विशिष्ट वैज्ञानिक उपकरणों तक पहुँच नहीं? चिंता न करें – एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग से प्रिंट करें

वैज्ञानिक उपकरणों की आवश्यकता पूरी दुनिया में बढ़ रही है। एक अनुमान के अनुसार, वैश्विक वैज्ञानिक उपकरण बाजार आकार 2022 में लगभग US$28 बिलियन से बढ़कर 2028 में US$34 बिलियन से अधिक हो जाएगा, जिसकी CAGR 3.2% है। 

विभिन्न प्रकार के वैज्ञानिक उपकरण मानव त्रुटि के जोखिम को कम करके और पुनरावृत्त प्रक्रियाओं को स्वचालित करके वैज्ञानिक विकास को तेज़ करने में मदद करते हैं। यह वैज्ञानिकों को अवधारणाओं और समाधान पर विचार करने के लिए समय मुक्त करता है।

टेक्नोलॉजी नेटवर्क्स के मुख्य कार्यकारी अधिकारी मीकेल हागस्ट्रोम के अनुसार, प्रयोगशाला कर्मी के समय का 70% प्रशासनिक कार्यों, तैयारी कार्य, डेटा खोजने और साफ़ करने, या रिपोर्टिंग में बर्बाद हो सकता है।

चूंकि वैज्ञानिक उपकरण बहुत समय बचाते हैं और प्रक्रिया को प्रभावी रूप से आसान बनाते हैं, यदि सही समय पर किसी विशिष्ट वैज्ञानिक उपकरण तक पहुँच न मिल पाए तो यह निराशाजनक हो सकता है। लेकिन आजकल ऐसी उपलब्धता के बारे में शिकायत करने का लगभग कोई कारण नहीं है।

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग, जिसे आमतौर पर 3D प्रिंटिंग, ने मदद का हाथ बढ़ाया है। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग कैसे विशिष्ट वैज्ञानिक उपकरणों तक पहुँच को आसान बनाता है, इस पर हम आगे के भागों में गहराई से देखेंगे। लेकिन, आगे बढ़ने से पहले, चलिए एक त्वरित अवलोकन लेते हैं कि एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग या 3D प्रिंटिंग क्या है!

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग क्या है?

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग पर एक प्रासंगिक व्याख्यात्मक लेख, MIT Sloan School of Management द्वारा प्रकाशित, इसे ‘एक वस्तु को एक-एक परत बनाकर बनाने की प्रक्रिया’ के रूप में परिभाषित करता है। यह घटावात्मक निर्माण के विपरीत है, जिसमें एक ठोस सामग्री के ब्लॉक को काटकर अंतिम उत्पाद बनता है।

सामान्यतः, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग प्रक्रिया एक तीन-चरणीय क्रम का पालन करती है, जो इस प्रकार है:

• पहले, प्रयोगशाला में एक डिज़ाइन बनाया जाता है। इसे कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (CAD) और समान सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके किया जा सकता है। या कोई सीधे उस वस्तु को स्कैन कर सकता है जिसे वह प्रिंट करना चाहता है।
• दूसरे चरण में सॉफ़्टवेयर डिज़ाइन को चरण-दर-चरण एक परतदार ढाँचे में बदलता है, जिसे एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग या 3D प्रिंटिंग मशीन अनुसरण करेगी।
• अंतिम चरण, जो इस प्रक्रिया को 3D प्रिंटिंग कहने का कारण भी है, परतदार ढाँचे को 3-D प्रिंटर को भेजना शामिल है, जो तुरंत वस्तु बनाना शुरू कर देता है।

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग या 3D प्रिंटिंग विभिन्न प्रकार की सामग्रियों के साथ संगत है, जिसमें पॉलिमर, धातु, सिरेमिक, फोम, जेल, बायोमैटेरियल आदि शामिल हैं।

MIT के सामग्री विज्ञान और अभियांत्रिकी पीएचडी उम्मीदवार अरविंद कालिदिंदी के अनुसार:

“जब तक आप दो भागों को स्थानीय रूप से जोड़ने का तरीका ढूँढ़ लेते हैं, आप इसे 3-D प्रिंट कर सकते हैं।”

यह बहुमुखी प्रतिभा और लगभग सार्वभौमिक संगतता 3D प्रिंटिंग या एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग को विशिष्ट वैज्ञानिक उपकरणों के निर्माण के लिए उपयुक्त बनाती है। अब हम नीचे कुछ ऐसे उदाहरणों को देखेंगे:

