३डी प्रिंटिंग मटेरियलमध्ये अॅल्युमिना पावडरची प्रगती
नॉर्थवेस्टर्न पॉलिटेक्निकल युनिव्हर्सिटीच्या प्रयोगशाळेत प्रवेश करताना, एक प्रकाश-क्युअरिंग३डी प्रिंटर किंचित गुंजत आहे आणि लेसर बीम सिरेमिक स्लरीमध्ये अचूकपणे फिरत आहे. काही तासांनंतर, भूलभुलैयासारख्या जटिल संरचनेसह एक सिरेमिक कोर पूर्णपणे सादर केला जातो - तो विमान इंजिनच्या टर्बाइन ब्लेड कास्ट करण्यासाठी वापरला जाईल. प्रकल्पाचे प्रभारी प्राध्यापक सु हैजुन यांनी नाजूक घटकाकडे लक्ष वेधले आणि म्हणाले: "तीन वर्षांपूर्वी, आम्ही इतक्या अचूकतेबद्दल विचार करण्याची हिंमतही केली नव्हती. या अस्पष्ट अॅल्युमिना पावडरमध्ये महत्त्वाची प्रगती लपलेली आहे."
एकेकाळी, अॅल्युमिना सिरेमिक्स हे या क्षेत्रात "समस्याग्रस्त विद्यार्थी" सारखे होते.३डी प्रिंटिंग– उच्च शक्ती, उच्च तापमान प्रतिरोधकता, चांगले इन्सुलेशन, परंतु एकदा ते छापले गेले की, त्यात अनेक समस्या होत्या. पारंपारिक प्रक्रियेत, अॅल्युमिना पावडरमध्ये कमी तरलता असते आणि बहुतेकदा प्रिंट हेड ब्लॉक होते; सिंटरिंग दरम्यान संकोचन दर 15%-20% पर्यंत जास्त असू शकतो आणि मोठ्या प्रयत्नाने छापलेले भाग जाळताच विकृत होतात आणि क्रॅक होतात; गुंतागुंतीची रचना? हे आणखी एक लक्झरी आहे. अभियंते चिंतेत आहेत: "ही गोष्ट एका हट्टी कलाकारासारखी आहे, ज्याच्याकडे जंगली कल्पना आहेत परंतु पुरेसे हात नाहीत."
१. रशियन सूत्र: "सिरेमिक चिलखत" वर ठेवणेअॅल्युमिनियममॅट्रिक्स
मटेरियल डिझाइनमधील क्रांतीमुळे प्रथम टर्निंग पॉइंट आला. २०२० मध्ये, रशियाच्या नॅशनल युनिव्हर्सिटी ऑफ सायन्स अँड टेक्नॉलॉजी (NUST MISIS) मधील मटेरियल सायंटिस्टनी एक विघटनकारी तंत्रज्ञानाची घोषणा केली. अॅल्युमिनियम ऑक्साईड पावडर फक्त मिसळण्याऐवजी, त्यांनी उच्च-शुद्धता अॅल्युमिनियम पावडर ऑटोक्लेव्हमध्ये टाकली आणि प्रत्येक अॅल्युमिनियम कणाच्या पृष्ठभागावर अचूकपणे नियंत्रित जाडी असलेल्या अॅल्युमिनियम ऑक्साईड फिल्मचा थर "वाढवण्यासाठी" हायड्रोथर्मल ऑक्सिडेशनचा वापर केला, जसे अॅल्युमिनियम बॉलवर नॅनो-लेव्हल आर्मरचा थर ठेवला जातो. हे "कोर-शेल स्ट्रक्चर" पावडर लेसर ३D प्रिंटिंग (SLM तंत्रज्ञान) दरम्यान आश्चर्यकारक कामगिरी दर्शवते: कडकपणा शुद्ध अॅल्युमिनियम सामग्रीपेक्षा ४०% जास्त आहे आणि उच्च-तापमान स्थिरता मोठ्या प्रमाणात सुधारली आहे, थेट विमानचालन-ग्रेड आवश्यकता पूर्ण करते.
प्रकल्प प्रमुख प्राध्यापक अलेक्झांडर ग्रोमोव्ह यांनी एक स्पष्ट उपमा दिली: “पूर्वी, संमिश्र पदार्थ सॅलडसारखे होते - प्रत्येकजण स्वतःच्या व्यवसायाचा प्रभारी होता; आमचे पावडर सँडविचसारखे आहेत - अॅल्युमिनियम आणि अॅल्युमिना एकमेकांना थर थर चावतात आणि दोघेही एकमेकांशिवाय करू शकत नाहीत.” हे मजबूत जोडणी विमानाच्या इंजिनच्या भागांमध्ये आणि अल्ट्रा-लाइट बॉडी फ्रेम्समध्ये त्याचे कौशल्य दाखवू देते आणि टायटॅनियम मिश्रधातूंच्या क्षेत्राला आव्हान देण्यास देखील सुरुवात करते.
२. चिनी शहाणपण: मातीच्या भांड्यांना "सेटिंग" करण्याची जादू
अॅल्युमिना सिरेमिक प्रिंटिंगचा सर्वात मोठा त्रासदायक मुद्दा म्हणजे सिंटरिंग श्रिंकेज - कल्पना करा की तुम्ही मातीची आकृती काळजीपूर्वक मळली आणि ती ओव्हनमध्ये जाताच ती बटाट्याच्या आकारात आकुंचन पावली. ती किती प्रमाणात कोसळेल? २०२४ च्या सुरुवातीला, नॉर्थवेस्टर्न पॉलिटेक्निकल युनिव्हर्सिटीमधील प्रोफेसर सु हैजुन यांच्या टीमने जर्नल ऑफ मटेरियल्स सायन्स अँड टेक्नॉलॉजीमध्ये प्रकाशित केलेल्या निकालांनी उद्योगाला चालना दिली: त्यांना फक्त ०.३% च्या संकोचन दरासह जवळजवळ शून्य-संकोचन अॅल्युमिना सिरेमिक कोर मिळाला.
