योगात्मक विनिर्माण
लेज़र पाउडर बेड फ्यूजन ने इस नवीनतम प्रगति के साथ अधिक आकर्षक बन गया है
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कौन सी तकनीक 3डी प्रिंटिंग पर हावी होगी?
जैसे ही 3डी प्रिंटिंग, जिसे एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग भी कहा जाता है, उन्नत निर्माण का एक प्रमुख घटक बनती जा रही है, प्रक्रिया को और अनुकूलित करना महत्वपूर्ण हो जाता है। इसका कारण यह है कि 3डी प्रिंटिंग के भाग और घटक आमतौर पर बहुत मांग वाले अनुप्रयोगों में उपयोग होते हैं, जैसे ऑटोमोबाइल इंजन, रॉकेट, सैन्य उपकरण आदि। इसलिए इन परिस्थितियों में, किसी एक घटक की विफलता एक विनाशकारी डोमिनो प्रभाव को उत्पन्न कर सकती है।
यह वह चीज़ है जो उद्योग को वर्तमान एकीकरण से आगे बढ़ने और पुराने ढालों में धातु पिघलाने और मशीनिंग जैसी विधियों पर हावी निर्माण प्रक्रिया बनने में महत्वपूर्ण होगी।
एक विशेष 3डी प्रिंटिंग तकनीक सटीक निर्माण के लिए उपयोग की जाती है: लेज़र पाउडर बेड फ्यूजन।
विस्कॉन्सिन-मैडिसन विश्वविद्यालय और आर्गोन नेशनल लैबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने हाल ही में उन्नत एक्स-रे इमेजिंग के साथ इस प्रक्रिया का विश्लेषण किया है और उनका मानना है कि वे निर्माण के दौरान उत्पन्न दोषों को नाटकीय रूप से कम कर सकते हैं। उन्होंने अपने निष्कर्ष अंतर्राष्ट्रीय जर्नल ऑफ मशीन टूल्स एंड मैन्युफैक्चर में प्रकाशित किए, शीर्षक “आकारित बीमों का उपयोग करके उच्च गति एक्स-रे इमेजिंग द्वारा लेज़र पाउडर बेड फ्यूजन में प्रोसेसिंग दोष शमन के तंत्र का खुलासा1” के तहत।
लेज़र पाउडर बेड फ्यूजन
पाउडर बेड 3डी प्रिंटिंग का तरीका यह है कि एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में उपयोग होने वाले सामग्री वाले पाउडर की एक परत कंटेनर में डाली जाती है। फिर एक लेज़र उस क्षेत्र में पाउडर को पिघलाता/जोड़ता है जो 3डी-प्रिंटेड वस्तु बनाता है।
फिर एक नई पाउडर की परत ऊपर डाली जाती है, और उन भागों को जिन्हें पिघलाना और वस्तु में जोड़ना है, फिर से लेज़र द्वारा लक्षित किया जाता है। पर्याप्त समय तक यह प्रक्रिया दोहराने पर बहुत जटिल आकार और अपेक्षाकृत बड़े आइटम भी निर्मित किए जा सकते हैं।
स्रोत: ResearchGate
आप इस वीडियो में लेज़र पाउडर बेड फ्यूजन को क्रिया में देख सकते हैं, साथ ही इस तकनीक का उपयोग करके क्या बनाया जा सकता है, इसके कुछ उदाहरण भी देख सकते हैं।
लेज़र पाउडर बेड फ्यूजन का उपयोग प्लास्टिक में वस्तुएँ बनाने के लिए किया जा सकता है, लेकिन अधिक महत्वपूर्ण रूप से, धातुओं जैसे टाइटेनियम, स्टील, कोबाल्ट-क्रोमियम, एल्युमिनियम आदि में भी किया जा सकता है।
इस विधि का लाभ यह है कि यह बहुत सटीक ज्यामिति बनाती है, +/- 0.2mm की सहनशीलता के साथ, जो मेटल इंजेक्शन मोल्डिंग के समान है। यह बहुत कम सामग्री बर्बाद करती है, क्योंकि बचे हुए पाउडर को इकट्ठा करके पुनः उपयोग किया जा सकता है।
एक साथ कई लेज़र का उपयोग करके, आमतौर पर अधिक उन्नत 3डी प्रिंटर डिज़ाइनों में, बड़े भागों को भी पर्याप्त तेज़ी से प्रिंट किया जा सकता है।
ध्यान देने योग्य है कि लेज़र पाउडर बेड फ्यूजन एक व्यापक शब्द है जो कई विभिन्न उप-तकनीकों को सम्मिलित करता है:
- सेलेक्टिव लेज़र मेल्टिंग (SLM) और डायरेक्ट मेटल लेज़र सिन्टरिंग (DMLS), दोनों ट्रेडमार्केड प्रक्रियाएँ हैं जो लेज़र सिस्टम का उपयोग करके धातु पाउडर को पूरी तरह पिघलाती हैं।
- इलेक्ट्रॉन बीम मेल्टिंग (EBM), जो SLM के समान है लेकिन इनर्ट गैस वातावरण या वैक्यूम चैंबर में इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करता है।
- सेलेक्टिव लेज़र सिन्टरिंग (SLS), जो पाउडर पॉलिमर सामग्री का उपयोग करता है; लेज़र केवल कणों को एक साथ सिन्टर करता है और सामग्री को पूरी तरह पिघलाता नहीं है।
3डी प्रिंटिंग विफलताओं को रोकना
सिद्धांत में, धातु भागों की एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग पारंपरिक कास्टेड भागों के बराबर है। व्यवहार में, समस्याएँ उत्पन्न हो सकती हैं, जैसे छिद्र, या “वॉइड्स”, खुरदरी सतहें, और बड़े स्पैटर।
ऐसे संरचनात्मक मुद्दे भागों के टूटने का कारण बन सकते हैं, जो महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में अस्वीकार्य है।
“क्योंकि हम अंतर्निहित तंत्र को समझते थे, हम रिंग-आकार की बीम का उपयोग करके उच्च गुणवत्ता वाले भागों का उत्पादन करने के लिए सही प्रोसेसिंग स्थितियों की शीघ्र पहचान कर सके।” Lianyi Chen – UW-Madison के मैकेनिकल इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर
रिंग-आकार की लेज़र बीम
शोधकर्ताओं ने अपने 3डी प्रिंटिंग डिज़ाइन में किया पहला परिवर्तन सामान्य लेज़र बीम को रिंग-आकार की लेज़र बीम से बदलना था, जो nLight नामक लेज़र कंपनी द्वारा प्रदान की गई थी, जिससे सेमिकंडक्टर लेज़र बनते हैं।
यह अलग आकार पिघले हुए धातु की कुल मिलाकर पिघलने वाले पूल में बेहतर परिसंचरण और नई बनी वस्तु की सतह पर छोटे तरंगें उत्पन्न करता है। स्पैटर भी कम बड़े होते हैं और कम दूरी तक यात्रा करते हैं।
मॉडल और अवलोकनों का मिलान
शोधकर्ताओं ने आर्गोन नेशनल लैबोरेटरी की हाई-एनर्जी सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे सुविधा का उपयोग करके इन अवलोकनों की पुष्टि की। उन्होंने इसका उपयोग 3डी प्रिंटिंग प्रक्रिया की उच्च गति स्नैपशॉट बनाने के लिए किया, जिससे शोधकर्ता यह जांच सकें कि उनका गणितीय मॉडल वास्तविकता को सही ढंग से सिमुलेट करता है या नहीं।
तीव्र 3डी प्रिंटिंग
शोधकर्ताओं ने रिंग-आकार की बीम को पाउडर में अधिक गहराई तक ड्रिल करने में सफल रहे, बिना अतिरिक्त अस्थिरता पैदा किए। इससे मोटी परतें बनीं, जबकि तैयार उत्पाद की मजबूती नहीं घटी।
चूंकि उत्पादन को अंततः कम परतों की आवश्यकता होती है, यह निर्माण को तेज़ करता है और मशीन की कुल उत्पादकता बढ़ाता है।
पाउडर बेड फ्यूजन उदाहरण
यह प्रकार का कार्य केवल शैक्षणिक प्रदर्शन से बहुत दूर है। यह उद्योग में पहले से उपयोग हो रही पाउडर बेड फ्यूजन मशीनरी को सुधार सकता है। एक अच्छा उदाहरण एयरोनॉटिक्स में है, जहाँ जनरल इलेक्ट्रिक के GE9X इंजन पर ईंधन नोज़ल, जो बोइंग 777 विमान में उपयोग होता है।
GE9X सबसे बड़ा टर्बो-फ़ैन इंजन है, और एडिटिव रूप से निर्मित नोज़ल पहले के संस्करणों की तुलना में पाँच गुना अधिक टिकाऊ है।
ध्यान देने योग्य है कि ऐसे विकास अभी भी बहुत हालिया हैं, जिसमें GE9X डिज़ाइन को केवल 2020 में FAA द्वारा अनुमोदित किया गया।
एक उच्च गुणवत्ता वाली पाउडर बेड फ्यूजन प्रक्रिया, साथ ही तेज़ प्रक्रिया, डिज़ाइन को और बेहतर बना सकती है और साथ ही इसकी लागत को कम कर सकती है।
3डी प्रिंटिंग का भविष्य?