3D प्रिंटेड पोर्टेबल मास स्पेक्ट्रोमीटर घटक और अधिक

मास स्पेक्ट्रोमीटर एक उपकरण है जो रासायनिक पदार्थों की पहचान कर सकता है। मास स्पेक्ट्रोमीटर विभिन्न अनुप्रयोग क्षेत्रों में उपयोग होते हैं, अपराध स्थल से लेकर भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण तक; वे कई उद्देश्यों की पूर्ति करते हैं।

MIT के शोधकर्ताओं के एक समूह ने एक 3D-प्रिंटेड मास फ़िल्टर विकसित किया है जो मास स्पेक्ट्रोमीटर का मुख्य घटक के रूप में कार्य करता है। क्वाड्रुपोल के रूप में जाना जाने वाला यह छोटा फ़िल्टर अपने पारंपरिक समकक्षों की तुलना में काफी हल्का और सस्ता है। जबकि व्यावसायिक-ग्रेड मास फ़िल्टर, जो हीट-रेज़िस्टेंट ग्लास-सिरेमिक और रेजिन से बने होते हैं, की कीमत US$100,000 से अधिक होती है, ये एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग-निर्मित मास फ़िल्टर कुछ डॉलर में बनते हैं और कुछ घंटों में उत्पादित किए जा सकते हैं। 

MIT के माइक्रोसिस्टम्स टेक्नोलॉजी लैबोरेटरीज़ के प्रमुख शोध वैज्ञानिक वेलास्केज़-गार्सिया के अनुसार, “अन्य भी छोटे क्वाड्रुपोल फ़िल्टर हैं, लेकिन वे पेशेवर-ग्रेड मास फ़िल्टरों के बराबर नहीं हैं। यदि आकार और लागत को कम किया जा सके और प्रदर्शन पर नकारात्मक प्रभाव न पड़े, तो इस हार्डवेयर के लिए बहुत संभावनाएँ हैं।”

जबकि ऊपर दिया गया उदाहरण इस क्षेत्र की नवीनतम उपलब्धियों में से एक है, इस तरह के उदाहरण पहले भी विज्ञान और प्रौद्योगिकी अनुसंधान एवं विकास में दर्ज किए गए हैं। उदाहरण के लिए, मैकगिल विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक लैब-ऑन-ए-चिप डायग्नोस्टिक तकनीक विकसित की है जो कई प्रयोगशाला उपकरणों के उपयोग को बदलती है और एक मिनिएचर तकनीक के रूप में कार्य करती है। इस चिप को 3D प्रिंटिंग का उपयोग करके 30 मिनट में निर्मित किया जा सकता है। रिपोर्टों से पता चलता है कि यह समाधान स्वास्थ्य देखभाल पेशेवरों को “विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त समाधान को देखभाल स्थल पर ही बनाने” की क्षमता प्रदान कर सकता है। 

MIT के एक अन्य शोध समूह ने मल्टी-मटेरियल 3D प्रिंटिंग का उपयोग करके स्व-हीटिंग फ्लुइडिक डिवाइस बनाए, जिनमें अंतर्निहित हीटिंग एलिमेंट होते हैं। ये छोटे मशीनें तरल पदार्थों को नियंत्रित कर सकती हैं और रासायनिक प्रतिक्रियाओं को सुगम बनाती हैं। कई उच्च-स्तरीय बड़े मशीनों के एक साथ काम करने के बजाय, यह तकनीक रक्त या तरल के छोटे नमूनों में रोगों का पता लगाने में सक्षम है।

दूरस्थ स्थान से वैज्ञानिक उपकरणों तक पहुँच

वैज्ञानिक और प्रयोगशाला उपकरणों की 3D प्रिंटिंग ने भौतिक/भौगोलिक दूरी के रूप में आने वाली बाधाओं को भी दूर करने में मदद की है। पहले, 3D प्रिंटरों को साइट पर प्रशिक्षित 3D प्रिंटिंग ऑपरेटर की आवश्यकता होती थी। हालांकि, COVID-19 महामारी के आगमन के साथ, ऐसे समाधान आए जिन्होंने एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के क्षेत्र में दूरस्थ कार्य को संभव बनाया।