गुपित म्हणजे जोडणेअॅल्युमिनियम पावडरअॅल्युमिना आणि नंतर एक अचूक "वातावरण जादू" खेळा.
अॅल्युमिनियम पावडर घाला: सिरेमिक स्लरीमध्ये १५% बारीक अॅल्युमिनियम पावडर मिसळा.
वातावरण नियंत्रित करा: अॅल्युमिनियम पावडरचे ऑक्सिडायझेशन रोखण्यासाठी सिंटरिंगच्या सुरुवातीला आर्गॉन गॅस संरक्षण वापरा.
स्मार्ट स्विचिंग: जेव्हा तापमान १४००°C पर्यंत वाढते, तेव्हा अचानक वातावरण हवेत बदला.
इन-सीटू ऑक्सिडेशन: अॅल्युमिनियम पावडर तात्काळ थेंबांमध्ये वितळते आणि अॅल्युमिनियम ऑक्साईडमध्ये ऑक्सिडाइझ होते आणि आकारमान विस्तार आकुंचन ऑफसेट करते.
३. बाइंडर क्रांती: अॅल्युमिनियम पावडर "अदृश्य गोंद" मध्ये बदलते.
रशियन आणि चिनी संघ पावडरमध्ये बदल करण्यासाठी कठोर परिश्रम करत असताना, आणखी एक तांत्रिक मार्ग शांतपणे परिपक्व झाला आहे - अॅल्युमिनियम पावडरचा बाईंडर म्हणून वापर. पारंपारिक सिरेमिक३डी प्रिंटिंगबाइंडर बहुतेक सेंद्रिय रेझिन असतात, जे डिग्रेझिंग दरम्यान जाळल्यावर पोकळी सोडतात. एका स्थानिक संघाच्या २०२३ च्या पेटंटमध्ये एक वेगळा दृष्टिकोन आहे: अॅल्युमिनियम पावडरला पाण्यावर आधारित बाइंडरमध्ये बनवणे४७.
छपाई दरम्यान, नोजल अॅल्युमिनियम ऑक्साईड पावडर थरावर ५०-७०% अॅल्युमिनियम पावडर असलेले "गोंद" अचूकपणे फवारते. जेव्हा डिग्रेझिंग स्टेज येतो तेव्हा व्हॅक्यूम काढला जातो आणि ऑक्सिजन जातो आणि अॅल्युमिनियम पावडर २००-८००°C वर अॅल्युमिनियम ऑक्साईडमध्ये ऑक्सिडाइझ होते. २०% पेक्षा जास्त व्हॉल्यूम विस्ताराचे वैशिष्ट्य ते सक्रियपणे छिद्रे भरण्यास आणि आकुंचन दर ५% पेक्षा कमी करण्यास अनुमती देते. "हे मचान उध्वस्त करणे आणि त्याच वेळी एक नवीन भिंत बांधणे, स्वतःचे छिद्र भरणे यासारखे आहे!" एका अभियंत्याने त्याचे वर्णन असे केले.
४. कणांची कला: गोलाकार पावडरचा विजय
अॅल्युमिना पावडरचे "देखावा" हे अनपेक्षितपणे प्रगतीची गुरुकिल्ली बनले आहे - हे स्वरूप कणांच्या आकाराचा संदर्भ देते. २०२४ मध्ये "ओपन सिरॅमिक्स" जर्नलमध्ये झालेल्या एका अभ्यासात फ्युज्ड डिपॉझिशन (CF³) प्रिंटिंगमध्ये गोलाकार आणि अनियमित अॅल्युमिना पावडरच्या कामगिरीची तुलना करण्यात आली आहे:
गोलाकार पावडर: बारीक वाळूसारखी वाहते, भरण्याचा दर ६०% पेक्षा जास्त असतो आणि छपाई गुळगुळीत आणि रेशमी असते.
अनियमित पावडर: जाड साखरेसारखी चिकटलेली, चिकटपणा ४० पट जास्त आहे आणि नोझल ब्लॉक झाल्यामुळे आयुष्यावर शंका येते.
त्याहूनही चांगले, गोलाकार पावडरने छापलेल्या भागांची घनता सिंटरिंगनंतर सहजपणे ८९% पेक्षा जास्त होते आणि पृष्ठभागाची फिनिश थेट मानकांशी जुळते. "आताही "कुरूप" पावडर कोण वापरते? तरलता ही लढाऊ प्रभावीता आहे!" एका तंत्रज्ञाने हसून निष्कर्ष काढला.
भविष्य: तारे आणि समुद्र लहान आणि सुंदर सहअस्तित्वात आहेत
अॅल्युमिना पावडरची ३डी प्रिंटिंग क्रांती अजून संपलेली नाही. टर्बोफॅन ब्लेड तयार करण्यासाठी जवळजवळ शून्य संकोचन कोर वापरण्यात लष्करी उद्योगाने आघाडी घेतली आहे; बायोमेडिकल क्षेत्राने त्याच्या जैव सुसंगततेकडे लक्ष वेधले आहे आणि कस्टमाइज्ड हाडांचे रोपण छपाई सुरू केली आहे; इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योगाने उष्णता नष्ट करणारे सब्सट्रेट्स लक्ष्यित केले आहेत - शेवटी, अ‍ॅल्युमिनाची थर्मल चालकता आणि नॉन-इलेक्ट्रिकल चालकता अपरिवर्तनीय आहेत.