ध्वनिक निगरानी – क्या यह लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग को व्यावसायिक बनाने की कुंजी है?

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग बाजार बढ़ रहा है। जैसा कि उद्योग अनुसंधान अनुमान दर्शाते हैं, वैश्विक धातु और पॉलीमर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग बाजार, जिसका मूल्य 2020 में 7.17 बिलियन यूरो था, 2026 तक 19.23 बिलियन यूरो तक बढ़ने की उम्मीद है। यह विकास पथ छह वर्षों में लगभग तीन गुना वृद्धि का संकेत देता है।

विभिन्न उद्योग अपने उत्पादन लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का उपयोग कर रहे हैं। विशेष रूप से, रिपोर्टें संकेत देती हैं कि एयरोस्पेस, टरबाइन और हेलीकॉप्टर क्षेत्रों ने सबसे बड़ा हिस्सा हासिल किया है। इसके बाद मेडिकल उद्योग में महत्वपूर्ण अपनाने की दर देखी जा रही है।

बाजार के आकार में वृद्धि और अनुप्रयोगों की निरंतर विस्तारित सीमा के साथ, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग ने रूप और उपयोगिता दोनों में व्यापक विविधता प्राप्त की है। इस क्षेत्र में एक उल्लेखनीय विकास लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग है। अगले भागों में, हम इसके व्यावसायिक संभावनाओं और ध्वनिक निगरानी की महत्वपूर्ण भूमिका पर चर्चा करेंगे जो इसके सफल उपयोग में मदद कर सकती है।

हालाँकि, इन पहलुओं की गहराई से खोज करने से पहले, यह समझना आवश्यक है कि लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग वास्तव में क्या है।

लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग क्या है?

MIT स्लोन स्कूल ऑफ मैनेजमेंट के अनुसार, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग को “एक वस्तु को एक-एक परत बनाकर बनाने की प्रक्रिया” के रूप में परिभाषित किया गया है। यह घटावात्मक मैन्युफैक्चरिंग के विपरीत है, जिसमें एक ठोस सामग्री के ब्लॉक को काटते हुए अंतिम उत्पाद तक पहुंचा जाता है।

परिभाषा के अनुसार, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग किसी भी प्रक्रिया को दर्शा सकता है जिसमें किसी उत्पाद को बनाकर ऊपर की ओर निर्मित किया जाता है। लेकिन व्यावहारिक रूप में, यह त्रि-आयामी प्रिंटिंग को दर्शाता है।

यदि हम 3‑डी प्रिंटिंग के इतिहास को देखें, तो यह 1977 में शुरू हुआ जब Wyn Kelly Swainson ने तरल प्लास्टिक में डुबे ट्रे पर लेज़र के लक्षित उपयोग का पेटेंट कराया, जिससे ऊपर की परत में ठोस प्लास्टिक जुड़ गया। 1999 में, वेक फॉरेस्ट इंस्टीट्यूट फॉर रीजेनरेटिव मेडिसिन के शोधकर्ताओं ने 3‑डी प्रिंटेड ब्लैडर बनाया। यह मानव इतिहास में पहला 3‑डी प्रिंटेड अंग बना। पहला कार्यात्मक 3‑डी प्रिंटेड फर्नीचर 2005 में अस्तित्व में आया। बड़े पैमाने पर औद्योगिक उपयोग का उदाहरण तब आया जब बोइंग ने अपने 787 ड्रिमलाइनर के लिए FAA-स्वीकृत 3‑डी प्रिंटेड टाइटेनियम पार्ट्स लॉन्च किए।

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग की शुरुआत से ही लेज़र एक महत्वपूर्ण घटक रहे हैं। Laser Systems Europe, जो कि कैम्ब्रिजशायर स्थित एक प्रकाशन है जो औद्योगिक लेज़र सिस्टम के इंटीग्रेटर्स और उपयोगकर्ताओं के लिए है, लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग को इस प्रक्रिया के रूप में परिभाषित करता है जहाँ “लेज़र बीम का उपयोग करके तार या पाउडर सामग्री की क्रमिक परतों को मिलाकर या पिघलाकर 3D वस्तु बनाई जाती है।”