उदाहरण के लिए, MakerBot CloudPrint ने इंजीनियरिंग टीमों के लिए दूरस्थ या विभिन्न स्थानों से प्रभावी रूप से काम करने का समाधान प्रस्तुत किया। इसका क्लाउड-आधारित 3D प्रिंटिंग प्लेटफ़ॉर्म कई स्थानों पर मौजूद टीमों को सहज कार्यप्रवाह प्रदान करता है। विभिन्न स्थानों पर काम करने वाले इंजीनियर इन 3D प्रिंटरों के साथ ब्राउज़र से सीधे अपने 3D प्रिंट को स्लाइस और तैयार करके प्रभावी सहयोग कर सकते हैं। 

डिवाइस में अंतर्निहित कतारबद्धता और निगरानी क्षमताएँ होती हैं और उपयोगकर्ताओं को कहीं से भी जुड़े MakerBot प्रिंटरों तक पहुँच जोड़ने, निगरानी करने और नियंत्रित करने की अनुमति देती हैं। इसमें प्रिंट प्रगति की केंद्रीकृत ट्रैकिंग और निगरानी के लिए एक डैशबोर्ड भी है। लाइव कैमरा फ़ीड प्रिंट जॉब्स की नवीनतम स्थिति अपडेट प्राप्त करने में मदद करते हैं।

ऐसे और अन्य समाधान ने कई वैज्ञानिक उपकरण निर्माताओं के लिए कार्यप्रवाह को सुगम, सहज और लागत-प्रभावी बना दिया है।

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग/3D प्रिंटिंग से लाभान्वित होने वाले वैज्ञानिक उपकरण निर्माताओं के प्रकार

स्पेस रिसर्च उपकरण निर्माताओं का एक खंड है जो एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग या 3D प्रिंटिंग से काफी लाभान्वित होगा। वैज्ञानिक अनुसंधान ने दिखाया है कि कैसे 3D-प्रिंटेड प्रयोगशाला उपकरणों को निर्मित किया जा सकता है जो अंतरिक्ष अन्वेषण परियोजनाओं द्वारा प्रस्तुत अत्यधिक परिस्थितियों में बल्क सामग्री को मापते हैं।

2022 में, Nature जर्नल ने एक अध्ययन का उल्लेख किया जहाँ एक 3D-प्रिंटेड डिवाइस विकसित किया गया था जो नैनोफ्लुइड्स की सतह तनाव को मापता है। माप के परिणाम व्यावसायिक उपकरणों के तुलनीय थे। 

अध्ययन ने सामग्री एक्सट्रूज़न 3D प्रिंटिंग विधि के माध्यम से माप उपकरणों के उपयोग की संभावनाओं की भी जांच की, ताकि अत्यधिक परिस्थितियों में बल्क सामग्री के चयनित यांत्रिक-भौतिक गुणों को मापा जा सके। 

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग या 3D प्रिंटिंग से लाभान्वित होने वाला एक और प्रकार का वैज्ञानिक उपकरण निर्माता इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र से संबंधित है। लेज़र-आधारित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग प्रक्रियाओं की सटीकता माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम बनाने में मदद करती है। इस प्रक्रिया में जटिल घटकों जैसे एक्सेलेरोमीटर और जाइरोस्कोप विकसित किए जा सकते हैं। 

शिक्षा उपकरण निर्माण फिर एक और क्षेत्र है जो एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का कुशलता से उपयोग कर सकता है। ऐसे 3D प्रिंटर हैं जो छात्रों को सटीक इंजीनियर किए गए हार्डवेयर और औद्योगिक-ग्रेड सामग्री के साथ प्रयोग करने में मदद करते हैं। 

इन सुविधाओं की कुछ सामान्य विशेषताओं में एक ही प्लेटफ़ॉर्म पर विभिन्न स्रोत सामग्रियों के साथ काम करने की क्षमता शामिल है। वे उपयोग में सुरक्षित हैं और बहुत कम या कोई व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण की आवश्यकता नहीं होती। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग उपकरणों में आसान और सहज नियंत्रण एवं निगरानी के लिए अंतर्निहित सॉफ़्टवेयर होता है। 

कई कंपनियां विभिन्न उद्योगों के लिए एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग या 3D प्रिंटिंग को आसान बना रही हैं। अब हम कुछ ऐसी कंपनियों को देखेंगे।

#1. Markforged

Markforged एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग समाधान की पूरी श्रृंखला प्रदान करता है, जिसमें औद्योगिक 3D प्रिंटर मशीनें, धातु, निरंतर फाइबर और कंपोजिट जैसे प्रदर्शन सामग्री, और एंटरप्राइज़ सॉफ़्टवेयर शामिल हैं जो कार्यप्रवाह को बेहतर बनाता है। 

