থ্রিডি প্রিন্টিং উপকরণে অ্যালুমিনা পাউডারের সাফল্য
নর্থওয়েস্টার্ন পলিটেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটির ল্যাবরেটরিতে হেঁটে যাচ্ছি, একটি আলোক-নিরাময়কারীথ্রিডি প্রিন্টার সামান্য গুনগুন করছে, এবং লেজার রশ্মি সিরামিক স্লারিতে সঠিকভাবে নড়াচড়া করছে। মাত্র কয়েক ঘন্টা পরে, একটি জটিল কাঠামোর সিরামিক কোর সম্পূর্ণরূপে উপস্থাপিত হয় যার কাঠামো গোলকধাঁধার মতো - এটি বিমানের ইঞ্জিনের টারবাইন ব্লেড ঢালাই করতে ব্যবহার করা হবে। প্রকল্পের দায়িত্বে থাকা অধ্যাপক সু হাইজুন সূক্ষ্ম উপাদানটির দিকে ইঙ্গিত করে বলেন: "তিন বছর আগে, আমরা এত নির্ভুলতার কথা ভাবার সাহসও করিনি। এই অস্পষ্ট অ্যালুমিনা পাউডারের মধ্যেই মূল সাফল্য লুকিয়ে আছে।"
একসময়, অ্যালুমিনা সিরামিক ছিল "সমস্যাগ্রস্ত ছাত্র" এর মতো,থ্রিডি প্রিন্টিং– উচ্চ শক্তি, উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধ ক্ষমতা, ভালো অন্তরণ, কিন্তু একবার মুদ্রিত হওয়ার পর, এতে অনেক সমস্যা ছিল। ঐতিহ্যবাহী প্রক্রিয়ায়, অ্যালুমিনা পাউডারের তরলতা কম থাকে এবং প্রায়শই মুদ্রণ মাথা আটকে দেয়; সিন্টারিংয়ের সময় সংকোচনের হার 15%-20% পর্যন্ত হতে পারে, এবং প্রচুর পরিশ্রমে মুদ্রিত অংশগুলি পুড়ে যাওয়ার সাথে সাথে বিকৃত হয়ে যায় এবং ফাটল ধরে; জটিল কাঠামো? এটি আরও বেশি বিলাসিতা। ইঞ্জিনিয়াররা চিন্তিত: "এটি একজন জেদী শিল্পীর মতো, যার কাছে বন্য ধারণা আছে কিন্তু পর্যাপ্ত হাত নেই।"
১. রাশিয়ান সূত্র: "সিরামিক বর্ম" লাগানোঅ্যালুমিনিয়ামম্যাট্রিক্স
প্রথম মোড় আসে ম্যাটেরিয়াল ডিজাইনের বিপ্লব থেকে। ২০২০ সালে, রাশিয়ার ন্যাশনাল ইউনিভার্সিটি অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি (NUST MISIS) এর ম্যাটেরিয়াল বিজ্ঞানীরা একটি বিঘ্নকারী প্রযুক্তি ঘোষণা করেন। কেবল অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড পাউডার মেশানোর পরিবর্তে, তারা উচ্চ-বিশুদ্ধতা অ্যালুমিনিয়াম পাউডার একটি অটোক্লেভে ঢোকান এবং হাইড্রোথার্মাল জারণ ব্যবহার করে প্রতিটি অ্যালুমিনিয়াম কণার পৃষ্ঠে একটি সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রণযোগ্য পুরুত্ব সহ অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড ফিল্মের একটি স্তর "বৃদ্ধি" করেন, ঠিক যেমন অ্যালুমিনিয়াম বলের উপর ন্যানো-স্তরের বর্মের একটি স্তর স্থাপন করা হয়। এই "কোর-শেল স্ট্রাকচার" পাউডার লেজার 3D প্রিন্টিং (SLM প্রযুক্তি) এর সময় আশ্চর্যজনক কর্মক্ষমতা দেখায়: কঠোরতা বিশুদ্ধ অ্যালুমিনিয়াম উপকরণের তুলনায় 40% বেশি, এবং উচ্চ-তাপমাত্রার স্থিতিশীলতা ব্যাপকভাবে উন্নত হয়, সরাসরি বিমান-গ্রেডের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে।
