3D پرنٹنگ مواد میں ایلومینا پاؤڈر کی پیش رفت
نارتھ ویسٹرن پولی ٹیکنیکل یونیورسٹی کی لیبارٹری میں چہل قدمی کرنا، ایک روشنی کا علاج3D پرنٹر تھوڑا سا گنگنا رہا ہے، اور لیزر بیم سیرامک سلری میں بالکل ٹھیک حرکت کر رہا ہے۔ صرف چند گھنٹوں کے بعد، بھولبلییا جیسی پیچیدہ ساخت کے ساتھ ایک سیرامک کور مکمل طور پر پیش کیا گیا ہے – اس کا استعمال ہوائی جہاز کے انجنوں کے ٹربائن بلیڈ کو کاسٹ کرنے کے لیے کیا جائے گا۔ پراجیکٹ کے انچارج پروفیسر Su Haijun نے نازک جزو کی طرف اشارہ کرتے ہوئے کہا: "تین سال پہلے، ہم نے اتنی درستگی کے بارے میں سوچنے کی بھی ہمت نہیں کی تھی۔ اہم پیش رفت اس غیر واضح ایلومینا پاؤڈر میں پوشیدہ ہے۔"
ایک زمانے میں، ایلومینا سیرامکس کے میدان میں ایک "مسئلہ طالب علم" کی طرح تھے۔تھری ڈی پرنٹنگ- اعلی طاقت، اعلی درجہ حرارت کے خلاف مزاحمت، اچھی موصلیت، لیکن ایک بار پرنٹ ہونے کے بعد، اس میں بہت زیادہ مسائل تھے. روایتی عمل کے تحت، ایلومینا پاؤڈر کی روانی کم ہوتی ہے اور اکثر پرنٹ ہیڈ کو روکتا ہے۔ sintering کے دوران سکڑنے کی شرح 15%-20% تک زیادہ ہو سکتی ہے، اور بڑی محنت سے پرنٹ کیے گئے حصے جلتے ہی خراب ہو جائیں گے اور ٹوٹ جائیں گے۔ پیچیدہ ڈھانچے؟ یہ ایک عیش و آرام سے بھی زیادہ ہے. انجینئر پریشان ہیں: "یہ چیز ایک ضدی فنکار کی طرح ہے، جنگلی خیالات کے ساتھ لیکن کافی ہاتھ نہیں ہیں۔"
1. روسی فارمولا: "سیرامک آرمر" پر ڈالناایلومینیممیٹرکس
اہم موڑ سب سے پہلے مٹیریل ڈیزائن میں انقلاب سے آیا۔ 2020 میں، روس کی نیشنل یونیورسٹی آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (NUST MISIS) کے مادی سائنسدانوں نے ایک خلل ڈالنے والی ٹیکنالوجی کا اعلان کیا۔ ایلومینیم آکسائیڈ پاؤڈر کو محض ملانے کے بجائے، انہوں نے ایک آٹوکلیو میں اعلیٰ طہارت والا ایلومینیم پاؤڈر ڈالا اور ایلومینیم آکسائیڈ فلم کی ایک پرت کو "بڑھنے" کے لیے ہائیڈرو تھرمل آکسیڈیشن کا استعمال کیا جس میں ہر ایلومینیم کے ذرے کی سطح پر عین قابل کنٹرول موٹائی تھی، بالکل اسی طرح جیسے نینو بال کی سطح پر aluminum کی ایک تہہ لگانا۔ یہ "کور شیل ڈھانچہ" پاؤڈر لیزر 3D پرنٹنگ (SLM ٹیکنالوجی) کے دوران حیرت انگیز کارکردگی دکھاتا ہے: خالص ایلومینیم مواد سے سختی 40% زیادہ ہے، اور اعلی درجہ حرارت کا استحکام بہت بہتر ہوا ہے، براہ راست ایوی ایشن گریڈ کی ضروریات کو پورا کرتا ہے۔
پراجیکٹ کے رہنما پروفیسر الیگزینڈر گروموف نے ایک واضح تشبیہ دی: "ماضی میں، مرکب مواد سلاد کی طرح تھے - ہر ایک اپنے کاروبار کا انچارج تھا؛ ہمارے پاؤڈر سینڈوچ کی طرح ہیں - ایلومینیم اور ایلومینا ایک دوسرے کو تہہ در تہہ کاٹتے ہیں، اور دونوں ایک دوسرے کے بغیر نہیں کر سکتے۔" یہ مضبوط جوڑا مواد کو ہوائی جہاز کے انجن کے پرزوں اور انتہائی ہلکے باڈی فریموں میں اپنی صلاحیت دکھانے کی اجازت دیتا ہے، اور یہاں تک کہ ٹائٹینیم مرکبات کے علاقے کو چیلنج کرنا شروع کر دیتا ہے۔
2. چینی حکمت: سیرامکس "سیٹنگ" کا جادو
ایلومینا سیرامک پرنٹنگ کا سب سے بڑا درد سنٹرنگ سکڑنا ہے – تصور کریں کہ آپ نے مٹی کے ایک پیکر کو احتیاط سے گوندھا ہے، اور جیسے ہی یہ تندور میں داخل ہوا ایک آلو کے سائز تک سکڑ گیا۔ کتنا گرے گا؟ 2024 کے اوائل میں، جرنل آف میٹریلز سائنس اینڈ ٹیکنالوجی میں نارتھ ویسٹرن پولی ٹیکنیکل یونیورسٹی میں پروفیسر Su Haijun کی ٹیم کی طرف سے شائع ہونے والے نتائج نے صنعت کو بند کر دیا: انہیں تقریباً صفر سکڑنے والا ایلومینا سیرامک کور ملا جس کی سکڑنے کی شرح صرف 0.3% تھی۔