यह तकनीक विभिन्न सामग्रियों पर लागू होती है, जिसमें उच्च-शक्तिशाली धातु मिश्रधातु से लेकर थर्मोप्लास्टिक और रेजिन शामिल हैं। यह महत्वपूर्ण स्तर की सटीकता के साथ जटिल आकार बना सकती है।

जैसे ही तकनीक आगे बढ़ती है, लेज़र हमारे भविष्य को आकार देने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने वाले हैं। इसके अनुप्रयोग संचार, रक्षा, स्वास्थ्य, स्वच्छ ऊर्जा/न्यूक्लियर फ्यूजन आदि क्षेत्रों में व्यापक रूप से देखे जा सकते हैं। लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग भी इसी तरह विविध अनुप्रयोगों और कई लाभों के साथ है।

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लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के प्रकार और लाभ

लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग विभिन्न प्रकार की हो सकती है, जिसमें पाउडर बेड फ्यूजन, डायरेक्ट एनर्जी डिपॉज़िशन, मैटेरियल जेटिंग, शीट लैमिनेशन और स्टीरियोलिथोग्राफी शामिल हैं।

इसके सबसे प्रमुख लाभों में से एक इसकी क्षमता है कि यह अनुकूलित ज्यामितियों के साथ जटिल संरचनाएँ बना सकता है। पारंपरिक एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीकें इस स्तर की सटीकता हासिल नहीं कर पातीं।

लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग द्वारा प्रदान की गई सटीकता पोस्ट‑प्रोसेसिंग की आवश्यकता को कम करती है। यह सामग्री की बर्बादी को न्यूनतम तक लाता है और पारंपरिक मैन्युफैक्चरिंग प्रक्रियाओं की तुलना में ऊर्जा खपत को काफी घटाता है।

लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग प्रक्रियाएँ आवश्यकतानुसार स्वचालित और अनुकूलित करना आसान है। इस विधि की सटीकता और स्वचालन गुण मिलकर तेज़ प्रोटोटाइपिंग के लिए एक प्रभावी समाधान बनाते हैं, जो उल्लेखनीय रूप से कम लागत पर उपलब्ध है।

चूंकि लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग को असेंबली की आवश्यकता नहीं होती, इसे मांग के अनुसार ठीक उसी रूप में बनाया जा सकता है, जहाँ प्रक्रिया केवल आवश्यक सामग्री का उपयोग करती है, बिना किसी अतिरिक्त या बर्बादी के। यह लॉजिस्टिक्स, परिवहन और कचरा प्रबंधन से उत्पन्न कार्बन फुटप्रिंट को कम करके हमारे पर्यावरण को भी लाभ पहुंचाता है।

लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के अनुप्रयोग क्षेत्र

लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के अनुप्रयोग का दायरा व्यापक है। उदाहरण के लिए, एयरोस्पेस उद्योग में यह उच्च प्रदर्शन और हल्के भाग बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इस तकनीक के लाभ ऑटोमोबाइल उद्योग में भी विस्तारित होते हैं, जहाँ इसका उपयोग इंजन, ट्रांसमिशन, एग्जॉस्ट सिस्टम और ब्रेक जैसे आवश्यक घटकों के उत्पादन में किया जाता है।

इसके अतिरिक्त, लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का स्वास्थ्य क्षेत्र में महत्वपूर्ण भूमिका है, विशेषकर रोगी‑विशिष्ट जटिल डिज़ाइनों के निर्माण में। इसमें कूल्हे और घुटने के इम्प्लांट तथा डेंटल इम्प्लांट जैसी विभिन्न प्रॉस्थेटिक समाधान शामिल हैं।

इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में, लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग की सटीकता का उपयोग उच्च‑सटीकता वाले पीसीबी बनाने में किया जाता है। यह सटीकता एंटीना, सेंसर और ट्रांज़िस्टर जैसे सूक्ष्म फीचर्स वाले इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के उत्पादन को संभव बनाती है।

तकनीक की संभावनाएँ माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (MEMS) निर्माण में भी स्पष्ट हैं। यहाँ यह एक्सेलेरोमीटर और जाइरोस्कोप जैसे जटिल घटकों के निर्माण को सुविधाजनक बनाती है।

