मिश्र धातुओं से कहीं अधिक है, बल्कि पारंपरिक फोर्जिंग प्रक्रियाओं के माध्यम से उत्पादित टाइटेनियम मिश्र धातुओं से भी काफी आगे है, जो समान सामग्रियों के लिए थकान प्रदर्शन के शिखर तक पहुंचता है। जब शोधकर्ताओं ने विभिन्न इंजीनियरिंग सामग्रियों के साथ विशिष्ट थकान ताकत (थकान ताकत और घनत्व का अनुपात, एयरोस्पेस उद्योग के लिए महत्वपूर्ण) की तुलना की, तो उन्होंने पाया कि इस दोषरहित मुद्रित टाइटेनियम मिश्र धातु ने चार्ट के शीर्ष दाएं कोने पर कब्जा कर लिया है, सभी स्टील, एल्यूमीनियम मिश्र धातु, मैग्नीशियम मिश्र धातु, उच्च तापमान मिश्र धातु, और यहां तक कि उच्च {9} एन्ट्रॉपी मिश्र धातु, थकान प्रतिरोधी घटकों के निर्माण में 3 डी प्रिंटिंग तकनीक की विशाल क्षमता का प्रदर्शन करते हुए।
रिक्त स्थान से मुक्त 3डी मुद्रित माइक्रोस्ट्रक्चर इतने मजबूत क्यों हैं?
अनुसंधान से पता चलता है कि 3डी प्रिंटिंग की अद्वितीय अल्ट्रा{0}}महीन लैमेलर संरचना थकान क्षति की स्थानीयकृत सांद्रता को प्रभावी ढंग से दबा देती है। पारंपरिक टाइटेनियम मिश्र धातुओं में, थकान दरारें अक्सर मोटे अनाज या नरम चरण क्षेत्रों में शुरू होती हैं, जबकि 3 डी प्रिंटिंग की बारीक संरचना समान रूप से तनाव को फैलाती है, जिससे दरार की शुरुआत और प्रसार मुश्किल हो जाता है।
भविष्य का दृष्टिकोण: 3डी प्रिंटिंग का पुनर्वास और नई दिशाएँ खोलना। यह शोध 3डी मुद्रित सामग्रियों के थकान प्रदर्शन के बारे में हमारी समझ को पूरी तरह से पलट देता है। यह स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करता है कि 3डी मुद्रित माइक्रोस्ट्रक्चर स्वयं कोई कमजोरी नहीं है, बल्कि बेहतर थकान प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए एक मूल्यवान आधार है। वास्तविक बाधा मुद्रण प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न दोषों में निहित है। यह कार्य 3डी प्रिंटिंग तकनीक के विकास के लिए दोहरे अनुकूलन पथ की ओर इशारा करता है: एक ओर, रिक्तियों को कम करने के लिए मुद्रण प्रक्रिया को अनुकूलित करना जारी रखना; दूसरी ओर, सूक्ष्म संरचना को सूक्ष्मता से नियंत्रित करने के लिए सक्रिय रूप से नई पोस्ट प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों का विकास कर रहा है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि "निर्दोष मुद्रण" की इस अवधारणा को अन्य धातु सामग्री प्रणालियों तक विस्तारित करने की क्षमता है, जिससे 3डी प्रिंटिंग तकनीक उच्च प्रदर्शन वाले संरचनात्मक घटक निर्माण की विशाल दुनिया में अग्रणी हो जाएगी।
कागज की जानकारी:
शीर्षक: टाइटेनियम मिश्रधातु में लगभग {{0}शून्य{{1}मुक्त 3डी प्रिंटिंग के माध्यम से उच्च थकान प्रतिरोध
जर्नल: नेचर, 2024-02-28
इस लेख का हवाला दें
क्यू, जेड, झांग, जेड, लियू, आर एट अल। टाइटेनियम मिश्रधातु में लगभग -शून्य{5}मुक्त 3डी प्रिंटिंग के माध्यम से उच्च थकान प्रतिरोध। प्रकृति 626, 999-1004 (2024)।
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07048-1