धातु की 3D प्रिंटिंग से कक्षा में निर्माण की दिशा में प्रगति

सामग्री विज्ञान, निर्माण विधियों और स्वचालन में प्रगति से धातु की 3D प्रिंटिंग का उपयोग बढ़ रहा है। अब अंतरिक्ष में भी इसकी उपयोगिता का परीक्षण हो रहा है।

3D प्रिंटिंग एक बड़ा व्यवसाय है

3D प्रिंटिंग उद्योग के विस्तार को लेकर कई बाजार अनुमान हैं। लेख में उद्धृत अनुमान के अनुसार इसका मूल्य 2022 के लगभग 18 अरब डॉलर से बढ़कर 2032 तक 95 अरब डॉलर से अधिक हो सकता है। यह पूर्वानुमान है, सुनिश्चित परिणाम नहीं; इसमें बाजार की परिभाषा और स्रोत महत्वपूर्ण हैं।

धातु 3D प्रिंटिंग

धातु की 3D प्रिंटिंग में सामग्री को नियंत्रित ढंग से परतों में जोड़ा जाता है। प्रक्रिया के अनुसार पाउडर, तार, लेज़र, बाइंडर और बाद की प्रसंस्करण विधियाँ इस्तेमाल हो सकती हैं। इससे जटिल और हल्के पुर्जे बनाना संभव है, जिनके गुणों की उपयोग के अनुसार जाँच आवश्यक होती है।

स्रोत – ESA

अंतरिक्ष में प्रिंटिंग

अंतरिक्ष यात्राओं में सीमित भंडार और कठिन पुनःआपूर्ति के कारण जरूरत के अनुसार पुर्जे बनाना उपयोगी हो सकता है। सूक्ष्मगुरुत्व में पिघली धातु और परत बनने की प्रक्रिया पृथ्वी से अलग व्यवहार कर सकती है। ISS के भीतर दबाव नियंत्रित रहता है; इस प्रयोग को निर्वात में खुली प्रिंटिंग समझना गलत होगा।

स्पेस स्टेशन पर पहली धातु 3D प्रिंटिंग

जून 2024 में ESA ने ISS पर स्टेनलेस स्टील की एक छोटी S-आकार की परीक्षण रेखा बनाने की जानकारी दी। यह धातु प्रिंटर की कमीशनिंग का चरण था, कई पूर्ण पुर्जों के तैयार होने की घोषणा नहीं। स्टेशन पर प्लास्टिक की 3D प्रिंटिंग पहले हो चुकी थी।

धातु 3D प्रिंटर तकनीक प्रदर्शक

लगभग 180 किलोग्राम के इस प्रौद्योगिकी प्रदर्शक में स्टेनलेस स्टील का तार और शक्तिशाली लेज़र इस्तेमाल होता है। तार का सिरा पिघले हुए धातु के छोटे क्षेत्र में पहुँचकर गलता है और जमा होने वाली परत में जुड़ता है।

सुरक्षा सुविधाएँ

प्रिंटर पूरी तरह बंद आवरण में संचालित होता है, ताकि अतिरिक्त गर्मी और धुएँ को स्टेशन के केबिन में फैलने से रोका जा सके। सुरक्षा व्यवस्था अंतरिक्ष स्टेशन में इसका उपयोग करने के लिए आवश्यक है।

पृथ्वी से निगरानी

प्रिंटिंग का संचालन और निरीक्षण पृथ्वी से किया जाता है। शुरू करने से पहले अंतरिक्षयात्री नाइट्रोजन और वेंटिंग वाल्व खोलते हैं। प्रिंटर के अंदर ऑक्सीजन की जगह नाइट्रोजन भरना गर्म धातु के ऑक्सीकरण को सीमित करता है। इसका अर्थ पूरे स्टेशन के केबिन में नाइट्रोजन छोड़ना नहीं है।