ऊर्जा क्षेत्र में, लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग गैस और पवन टरबाइन भागों की मरम्मत में लाभदायक सिद्ध होती है। यह इम्पेलर, वाल्व और हीट एक्सचेंजर जैसे घटकों के निर्माण में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। लेकिन लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग की बहु‑आयामी उपयोग संभावनाओं के बावजूद, यह अभी तक पर्याप्त रूप से व्यावसायिक नहीं हुई है।

लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग: व्यावसायीकरण की कमी

2016 के एक अध्ययन ने लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के व्यावसायीकरण स्तरों का अनुभवजन्य विश्लेषण किया। इस जांच ने वैश्विक औद्योगिक लेज़र बाजार, जिसमें सभी लेज़र स्रोत शामिल हैं, का आकार लगभग US$3.3 बिलियन अनुमानित किया। और इस विस्तृत बाजार में, एडिटिव लेज़र स्रोत केवल US$100 मिलियन का हिस्सा थे। प्रतिशत के हिसाब से, लेज़र स्रोत कुल बाजार मूल्य का मात्र 3% थे।

इन आंकड़ों की पुष्टि उद्योग स्रोतों से प्राप्त गुणात्मक जानकारी से भी की जा सकती है। उदाहरण के तौर पर, एयरोस्पेस उद्योग में नियामक माहौल ने लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के उपयोग को मुख्यतः प्रोटोटाइपिंग तक सीमित रखा और इसे व्यावसायिक विमानों में लागू नहीं किया जा सका। इसी तरह, ऑटोमोटिव उद्योग में लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग भागों के प्रमाणित उपयोग ने अभी हाल ही में शुरुआत की है।

इसलिए, लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग की आगामी वृद्धि बड़े उत्पादन उद्योगों में इसके उपयोग पर निर्भर होगी। साथ ही, इसे नवाचारों द्वारा प्रेरित होना पड़ेगा, जिससे इसकी संभावनाओं को पहले से अधिक स्पष्ट रूप से प्रस्तुत किया जा सके।

ध्वनिक निगरानी: लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के लिए एक गेम‑चेंजर

एक मुख्य कारण कि लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग ने वह गति नहीं पकड़ी जो इसे मिल सकती थी, वह अप्रत्याशित दोषों की चुनौती से जुड़ा है। ये दोष अक्सर पारंपरिक तरीकों जैसे थर्मल इमेजिंग और मशीन लर्निंग एल्गोरिदम द्वारा पता नहीं चल पाते।

इसलिए, वास्तविक‑समय में दोषों का कुशलतापूर्वक पता लगाने की क्षमता अत्यंत महत्वपूर्ण है। यह क्षमता लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग को उसकी वास्तविक व्यावसायिक संभावनाओं को साकार करने में काफी मदद कर सकती है।

संक्षेप में समझाने के लिए, लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में दोषों का पता लगाने के लिए ध्वनिक निगरानी एक वास्तविक‑समय समाधान है जो प्रिंटर द्वारा एक परिपूर्ण प्रिंट और दोषपूर्ण तथा अनियमित प्रिंट के दौरान उत्पन्न ध्वनि के अंतर पर काम करता है।

जब लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में दोषों की पहचान के साधन के रूप में ध्वनिक निगरानी की प्रासंगिकता की बात की जाती है, तो EPFL के स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग के थर्मोमैकेनिकल मेटैलर्जी प्रयोगशाला के प्रमुख प्रोफेसर रोलैंड लॉज ने कहा:

“हमारा अनुसंधान न केवल इसकी प्रासंगिकता की पुष्टि करता है बल्कि पारंपरिक तरीकों पर इसका लाभ भी उजागर करता है।”

यह प्रक्रिया लागत‑प्रभावी है, विशेषकर जब लेज़र पाउडर बेड फ्यूजन (LPBF) द्वारा निर्मित उत्पादों की गुणवत्ता सुधार की बात आती है। लेज़र पाउडर बेड फ्यूजन प्रक्रिया में, पाउडर की एक परत निर्माण प्लेटफ़ॉर्म पर फैलाई जाती है। फिर लेज़र बीम का उपयोग करके पाउडर को विशिष्ट क्षेत्रों में चयनात्मक रूप से पिघलाया जाता है। फ्यूजन समाप्त होने पर, एक ठोस वस्तु बनती है, और फिर नई पाउडर की परत ऊपर रखी जाती है ताकि प्रक्रिया दोहराई जा सके। यह परत‑दर‑परत पुनरावृत्ति तब तक जारी रहती है जब तक अंतिम उत्पाद प्राप्त नहीं हो जाता।

