लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (एएम) तकनीक, अपनी उच्च निर्माण सटीकता, मजबूत लचीलेपन और उच्च स्तर के स्वचालन के लाभों के कारण, ऑटोमोटिव, चिकित्सा, एयरोस्पेस आदि क्षेत्रों में प्रमुख घटकों (जैसे रॉकेट ईंधन नोजल, उपग्रह एंटीना ब्रैकेट, मानव प्रत्यारोपण आदि) के निर्माण में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। यह तकनीक सामग्री संरचना और प्रदर्शन के एकीकृत निर्माण के माध्यम से मुद्रित भागों के संयुक्त प्रदर्शन में काफी सुधार कर सकती है। वर्तमान में, लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक आमतौर पर उच्च केंद्र और निम्न किनारे ऊर्जा वितरण वाले केंद्रित गाऊसी बीम का उपयोग करती है। हालांकि, यह अक्सर पिघले हुए पदार्थ में उच्च तापीय प्रवणता उत्पन्न करती है, जिससे बाद में छिद्र और मोटे दाने बन जाते हैं। बीम शेपिंग तकनीक इस समस्या को हल करने की एक नई विधि है, जो लेजर बीम ऊर्जा के वितरण को समायोजित करके मुद्रण दक्षता और गुणवत्ता में सुधार करती है।
पारंपरिक घटाव और समतुल्य विनिर्माण की तुलना में, धातु योजक विनिर्माण तकनीक के कई फायदे हैं, जैसे कम विनिर्माण चक्र समय, उच्च प्रसंस्करण सटीकता, उच्च सामग्री उपयोग दर और पुर्जों का बेहतर समग्र प्रदर्शन। इसलिए, धातु योजक विनिर्माण तकनीक का व्यापक रूप से एयरोस्पेस, हथियार और उपकरण, परमाणु ऊर्जा, जैव-औषधीय उत्पाद और ऑटोमोबाइल जैसे उद्योगों में उपयोग किया जाता है। असतत स्टैकिंग के सिद्धांत पर आधारित, धातु योजक विनिर्माण पाउडर या तार को पिघलाने के लिए ऊर्जा स्रोत (जैसे लेजर, आर्क या इलेक्ट्रॉन बीम) का उपयोग करता है, और फिर लक्षित घटक के निर्माण के लिए उन्हें परत दर परत स्टैक करता है। यह तकनीक छोटे बैचों, जटिल संरचनाओं या व्यक्तिगत पुर्जों के उत्पादन में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है। जिन सामग्रियों को पारंपरिक तकनीकों से संसाधित नहीं किया जा सकता है या करना मुश्किल है, वे भी योजक विनिर्माण विधियों का उपयोग करके तैयार की जा सकती हैं। उपरोक्त लाभों के कारण, योजक विनिर्माण तकनीक ने देश और विदेश दोनों में विद्वानों का ध्यान आकर्षित किया है। पिछले कुछ दशकों में, योजक विनिर्माण तकनीक ने तीव्र प्रगति की है। लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग उपकरणों के स्वचालन और लचीलेपन के साथ-साथ उच्च लेजर ऊर्जा घनत्व और उच्च प्रसंस्करण सटीकता के व्यापक लाभों के कारण, लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक ने ऊपर उल्लिखित तीन धातु एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीकों में सबसे तेजी से विकास किया है।
लेजर मेटल एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक को आगे एलपीबीएफ और डीईडी में विभाजित किया जा सकता है। चित्र 1 में एलपीबीएफ और डीईडी प्रक्रियाओं का एक विशिष्ट आरेख दिखाया गया है। एलपीबीएफ प्रक्रिया, जिसे सेलेक्टिव लेजर मेल्टिंग (एसएलएम) भी कहा जाता है, पाउडर बेड की सतह पर एक निश्चित पथ के साथ उच्च-ऊर्जा लेजर बीम को स्कैन करके जटिल धातु घटकों का निर्माण कर सकती है। फिर, पाउडर परत दर परत पिघलकर ठोस हो जाता है। डीईडी प्रक्रिया में मुख्य रूप से दो प्रिंटिंग प्रक्रियाएं शामिल हैं: लेजर मेल्टिंग डिपोजिशन और लेजर वायर फीडिंग एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग। ये दोनों तकनीकें धातु पाउडर या तार को एक साथ फीड करके धातु के पुर्जों का सीधा निर्माण और मरम्मत कर सकती हैं। एलपीबीएफ की तुलना में, डीईडी की उत्पादकता अधिक है और इसका निर्माण क्षेत्र भी बड़ा है। इसके अलावा, इस विधि से मिश्रित सामग्री और कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्री को आसानी से तैयार किया जा सकता है। हालांकि, डीईडी द्वारा मुद्रित पुर्जों की सतह की गुणवत्ता हमेशा खराब होती है, और लक्षित घटक की आयामी सटीकता में सुधार के लिए बाद में प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है।