उन्नत निर्माण में प्रभुत्व की ओर
हमने पहले चर्चा की थी कि कैसे 3डी प्रिंटिंग निर्माण के भविष्य में एकीकृत हो रही है।
यह बात बायोमेडिकल इम्प्लांट्स या एयरोनॉटिक्स जैसी उन्नत निर्माण में सत्य है। जैसे-जैसे एडिटिव निर्मित भागों की गुणवत्ता सुधरती जा रही है, यह संभवतः इन मांग वाले उद्योगों में प्रमुख निर्माण विधि बन जाएगी।
यह संभवतः रोबोटिक्स, इन-ऑर्बिट निर्माण, या यहाँ तक कि होलोग्राफिक 3डी प्रिंटिंग जो सीधे हमारे शरीर के भीतर की जाती है पर भी लागू होगा।
अधिक अनुप्रयोगों की ओर
एक और परिवर्तन तब होगा जब 3डी प्रिंटिंग सस्ती हो जाएगी।
यह आंशिक रूप से अधिक उपयोग के कारण होगा, क्योंकि अधिक 3डी प्रिंटरों का उत्पादन स्केल की अर्थव्यवस्थाएँ बनाता है और मशीन और उनके फीडस्टॉक की लागत को घटाता है।
एक अन्य कारक तकनीक में सुधार होगा। यह फीडस्टॉक के उपयोग को अनुकूलित कर सकता है (ऑपरेटिंग लागत कम करना) या भागों को तेज़ी से बना सकता है (कैपेक्स लागत कम करना)।
यह इस अध्ययन की तरह रिंग-आकार की लेज़र के साथ मोटी परतों को शामिल कर सकता है। या शायद एक साथ 2 लेज़र का उपयोग। और यहाँ तक कि 3डी-प्रिंटेड इलेक्ट्रॉनिक्स को 3डी-प्रिंटेड सामग्री और भागों में जोड़ना।
3डी प्रिंटिंग में निवेश
3डी प्रिंटिंग अब तकनीकी परिपक्वता और बाजार एकीकरण की ओर बढ़ रही है। यह निवेशकों को अतीत की तुलना में अधिक स्पष्टता देता है और पुष्टि करता है कि यह तकनीक कोई फैंड नहीं बल्कि स्थायी है।
आप कई ब्रोकरों के माध्यम से 3डी-प्रिंटिंग संबंधित कंपनियों में निवेश कर सकते हैं, और इस वेबसाइट पर आप संयुक्त राज्य अमेरिका, कनाडा, ऑस्ट्रेलिया, यूनाइटेड किंगडम, और कई अन्य देशों में सर्वश्रेष्ठ ब्रोकरों की हमारी सिफ़ारिशें पा सकते हैं।
यदि आप विशिष्ट 3डी प्रिंटिंग कंपनियों को चुनने में रुचि नहीं रखते हैं, तो आप ARK Invest 3D Printing ETF (PRNT) जैसे ETFs में भी निवेश कर सकते हैं, ताकि एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग सेक्टर की समग्र वृद्धि से लाभ उठा सकें।
या हमारे लेखों को देखें “टॉप 10 एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग और 3डी प्रिंटिंग स्टॉक्स जिन्हें देखना चाहिए“, और “टॉप 10 नैनोटेक्नोलॉजी स्टॉक्स“।
रिंग-आकार लेज़र कंपनी
LASR मूल्य चार्ट