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ध्वनिक निगरानी द्वारा दोष पहचान की तकनीक

EPFL टीम ने इस डिजाइन को Paul Scherrer Institute (PSI) और Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa) के सहयोग से विकसित किया।

अपने लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, टीम ने प्रिंटिंग चैंबर के अंदर अल्ट्रा‑संवेदनशील माइक्रोफ़ोन स्थापित किए। इन माइक्रोफ़ोन ने विभिन्न स्थितियों में ध्वनिक संकेत में स्पष्ट बदलावों का पता लगाने में मदद की, और अंततः उन्होंने निर्माण दोषों की पहचान की।

इस शोध ने लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के क्षेत्र में मूल्य जोड़ा है, क्योंकि शोधकर्ता मानते हैं कि उनके निष्कर्ष लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के औद्योगिक अनुप्रयोगों, जिसमें एयरोस्पेस और प्रिसीजन मैन्युफैक्चरिंग शामिल हैं, पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालेंगे।

व्यापक प्रभावों को देखते हुए, लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में शामिल कई कंपनियां विभिन्न उत्पाद और समाधान प्रदान करती हैं। ये फर्म अब इस अध्ययन को आगे खोजने और लाभों को अपनी प्रक्रियाओं में एकीकृत करने के लिए तैयार हैं। और अगले भागों में, हम इन नवाचारी और प्रमुख लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग खिलाड़ियों को देखेंगे।

लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग को व्यावसायिक बनाने वाली शीर्ष कंपनियां

#1. IPG Photonics Corporation

दो लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग प्रक्रियाएँ IPG लेज़रों का उपयोग करती हैं: LMD (Laser Metal Deposition) और SLM (Selective Laser Melting)। जबकि SLM उन्नत यांत्रिक गुणों वाले पूरी तरह घने धातु भागों के उत्पादन में महत्वपूर्ण है, LMD प्रक्रिया एक नोज़ल का उपयोग करके पाउडर को फोकस्ड लेज़र बिंदु में सह-अक्षीय रूप से फीड करती है, जिससे पूरी तरह घने कार्यात्मक धातु घटकों का उत्पादन संभव होता है।

इन प्रक्रियाओं को सुधारने में, IPG फाइबर लेज़र महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वे मल्टी‑किलावॉट पावर स्तरों पर तेज़ पाउडर निर्माण या पाउडर डिपॉज़िशन दर प्राप्त करने वाले सिस्टम और प्रक्रियाओं के विकास में केंद्रीय हैं।

IPG के लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग प्रक्रिया के साथ संगत सामग्री की सीमा उल्लेखनीय रूप से विविध है, जिसमें, लेकिन सीमित नहीं है:

• पॉलिमर
• CoCr
• एल्यूमीनियम
• Ti मिश्रधातु
• स्टेनलेस स्टील
• टूल स्टील

इन तकनीकी प्रगतियों की सफलता को दर्शाते हुए, IPG Photonics Corporation (IPGP ) ने 31 दिसंबर, 2022 को समाप्त वर्ष के लिए मजबूत वित्तीय परिणाम रिपोर्ट किए। कंपनी ने US$1.4 बिलियन से अधिक राजस्व दर्ज किया, और प्रति सामान्य शेयर (बेसिक) शुद्ध आय US$2.17 थी।

#2. Laser Melting Innovations (LMI)

एक नवाचारी लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग समाधान प्रदाता, LMI, इस दृष्टिकोण के साथ काम करता है कि तकनीक को सभी प्रकार और आकार की कंपनियों के लिए सुलभ बनाया जाए।

इसका प्रमुख उत्पाद, The Alpha 140, 200W शक्ति वाला एयर‑कूल्ड फाइबर लेज़र उपयोग करता है, जो स्टेनलेस स्टील, निकेल मिश्रधातु, टूल स्टील मिश्रधातु और एल्यूमीनियम मिश्रधातु की प्रोसेसिंग के साथ संगत है। इसका 140 µm फोकस व्यास सूक्ष्म विवरण और पतली दीवारों के साथ सटीक आउटपुट उत्पन्न करने में मदद करता है। इसका स्पिंडल‑ड्रिवेन एक्सिस सिस्टम उच्च पोजिशनिंग और दोहराव सटीकता प्राप्त करने में सहायक है।