প্রকল্পের প্রধান অধ্যাপক আলেকজান্ডার গ্রোমভ একটি প্রাণবন্ত উপমা দিয়েছেন: "অতীতে, যৌগিক উপকরণগুলি সালাদের মতো ছিল - প্রতিটি তার নিজস্ব কাজের দায়িত্বে ছিল; আমাদের গুঁড়োগুলি স্যান্ডউইচের মতো - অ্যালুমিনিয়াম এবং অ্যালুমিনা একে অপরকে স্তরে স্তরে কামড়ায়, এবং কোনওটিই অন্যটিকে ছাড়া চলতে পারে না।" এই শক্তিশালী সংযোগ উপাদানটিকে বিমানের ইঞ্জিনের যন্ত্রাংশ এবং অতি-হালকা বডি ফ্রেমে তার দক্ষতা প্রদর্শন করতে দেয় এবং এমনকি টাইটানিয়াম অ্যালয়গুলির অঞ্চলকে চ্যালেঞ্জ করতে শুরু করে।
২. চীনা জ্ঞান: মৃৎশিল্পের "স্থাপন" এর জাদু
অ্যালুমিনা সিরামিক প্রিন্টিংয়ের সবচেয়ে বড় যন্ত্রণার বিষয় হলো সিন্টারিং সঙ্কোচন - কল্পনা করুন যে আপনি একটি মাটির মূর্তি সাবধানে গুঁজেছেন, এবং চুলায় ঢোকার সাথে সাথে এটি একটি আলুর আকারে সঙ্কুচিত হয়ে গেছে। এটি কতটা ভেঙে পড়বে? ২০২৪ সালের গোড়ার দিকে, নর্থওয়েস্টার্ন পলিটেকনিক্যাল ইউনিভার্সিটির অধ্যাপক সু হাইজুনের দল জার্নাল অফ ম্যাটেরিয়ালস সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজিতে প্রকাশিত ফলাফল শিল্পকে ত্বরান্বিত করে: তারা মাত্র ০.৩% সংকোচনের হার সহ প্রায় শূন্য-সঙ্কোচনশীল অ্যালুমিনা সিরামিক কোর পেয়েছে।
গোপন কথা হল যোগ করাঅ্যালুমিনিয়াম পাউডারঅ্যালুমিনা এবং তারপর একটি সুনির্দিষ্ট "বায়ুমণ্ডল জাদু" খেলা।
অ্যালুমিনিয়াম পাউডার যোগ করুন: সিরামিক স্লারিতে ১৫% সূক্ষ্ম অ্যালুমিনিয়াম পাউডার মিশিয়ে নিন।
বায়ুমণ্ডল নিয়ন্ত্রণ করুন: অ্যালুমিনিয়াম পাউডারকে জারণ থেকে রক্ষা করতে সিন্টারিংয়ের শুরুতে আর্গন গ্যাস সুরক্ষা ব্যবহার করুন।
স্মার্ট সুইচিং: যখন তাপমাত্রা ১৪০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে বেড়ে যায়, তখন হঠাৎ করে বায়ুমণ্ডলকে বাতাসে পরিবর্তন করুন
ইন-সিটু জারণ: অ্যালুমিনিয়াম পাউডার তাৎক্ষণিকভাবে ফোঁটায় গলে যায় এবং অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইডে জারিত হয় এবং আয়তনের প্রসারণ সংকোচনকে অফসেট করে।
৩. বাইন্ডার বিপ্লব: অ্যালুমিনিয়াম পাউডার "অদৃশ্য আঠা" তে পরিণত হয়