Markforged के पास तीन प्रकार के 3D प्रिंटर हैं, जिनमें धातु 3D प्रिंटर, औद्योगिक कंपोजिट 3D प्रिंटर, और डेस्कटॉप कंपोजिट 3D प्रिंटर शामिल हैं। इन समाधानों का उपयोग करने वाले उद्योगों में एयरोस्पेस, ऑटोमोटिव, उपभोक्ता पैकेज्ड वस्तुएँ, शिक्षा और अनुसंधान, इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माण, ऊर्जा, संघीय और रक्षा, औद्योगिक उपकरण, चिकित्सा आदि शामिल हैं। 

Markforged से आने वाले सबसे लोकप्रिय उत्पादों में से एक FX10 है, कंपनी का अगली पीढ़ी का औद्योगिक कंपोजिट 3D प्रिंटर। यह डिवाइस विज़न मॉड्यूल और लेज़र माइक्रोमीटर, तेज़ लोडिंग और कम उपयोगकर्ता हस्तक्षेप के लिए उन्नत सामग्री चैंबर, 7” टचस्क्रीन, और 60°C तक गर्म होने वाला हीटेड बिल्ड चैंबर से सुसज्जित है। 

Markforged ने मार्च 2023 में अपने चौथे तिमाही और पूर्ण वर्ष 2022 के परिणामों की घोषणा की। कंपनी ने चौथे तिमाही 2022 में राजस्व में 11% की वृद्धि कर $29.7 मिलियन तक पहुंचा, जो चौथे तिमाही 2021 के $26.6 मिलियन से अधिक है। पूर्ण वर्ष का राजस्व 2022 में 11% बढ़कर US$101.0 मिलियन हुआ, जबकि 2021 में $91.2 मिलियन था। हालांकि, 2022 में सकल लाभ 4% घटकर $50.7 मिलियन रहा, जो 2021 के $52.9 मिलियन से कम है।

#2. Hewlett Packard

एक अन्य बड़े पैमाने की तकनीकी कंपनी जो सभी के लिए 3D प्रिंटिंग को उपलब्ध कराने में भारी निवेश कर रही है, वह Hewlett-Packard या HP है। HP की 3D प्रिंटिंग समाधान विभिन्न उद्योगों में उपयोग होते हैं, जिनमें एयरोस्पेस, उपभोक्ता वस्तुएँ और इलेक्ट्रॉनिक्स, शिक्षा, स्वास्थ्य देखभाल और चिकित्सा, औद्योगिक, विनिर्माण सेवाएँ, मोल्डेड फाइबर, ऑर्थोटिक और प्रोस्थेटिक, परिवहन और ऑटोमोटिव आदि शामिल हैं। इन अनुप्रयोग क्षेत्रों में से एक जो विशिष्ट वैज्ञानिक उपकरणों तक पहुँच की आवश्यकता रखता है, वह शिक्षा है। HP की मल्टी-जेट फ्यूजन तकनीक शिक्षा/अनुसंधान संस्थानों के भीतर विभिन्न विषयों, जैसे इंजीनियरिंग से वास्तुकला तक, में भाग और कार्यात्मक प्रोटोटाइप बनाने में मदद करती है। 

HP की Jet Fusion 3D प्रिंटिंग समाधान बुनियादी और उन्नत 3D लैब अनुसंधान दोनों में मदद करती हैं, जिसमें विकास लैब, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग लैब, विश्वविद्यालय सेवा ब्यूरो, और अस्पताल/चिकित्सा 3D लैब शामिल हैं।

HP ने 21 नवंबर, 2023 को अपने वित्तीय वर्ष 2023 के पूर्ण वर्ष और चौथे तिमाही के परिणामों की रिपोर्ट की। HP Inc. (HPQ ) और उसकी सहायक कंपनियों (“HP”) ने $53.7 बिलियन का शुद्ध राजस्व दर्ज किया, जो पिछले वर्ष की तुलना में 15% (स्थिर मुद्रा में 12%) घटा। चौथे तिमाही का शुद्ध राजस्व $13.8 बिलियन था, जो पिछले वर्ष की तुलना में 6% (स्थिर मुद्रा में 5%) घटा।