वर्तमान लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग प्रक्रिया में, केंद्रित गॉसियन बीम आमतौर पर ऊर्जा स्रोत होता है। हालांकि, इसकी अनूठी ऊर्जा वितरण (उच्च केंद्र, निम्न किनारा) के कारण, उच्च तापीय प्रवणता और पिघले हुए धातु के पूल की अस्थिरता उत्पन्न होने की संभावना रहती है। परिणामस्वरूप, मुद्रित भागों की निर्माण गुणवत्ता खराब हो जाती है। इसके अलावा, यदि पिघले हुए धातु के पूल का केंद्र तापमान बहुत अधिक हो जाता है, तो कम गलनांक वाले धातु तत्व वाष्पीकृत हो जाते हैं, जिससे एलबीपीएफ प्रक्रिया की अस्थिरता और बढ़ जाती है। इसलिए, सरंध्रता में वृद्धि के साथ, मुद्रित भागों के यांत्रिक गुण और थकान जीवन काफी कम हो जाते हैं। गॉसियन बीम के असमान ऊर्जा वितरण के कारण लेजर ऊर्जा उपयोग दक्षता कम हो जाती है और ऊर्जा की अत्यधिक बर्बादी होती है। बेहतर मुद्रण गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए, विद्वानों ने ऊर्जा इनपुट की संभावना को नियंत्रित करने के लिए लेजर शक्ति, स्कैनिंग गति, पाउडर परत की मोटाई और स्कैनिंग रणनीति जैसे प्रक्रिया मापदंडों को संशोधित करके गॉसियन बीम की कमियों को दूर करने के तरीकों का पता लगाना शुरू कर दिया है। इस विधि की बहुत ही संकीर्ण प्रसंस्करण सीमा के कारण, निश्चित भौतिक सीमाएं आगे के अनुकूलन की संभावना को सीमित करती हैं। उदाहरण के लिए, लेज़र की शक्ति और स्कैनिंग गति बढ़ाने से उच्च विनिर्माण दक्षता प्राप्त की जा सकती है, लेकिन अक्सर इससे मुद्रण गुणवत्ता में कमी आती है। हाल के वर्षों में, बीम शेपिंग रणनीतियों के माध्यम से लेज़र ऊर्जा वितरण को बदलने से विनिर्माण दक्षता और मुद्रण गुणवत्ता में उल्लेखनीय सुधार हुआ है, जो लेज़र एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक की भविष्य की विकास दिशा बन सकती है। बीम शेपिंग तकनीक का तात्पर्य सामान्यतः इनपुट बीम के वेवफ्रंट वितरण को समायोजित करके वांछित तीव्रता वितरण और प्रसार विशेषताओं को प्राप्त करना है। धातु एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक में बीम शेपिंग तकनीक का अनुप्रयोग चित्र 2 में दर्शाया गया है।
लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में बीम शेपिंग तकनीक का अनुप्रयोग
परंपरागत गाऊसियन बीम प्रिंटिंग की कमियाँ
धातु लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक में, लेजर बीम की ऊर्जा वितरण मुद्रित भागों की गुणवत्ता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है। हालांकि धातु लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग उपकरणों में गाउसियन बीम का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, लेकिन इनमें अस्थिर मुद्रण गुणवत्ता, कम ऊर्जा उपयोग और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग प्रक्रिया में संकीर्ण प्रक्रिया विंडो जैसी गंभीर कमियां हैं। इनमें से, धातु लेजर एडिटिव प्रक्रिया के दौरान पाउडर की पिघलने की प्रक्रिया और पिघले हुए पूल की गतिशीलता पाउडर परत की मोटाई से निकटता से संबंधित है। पाउडर के छिटकने और क्षरण क्षेत्रों की उपस्थिति के कारण, पाउडर परत की वास्तविक मोटाई सैद्धांतिक अपेक्षा से अधिक होती है। दूसरा, भाप स्तंभ मुख्य पश्चगामी जेट छींटे उत्पन्न करता है। धातु वाष्प पिछली दीवार से टकराकर छींटे बनाती है, जो पिघले हुए पूल के अवतल क्षेत्र के लंबवत सामने की दीवार के साथ फैलते हैं (जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है)। लेजर बीम और छींटों के बीच जटिल अंतःक्रिया के कारण, उत्सर्जित छींटे बाद की पाउडर परतों की मुद्रण गुणवत्ता को गंभीर रूप से प्रभावित कर सकते हैं। इसके अलावा, पिघले हुए पूल में कीहोल का निर्माण भी मुद्रित भागों की गुणवत्ता को गंभीर रूप से प्रभावित करता है। मुद्रित सामग्री के आंतरिक छिद्र मुख्य रूप से अस्थिर लॉकिंग छिद्रों के कारण होते हैं।
बीम शेपिंग तकनीक में दोषों के निर्माण की प्रक्रिया
बीम शेपिंग तकनीक एक साथ कई आयामों में प्रदर्शन में सुधार ला सकती है, जो गॉसियन बीम से अलग है, जिसमें एक आयाम में सुधार के बदले अन्य आयामों का प्रदर्शन प्रभावित होता है। बीम शेपिंग तकनीक पिघले हुए धातु के तापमान वितरण और प्रवाह विशेषताओं को सटीक रूप से समायोजित कर सकती है। लेजर ऊर्जा के वितरण को नियंत्रित करके, कम तापमान प्रवणता वाला अपेक्षाकृत स्थिर पिघला हुआ धातु प्राप्त किया जा सकता है। उचित लेजर ऊर्जा वितरण से छिद्रण और स्पटरिंग दोषों को कम करने और धातु के पुर्जों पर लेजर प्रिंटिंग की गुणवत्ता में सुधार करने में लाभ होता है। इससे उत्पादन क्षमता और पाउडर के उपयोग में कई सुधार किए जा सकते हैं। साथ ही, बीम शेपिंग तकनीक हमें अधिक प्रसंस्करण रणनीतियाँ प्रदान करती है, जिससे प्रक्रिया डिज़ाइन की स्वतंत्रता में काफी वृद्धि होती है, जो लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक में एक क्रांतिकारी प्रगति है।
पोस्ट करने का समय: 28 फरवरी 2024