परीक्षण

जून 2024 की योजना में चार आकृतियाँ प्रिंट करके पृथ्वी पर वापस लाना शामिल था। दो नमूनों की जाँच नीदरलैंड स्थित ESTEC की Materials and Electrical Components Laboratory में होनी थी; अन्य नमूने European Astronaut Centre और डेनमार्क के DTU को मिलने थे। उनकी तुलना पृथ्वी पर सामान्य गुरुत्व में बने नमूनों से की जानी थी।

3D प्रिंटर इंस्टॉल

ESA के अंतरिक्षयात्री Andreas Mogensen ने प्रिंटर को Columbus मॉड्यूल के European Drawer Rack Mark II में स्थापित किया। किसी एक रैक के अनुकूल होना सभी अंतरिक्ष एजेंसियों के उपकरणों के साथ स्वतः अनुकूलता सिद्ध नहीं करता।

इंटरनेशनल स्पेस स्टेशन

ISS का निर्माण कक्षा में 1998 में शुरू हुआ और नवंबर 2000 से वहाँ लगातार मानव उपस्थिति रही है। स्टेशन लगभग 90 मिनट में पृथ्वी की एक परिक्रमा करता है। इसमें प्रयोगशालाएँ, रहने की सुविधाएँ, व्यायाम उपकरण और पृथ्वी के अवलोकन के लिए Cupola जैसी खिड़कियाँ हैं।

वैज्ञानिक अनुसंधान गतिविधियाँ

ISS लंबे समय तक सूक्ष्मगुरुत्व में प्रयोग करने का अवसर देता है। वहाँ अनेक वैज्ञानिक अध्ययन और प्रौद्योगिकी परीक्षण किए गए हैं, जिन्हें पृथ्वी पर समान अवधि के लिए दोहराना कठिन होता है।

कम गुरुत्वाकर्षण में गुणवत्ता जाँच

शोधकर्ता जानना चाहते हैं कि सूक्ष्मगुरुत्व पिघली धातु, परतों की बनावट और बने पुर्जों के गुणों को कैसे प्रभावित करता है। पृथ्वी के नमूनों से तुलना करके गुणवत्ता, मजबूती और एकरूपता की जाँच की जानी है। जून 2024 में पूर्ण नमूनों की अंतिम समीक्षा उपलब्ध नहीं थी।

अंतरिक्ष में धातु 3D प्रिंटर के फायदे

स्थानीय निर्माण भविष्य की अंतरिक्ष यात्राओं में अतिरिक्त पुर्जों के भंडार और पुनःआपूर्ति पर निर्भरता घटा सकता है। फिर भी प्रिंटर, कच्ची सामग्री, ऊर्जा, गुणवत्ता नियंत्रण और रखरखाव की जरूरत बनी रहती है।

कम वजन/लागत

अंतरिक्ष में सामान पहुँचाना महँगा है, हालाँकि लागत प्रक्षेपण प्रणाली और मिशन पर निर्भर करती है। जरूरत के अनुसार औजार बनाने से कुछ परिस्थितियों में भंडार और परिवहन कम हो सकते हैं। हर वस्तु के लिए प्रिंटिंग सस्ती या तेज होगी, यह निश्चित नहीं है।

नया उपकरण डिज़ाइन

मिशन के दौरान नई जरूरतों के लिए विशेष औजारों के डिजाइन भेजे और बनाए जा सकते हैं। उपयोग से पहले सामग्री के गुण, सटीकता और सुरक्षा की पुष्टि जरूरी होगी।

अपशिष्ट घटाएँ

अंतरिक्ष में कचरे और संसाधनों का प्रबंधन महत्वपूर्ण है। पृथ्वी पर भी कचरा फेंक देना सुरक्षित समाधान नहीं है, और कक्षा में छोड़ा गया मलबा लंबे समय तक खतरा बना रह सकता है।

तेज गति से चलने वाला छोटा मलबा भी अंतरिक्षयान या उपग्रह को नुकसान पहुँचा सकता है। सामग्री का बेहतर उपयोग कचरा घटाने में मदद कर सकता है, लेकिन प्रिंटिंग अकेले कक्षीय मलबे की समस्या हल नहीं करती।