#3. Formlabs

Formlabs की स्थापना 2011 में तीन MIT स्नातक छात्रों ने की थी, जिनका मिशन पहला 3D प्रिंटर बनाना था जो औद्योगिक, पेशेवर भाग गुणवत्ता को किफायती कीमत पर हासिल कर सके। तब से, कंपनी विश्व के सबसे बड़े पेशेवर स्टेरियोलिथोग्राफी और सिलेक्टिव लेज़र सिन्टरिंग 3D प्रिंटर आपूर्तिकर्ताओं में से एक बन गई है। 

Formlabs पोर्टफोलियो में किफायती, औद्योगिक-गुणवत्ता वाले डेस्कटॉप 3D प्रिंटर, बड़े आकार के 3D प्रिंटर, और स्वास्थ्य देखभाल के लिए उन्नत डेस्कटॉप 3D प्रिंटर का मिश्रण शामिल है। इसके प्रिंटर प्रोटोटाइपिंग और अंतिम उपयोग भागों के उत्पादन के लिए 20 से अधिक कार्यात्मक रेजिन के साथ काम कर सकते हैं। वे कम से कम छह उच्च-प्रदर्शन औद्योगिक-ग्रेड सामग्रियों, जैसे नायलॉन 11, नायलॉन 12, TPU, पॉलीप्रोपिलीन, ग्लास, और कार्बन-भरे नायलॉन कंपोजिट्स के साथ भी संगत हैं। प्रिंटर सामान्य परिस्थितियों में काम करने के लिए उपयुक्त हैं, केवल PU रेजिन को नमी नियंत्रण के लिए ड्राई कैबिनेट की आवश्यकता होती है। यह वायु वातावरण और नाइट्रोजन वायुमंडल में भी अच्छी तरह काम करता है, जिससे सामग्री गुणधर्म बेहतर होते हैं और रिफ्रेश रेट कम होते हैं।

2021 में प्रकाशित रिपोर्टों के अनुसार, कंपनी ने SoftBank Group के Vision Fund 2 द्वारा नेतृत्व किए गए US$150 मिलियन फंडिंग राउंड के बाद अपनी मूल्यांकन को US$2 बिलियन तक दोगुना कर लिया। इससे पहले, कंपनी का मूल्यांकन $1 बिलियन से अधिक था जब उसने अगस्त 2018 में New Enterprise Associates (NEA) से $15 मिलियन की फंडिंग प्राप्त की थी।

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग: वैज्ञानिक अनुसंधान के क्षेत्र में एक गेम-चेंजर

वैज्ञानिक अनुसंधान को अत्याधुनिक मशीनों की आवश्यकता होती है, लेकिन ये उच्च लागत वाले उपकरण अक्सर अनुसंधान संस्थानों और स्वतंत्र शोधकर्ताओं की पहुँच से बाहर होते हैं। इस परिप्रेक्ष्य में, 3D प्रिंटिंग या एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग एक वरदान है, क्योंकि ये विकसित करने में आसान और कम लागत वाले होते हैं। इसके अलावा, ये अपनी सटीकता में व्यावसायिक उपकरणों के तुलनीय परिणाम प्रदान करते हैं, जो बहुत अधिक महंगे होते हैं और आमतौर पर बड़े कंपनियों और संस्थानों द्वारा ही खरीदे जा सकते हैं।

इसके अलावा, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग लॉजिस्टिक्स द्वारा उत्पन्न चुनौतियों को भी हल करता है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि आवश्यक समय पर सही वैज्ञानिक उपकरण लाना महंगा और समय-साध्य कार्य हो सकता है। इस संदर्भ में, 3D प्रिंटिंग भी इस चुनौती को हल करने में मदद करती है।

इसके अतिरिक्त, वैज्ञानिक उपकरणों के भौतिक पहलुओं को देखते हुए, जो अक्सर भारी और जटिल होते हैं और कठिन स्थानों तक परिवहन के लिए अनुकूल नहीं होते, लाभ और स्पष्ट हो जाते हैं। जैसा कि हमने अंतरिक्ष अन्वेषण और भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण परिदृश्यों में देखा है, पोर्टेबल 3D प्रिंटर और कच्ची सामग्री को इन स्थानों पर ले जाना साइट पर उपकरण विकसित करने में उपयोगी सिद्ध होता है।

समग्र रूप से, ये कारक दर्शाते हैं कि एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग एक नया क्षितिज खोलता है जहाँ वैज्ञानिक उपकरणों तक पहुँच न केवल अधिक किफायती बनती है बल्कि एक परेशानी‑मुक्त प्रक्रिया भी बनती है।

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