راز شامل کرنا ہے۔ایلومینیم پاؤڈرایلومینا کے لیے اور پھر ایک عین مطابق "ماحول کا جادو" کھیلیں۔
ایلومینیم پاؤڈر شامل کریں: 15% باریک ایلومینیم پاؤڈر سیرامک سلوری میں ملائیں۔
ماحول کو کنٹرول کریں: ایلومینیم پاؤڈر کو آکسیڈائز ہونے سے روکنے کے لیے سنٹرنگ کے آغاز میں آرگن گیس پروٹیکشن کا استعمال کریں۔
سمارٹ سوئچنگ: جب درجہ حرارت 1400 ° C تک بڑھ جاتا ہے، تو اچانک ماحول کو ہوا میں تبدیل کر دیں۔
حالت میں آکسیکرن: ایلومینیم پاؤڈر فوری طور پر بوندوں میں پگھل جاتا ہے اور ایلومینیم آکسائیڈ میں آکسائڈائز ہوجاتا ہے، اور حجم کی توسیع سنکچن کو دور کرتی ہے۔
3. بائنڈر انقلاب: ایلومینیم پاؤڈر "غیر مرئی گلو" میں بدل جاتا ہے
جب کہ روسی اور چینی ٹیمیں پاؤڈر کی تبدیلی پر سخت محنت کر رہی ہیں، ایک اور تکنیکی راستہ خاموشی سے پختہ ہو گیا ہے - ایلومینیم پاؤڈر کو بائنڈر کے طور پر استعمال کرنا۔ روایتی سیرامکتھری ڈی پرنٹنگبائنڈر زیادہ تر نامیاتی رال ہوتے ہیں، جو degreasing کے دوران جلانے پر گہا چھوڑ دیتے ہیں۔ گھریلو ٹیم کا 2023 پیٹنٹ ایک مختلف طریقہ اختیار کرتا ہے: ایلومینیم پاؤڈر کو پانی پر مبنی بائنڈر میں بنانا47۔
پرنٹنگ کے دوران، نوزل ایلومینیم آکسائیڈ پاؤڈر کی تہہ پر 50-70٪ ایلومینیم پاؤڈر پر مشتمل "گلو" کو درست طریقے سے اسپرے کرتی ہے۔ جب بات کم کرنے کے مرحلے پر آتی ہے، تو ویکیوم کھینچا جاتا ہے اور آکسیجن اس سے گزر جاتی ہے، اور ایلومینیم پاؤڈر کو 200-800 °C پر ایلومینیم آکسائیڈ میں آکسائڈائز کیا جاتا ہے۔ 20٪ سے زیادہ حجم کی توسیع کی خصوصیت اسے فعال طور پر سوراخوں کو بھرنے اور سکڑنے کی شرح کو 5٪ سے کم کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ "یہ سہاروں کو ختم کرنے اور ایک ہی وقت میں ایک نئی دیوار بنانے کے مترادف ہے، اپنے ہی سوراخوں کو بھرنا!" ایک انجینئر نے اسے اس طرح بیان کیا۔
4. ذرات کا فن: کروی پاؤڈر کی فتح
ایلومینا پاؤڈر کی "ظہور" غیر متوقع طور پر کامیابیوں کی کلید بن گئی ہے - یہ ظاہری شکل ذرہ کی شکل سے مراد ہے۔ 2024 میں جریدے "اوپن سیرامکس" میں ایک مطالعہ نے فیوزڈ ڈیپوزیشن (CF³) پرنٹنگ میں کروی اور فاسد ایلومینا پاؤڈر کی کارکردگی کا موازنہ کیا:
کروی پاؤڈر: عمدہ ریت کی طرح بہتا ہے، بھرنے کی شرح 60٪ سے زیادہ ہے، اور پرنٹنگ ہموار اور ریشمی ہے
فاسد پاؤڈر: موٹے چینی کی طرح پھنس گیا ہے، viscosity 40 گنا زیادہ ہے، اور نوزل کو زندگی پر شک کرنے کے لیے بلاک کر دیا گیا ہے۔
اس سے بھی بہتر، کروی پاؤڈر کے ذریعے پرنٹ کیے گئے پرزوں کی کثافت آسانی سے سنٹرنگ کے بعد 89% سے تجاوز کر جاتی ہے، اور سطح کی تکمیل براہ راست معیار پر پورا اترتی ہے۔ "اب بھی "بدصورت" پاؤڈر کون استعمال کرتا ہے؟ روانی جنگی تاثیر ہے! ایک ٹیکنیشن مسکرایا اور نتیجہ اخذ کیا5۔
مستقبل: ستارے اور سمندر چھوٹے اور خوبصورت کے ساتھ ساتھ رہتے ہیں۔
ایلومینا پاؤڈر کا 3D پرنٹنگ انقلاب ابھی ختم نہیں ہوا ہے۔ فوجی صنعت نے ٹربوفان بلیڈ بنانے کے لیے قریب صفر سکڑنے والے کور لگانے میں پیش قدمی کی ہے۔ بایومیڈیکل فیلڈ نے اپنی بائیو کمپیٹیبلٹی کو پسند کیا ہے اور حسب ضرورت ہڈیوں کے امپلانٹس کو پرنٹ کرنا شروع کر دیا ہے۔ الیکٹرانکس کی صنعت نے گرمی کی کھپت کے ذیلی ذخائر کو نشانہ بنایا ہے - بہر حال، ایلومینا کی تھرمل چالکتا اور غیر برقی چالکتا ناقابل تلافی ہیں۔