রাশিয়ান এবং চীনা দলগুলি পাউডার পরিবর্তনের জন্য কঠোর পরিশ্রম করছে, অন্য একটি প্রযুক্তিগত পথ ধীরে ধীরে পরিপক্ক হয়েছে - বাইন্ডার হিসাবে অ্যালুমিনিয়াম পাউডার ব্যবহার করা। ঐতিহ্যবাহী সিরামিকথ্রিডি প্রিন্টিংবাইন্ডারগুলি বেশিরভাগই জৈব রজন, যা ডিগ্রীসিংয়ের সময় পোড়ালে গর্ত তৈরি করে। একটি দেশীয় দলের 2023 সালের পেটেন্ট একটি ভিন্ন পদ্ধতি গ্রহণ করে: অ্যালুমিনিয়াম পাউডারকে জল-ভিত্তিক বাইন্ডারে তৈরি করা47।
মুদ্রণের সময়, নজলটি অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড পাউডার স্তরের উপর ৫০-৭০% অ্যালুমিনিয়াম পাউডারযুক্ত "আঠা" সঠিকভাবে স্প্রে করে। ডিগ্রীজিং পর্যায়ে আসার সময়, ভ্যাকুয়াম টেনে অক্সিজেন প্রেরণ করা হয় এবং অ্যালুমিনিয়াম পাউডার ২০০-৮০০°C তাপমাত্রায় অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইডে জারিত হয়। ২০% এর বেশি আয়তনের প্রসারণের বৈশিষ্ট্য এটিকে সক্রিয়ভাবে ছিদ্রগুলি পূরণ করতে এবং সংকোচনের হার ৫% এরও কম করতে দেয়। "এটি ভারা ভেঙে ফেলা এবং একই সাথে একটি নতুন প্রাচীর তৈরি করার সমতুল্য, আপনার নিজের গর্তগুলি পূরণ করা!" একজন প্রকৌশলী এটিকে এভাবে বর্ণনা করেছেন।
৪. কণার শিল্প: গোলাকার গুঁড়োর বিজয়
অ্যালুমিনা পাউডারের "আবির্ভাব" অপ্রত্যাশিতভাবে সাফল্যের মূল চাবিকাঠি হয়ে উঠেছে - এই উপস্থিতি কণার আকৃতিকে বোঝায়। 2024 সালে "ওপেন সিরামিকস" জার্নালে প্রকাশিত একটি গবেষণায় ফিউজড ডিপোজিশন (CF³) প্রিন্টিংয়ে গোলাকার এবং অনিয়মিত অ্যালুমিনা পাউডারের কর্মক্ষমতা তুলনা করা হয়েছে5:
গোলাকার গুঁড়ো: সূক্ষ্ম বালির মতো প্রবাহিত হয়, ভরাটের হার 60% ছাড়িয়ে যায় এবং মুদ্রণ মসৃণ এবং রেশমী হয়
অনিয়মিত গুঁড়ো: মোটা চিনির মতো আটকে থাকে, সান্দ্রতা 40 গুণ বেশি হয়, এবং অগ্রভাগটি আটকে থাকে যাতে জীবন সন্দেহ হয়
আরও ভালো, গোলাকার পাউডার দিয়ে মুদ্রিত অংশগুলির ঘনত্ব সিন্টারিংয়ের পরে সহজেই 89% ছাড়িয়ে যায় এবং পৃষ্ঠের সমাপ্তি সরাসরি মান পূরণ করে। "এখনও কে "কুৎসিত" পাউডার ব্যবহার করে? তরলতা হল যুদ্ধের কার্যকারিতা!" একজন টেকনিশিয়ান হেসে উপসংহারে বলেন5।
ভবিষ্যৎ: ছোট এবং সুন্দরের সাথে তারা এবং সমুদ্র সহাবস্থান করে
অ্যালুমিনা পাউডারের 3D প্রিন্টিং বিপ্লব এখনও শেষ হয়নি। সামরিক শিল্প টার্বোফ্যান ব্লেড তৈরিতে প্রায় শূন্য সংকোচন কোর প্রয়োগে নেতৃত্ব দিয়েছে; জৈব চিকিৎসা ক্ষেত্রটি এর জৈব-সামঞ্জস্যতাকে গুরুত্ব দিয়েছে এবং কাস্টমাইজড হাড়ের ইমপ্লান্ট মুদ্রণ শুরু করেছে; ইলেকট্রনিক্স শিল্প তাপ অপচয় সাবস্ট্রেটগুলিকে লক্ষ্য করেছে - সর্বোপরি, অ্যালুমিনার তাপ পরিবাহিতা এবং অ-বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা অপরিবর্তনীয়।