भविष्य की प्रणालियाँ पुराने धातु पुर्जों को पुनः संसाधित करके नए पुर्जे बना सकती हैं। यह परिपत्र अर्थव्यवस्था का लक्ष्य है; इस तार-आधारित प्रदर्शक ने हर पुराने औजार को तुरंत पिघलाकर दोबारा इस्तेमाल करने की क्षमता सिद्ध नहीं की।

शोधकर्ता

ESA के Rob Postema और Airbus के Sébastien Girault जैसे विशेषज्ञ परियोजना से जुड़े थे। प्रिंटर ESA के अनुबंध के तहत Airbus के नेतृत्व वाली औद्योगिक टीम ने बनाया; Airbus ने सह-वित्तपोषण भी किया। Airbus एक एयरोस्पेस कंपनी है, ऑटोमोबाइल कंपनी नहीं।

धातु 3D प्रिंटिंग का भविष्य

धातु की 3D प्रिंटिंग में बेहतर सामग्री, नियंत्रण और स्वचालन से नए उपयोग विकसित हो सकते हैं। घरों, धातु के औजारों और जैव-मुद्रित ऊतकों के लिए अलग सामग्री और प्रक्रियाएँ चाहिए; धातु प्रिंटर मानव अंग नहीं बनाता।

3D प्रिंटिंग में अग्रणी कंपनियाँ

3D प्रिंटिंग उद्योग में मशीन निर्माता, सामग्री आपूर्तिकर्ता, डिजाइनर और सॉफ्टवेयर कंपनियाँ शामिल हैं। नीचे संबंधित क्षेत्रों की कंपनियों के उदाहरण हैं; इस प्रयोग से उन्हें लाभ होने या तकनीक अपनाने की पुष्टि नहीं होती।

1. Desktop Metal

Desktop Metal की स्थापना 2015 में हुई थी। यह औद्योगिक एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग उपकरण विकसित करती थी और इसे Google Ventures, BMW तथा Ford Motor Company जैसे निवेशकों का समर्थन मिला था (F )।

मैसाचुसेट्स स्थित कंपनी की तकनीकों का उपयोग धातु और अन्य सामग्रियों के औद्योगिक निर्माण में किया जाता था। पुरस्कार या उद्योग की मान्यता, किसी विशेष अंतरिक्ष परियोजना में भागीदारी का प्रमाण नहीं हैं।

Desktop Metal की संभावनाओं का मूल्यांकन मांग, प्रतिस्पर्धा, लागत, वित्तीय स्थिति और क्रियान्वयन के साथ करना चाहिए। धातु प्रिंटिंग बाजार का विस्तार उसके शेयर में लाभ की गारंटी नहीं देता।

2. Eastman Chemical Company

EMN मूल्य चार्ट

Eastman Chemical Company (EMN ) रसायन और विशेष सामग्री उपलब्ध कराती है, जिनका उपयोग विभिन्न औद्योगिक प्रक्रियाओं में होता है। कंपनी की स्थापना 1920 में George Eastman ने की थी। उसे पर्यावरण और परिचालन संबंधी मान्यताएँ मिली हैं, लेकिन पुरस्कार किसी शेयर को हर संतुलित पोर्टफोलियो के लिए स्वतः उपयुक्त नहीं बनाते।

उन्नत धातु 3D प्रिंटिंग: अंतरिक्ष में परीक्षण

जरूरत के अनुसार पुर्जे बनाने की क्षमता अंतरिक्ष यात्राओं और दूरस्थ स्थानों के लिए उपयोगी हो सकती है। संभावनाएँ सामग्री, ऊर्जा, गुणवत्ता नियंत्रण और उपलब्ध उपकरणों की सीमाओं के भीतर हैं। भविष्य की लागत या अपनाए जाने की गति निश्चित नहीं है।

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