अब तक, 3डी-प्रिंटिंग तकनीक में विजेता मुख्यतः 3डी प्रिंटर निर्माता और अंतिम उपयोगकर्ता रहे हैं। 3डी प्रिंटर के व्यक्तिगत भागों के निर्माताओं में निवेश करना अधिक कठिन है, क्योंकि अधिकांश मानकीकृत लेज़र जैसे तुलनात्मक रूप से वस्तु-व्यापी घटकों पर निर्भर होते हैं।
यह यहाँ चर्चा की गई नवाचार के साथ नहीं है, जहाँ रिंग-आकार की लेज़र एक नया विकास है जिसने संभवतः एक प्रभावशाली अनुप्रयोग पाया है।
शोधकर्ताओं ने nLight द्वारा निर्मित लेज़र का उपयोग किया, विशेष रूप से निरंतर-तरंग (CW) AFX1000 फाइबर लेज़र।
बीम सेटिंग्स की बहुमुखी पैलेट सभी धातुओं की प्रोसेसिंग को बिना समझौते के सक्षम बनाती है। कटिंग में, ये फाइबर लेज़र मोटी धातु के लिए CO2-समतुल्य किनारा गुणवत्ता और पतली धातु के लिए फाइबर लेज़र की गति लाभ प्रदान करते हैं—सभी फाइबर लेज़र की विश्वसनीयता और कम स्वामित्व लागत के साथ।
यह लेज़र रिंग के आकार को संशोधित करने में सक्षम है ताकि अधिक या कम सूक्ष्म 3डी प्रिंटिंग और जटिल ज्यामितियों को किया जा सके।
स्रोत: Trokut Solutions
कंपनी ने 2016-2021 के बीच अपनी आय में निरंतर वृद्धि देखी, फिर चीन में घटती बिक्री के कारण गिरावट का सामना किया। यह संभवतः चीन और पश्चिम के बीच बढ़ते व्यापार तनाव और चीनी घरेलू लेज़र निर्माताओं की प्रतिस्पर्धा से जुड़ा था।
वर्तमान में 95% ग्राहक चीन के बाहर होने के कारण, यह कंपनी को आगे प्रभावित करने की संभावना कम है।
स्रोत: nLight
मिश्रित परिणाम इस बदलाव को दर्शाते हैं, जहाँ 2024 में औद्योगिक बिक्री में तीव्र गिरावट आई, जबकि माइक्रोफैब्रिकेशन और एयरोस्पेस खंड में उछाल आया।
स्रोत: Trokut Solutions
हालिया बिक्री में गिरावट के कारण 2024 में संचालन से नकदी प्रवाह फिर से नकारात्मक क्षेत्र में गिर गया है। हालांकि, यदि एयरोस्पेस और माइक्रोफैब्रिकेशन/3डी प्रिंटिंग की वृद्धि प्रवृत्ति जारी रहती है, जो इन क्षेत्रों की सामान्य वृद्धि और nLight के अनूठे तकनीकी लाभ से समर्थित है, तो nLight फिर से लाभप्रदता में लौट आएगा।
अध्ययन संदर्भ:
1. Yuan, J., Guo, Q., Clark, S. J., Escano, L. I., Nabaa, A., Qu, M., Huang, J., Li, Q., Román, A. J., Osswald, T. A., Fezzaa, K., & Chen, L. (2025). आकारित बीमों का उपयोग करके उच्च गति एक्स-रे इमेजिंग द्वारा लेज़र पाउडर बेड फ्यूजन में प्रोसेसिंग दोष शमन के तंत्र का खुलासा। International Journal of Machine Tools and Manufacture, 204, 104232. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2024.104232 (GE.TO )