सिस्टम के 1.75m×0.95m आयाम पर्यावरण और अनुसंधान प्रयोगशालाओं में स्थान दक्षता प्रदान करते हैं। Alpha 140 द्वारा निर्मित घटक शक्ति और घनत्व में पारंपरिक LPBF मशीनों द्वारा निर्मित घटकों के तुल्य हैं।

LMI की स्थापना 1996 में हुई थी, और 2020 में इसने Kurtz Ersa, एक मशीन निर्माता जो ऑटोमोटिव, मेडिकल और एयरोस्पेस जैसे उद्योगों को एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग समाधान भी प्रदान करता है, के साथ सहयोग किया, ताकि Alpha 140 को Kurtz Ersa के विश्वव्यापी वितरण नेटवर्क के माध्यम से 24‑घंटे सेवा के साथ बाजार में लाया जा सके।

#3. Prima Additive

Prima Additive, Prima Industries (PRIMAIN.BO ) spa की एक शाखा, Laser Powder Bed Fusion (LPBF) या Selective Laser Melting समाधान प्रदान करती है, जो लेज़र की थर्मल ऊर्जा का उपयोग करके वस्तु के एक भाग को धातु पाउडर की परत से जोड़ती है।

Prima Additive लेज़र समाधान जटिल ज्यामितियों, छोटे बैच उत्पादन सिस्टम और प्रोटोटाइप बनाने में प्रभावी सिद्ध होते हैं। इसमें कुल पाँच समाधान हैं।

Print Sharp 150 विभिन्न सामग्रियों जैसे स्टील, एल्यूमीनियम, निकेल, टाइटेनियम और कोबाल्ट क्रोम मिश्रधातु को प्रोसेस करने के लिए R&D अनुप्रयोगों में प्रभावी है।

एक अन्य मॉडल की ओर बढ़ते हुए, Print Genius 150 अपनी मल्टी‑लेज़र तकनीक की बहुमुखी प्रतिभा के कारण विशिष्ट है। इसके विपरीत, Print Green 150 संस्करण एक ग्रीन लेज़र का उपयोग करता है, जो शुद्ध तांबा, तांबे की मिश्रधातु और अत्यधिक परावर्तक सामग्रियों को प्रोसेस करने में विशेष रूप से उपयोगी है।

और बड़े पैमाने के संचालन के लिए, 300 Family समाधान बिल्कुल उपयुक्त है। इसे उच्च‑उत्पादकता परिदृश्यों के लिए डिजाइन किया गया है और मध्यम एवं बड़े आकार के घटकों के निर्माण के लिए आदर्श है।

अंत में, Print Genius 400 1 मीटर ऊँचाई तक के बड़े घटकों के उत्पादन के लिए एक अत्यधिक स्वचालित विकल्प प्रदान करता है।

राजस्व के हिसाब से, Prima Industries Spa, जो Prima Additives की मूल कंपनी है, ने 327 मिलियन यूरो से अधिक का शुद्ध राजस्व 30 सितंबर, 2022 को समाप्त नौ महीनों के लिए दर्ज किया। यह 30 सितंबर, 2021 को समाप्त नौ महीनों के लिए 281 मिलियन यूरो से अधिक के राजस्व की तुलना में उल्लेखनीय वृद्धि थी।

ध्वनिक निगरानी और अन्य के साथ लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का भविष्य

नवाचार जारी रहने के साथ, यह केवल समय की बात है कि लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग अपनी वास्तविक व्यावसायिक संभावनाओं तक पहुँचे। इस बीच, ध्वनिक निगरानी एक महत्वपूर्ण उपकरण के रूप में सामने आती है। यह तकनीक उत्पादन तकनीकों को अधिक सुसंगत बनाने में योगदान देगी। दोषों का शीघ्र पता लगाकर और उनके सुधार को सुविधाजनक बनाकर, यह निकट भविष्य में उत्पाद गुणवत्ता को उल्लेखनीय रूप से बढ़ाने के लिए तैयार है।