थ्रीडी प्रिन्टिङ सामग्रीमा एल्युमिना पाउडरको सफलता
नर्थवेस्टर्न पोलिटेक्निकल युनिभर्सिटीको प्रयोगशालामा हिंड्दै, एउटा प्रकाश-निको पार्ने उपकरणथ्रीडी प्रिन्टर थोरै गुनगुनाउँदै छ, र लेजर किरण सिरेमिक स्लरीमा ठ्याक्कै चलिरहेको छ। केही घण्टा पछि, भूलभुलैया जस्तो जटिल संरचना भएको सिरेमिक कोर पूर्ण रूपमा प्रस्तुत गरिएको छ - यो विमान इन्जिनको टर्बाइन ब्लेडहरू कास्ट गर्न प्रयोग गरिनेछ। परियोजनाको जिम्मेवारीमा रहेका प्रोफेसर सु हाइजुनले नाजुक घटकलाई औंल्याए र भने: "तीन वर्ष पहिले, हामीले यस्तो परिशुद्धताको बारेमा सोच्न पनि हिम्मत गरेनौं। यो अस्पष्ट एल्युमिना पाउडरमा मुख्य सफलता लुकेको छ।"
एक समय थियो, एल्युमिना सिरेमिकहरू "समस्याग्रस्त विद्यार्थी" जस्तै थिए।थ्रीडी प्रिन्टिङ– उच्च शक्ति, उच्च तापक्रम प्रतिरोध, राम्रो इन्सुलेशन, तर एक पटक छापिएपछि, यसमा धेरै समस्याहरू थिए। परम्परागत प्रक्रियाहरू अन्तर्गत, एल्युमिना पाउडरमा कमजोर तरलता हुन्छ र प्रायः प्रिन्ट हेडलाई रोक्छ; सिंटरिङको समयमा संकुचन दर १५%-२०% सम्म उच्च हुन सक्छ, र ठूलो प्रयासका साथ छापिएका भागहरू जलाउने बित्तिकै विकृत र फुट्नेछन्; जटिल संरचनाहरू? यो अझ बढी विलासिताको कुरा हो। इन्जिनियरहरू चिन्तित छन्: "यो कुरा एक जिद्दी कलाकार जस्तै हो, जंगली विचारहरू भएको तर पर्याप्त हातहरू छैनन्।"
१. रूसी सूत्र: "सिरेमिक आर्मर" राख्नुएल्युमिनियमम्याट्रिक्स
पहिलो मोड मटेरियल डिजाइनमा क्रान्तिबाट आयो। २०२० मा, रूसको राष्ट्रिय विज्ञान र प्रविधि विश्वविद्यालय (NUST MISIS) का भौतिक वैज्ञानिकहरूले एक विघटनकारी प्रविधिको घोषणा गरे। केवल एल्युमिनियम अक्साइड पाउडर मिसाउनुको सट्टा, तिनीहरूले उच्च-शुद्धता एल्युमिनियम पाउडरलाई अटोक्लेभमा राखे र प्रत्येक एल्युमिनियम कणको सतहमा ठ्याक्कै नियन्त्रणयोग्य मोटाईको साथ एल्युमिनियम अक्साइड फिल्मको तह "बढाउन" हाइड्रोथर्मल अक्सिडेशन प्रयोग गरे, जस्तै एल्युमिनियम बलमा न्यानो-स्तर आर्मरको तह राख्दा। यो "कोर-शेल संरचना" पाउडर लेजर 3D प्रिन्टिङ (SLM प्रविधि) को समयमा अद्भुत प्रदर्शन देखाउँछ: कठोरता शुद्ध एल्युमिनियम सामग्रीको भन्दा 40% बढी छ, र उच्च-तापमान स्थिरता धेरै सुधारिएको छ, सीधै उड्डयन-ग्रेड आवश्यकताहरू पूरा गर्दछ।
परियोजनाका प्रमुख प्रोफेसर अलेक्ज्याण्डर ग्रोमोभले एउटा जीवन्त उपमा दिए: “विगतमा, कम्पोजिट सामग्रीहरू सलाद जस्तै थिए - प्रत्येकले आफ्नै व्यवसायको जिम्मामा थियो; हाम्रा पाउडरहरू स्यान्डविच जस्तै छन् - एल्युमिनियम र एल्युमिना एकअर्कालाई तह तह टोक्छन्, र दुवैले एकअर्का बिना काम गर्न सक्दैनन्।” यो बलियो युग्मनले सामग्रीलाई विमान इन्जिनका भागहरू र अल्ट्रा-लाइट बडी फ्रेमहरूमा आफ्नो पराक्रम देखाउन अनुमति दिन्छ, र टाइटेनियम मिश्र धातुहरूको क्षेत्रलाई पनि चुनौती दिन थाल्छ।
२. चिनियाँ बुद्धि: सिरेमिक "सेटिङ" को जादू
एल्युमिना सिरेमिक प्रिन्टिङको सबैभन्दा ठूलो पीडादायी बिन्दु सिन्टरिङ संकुचन हो - कल्पना गर्नुहोस् कि तपाईंले माटोको आकृतिलाई ध्यानपूर्वक मुछ्नुभयो, र ओभनमा प्रवेश गर्ने बित्तिकै यो आलुको आकारमा खुम्चियो। यो कति पतन हुन्छ? २०२४ को सुरुमा, नर्थवेस्टर्न पोलिटेक्निकल युनिभर्सिटीका प्रोफेसर सु हाइजुनको टोलीले जर्नल अफ मटेरियल्स साइन्स एण्ड टेक्नोलोजीमा प्रकाशित नतिजाले उद्योगलाई सुरुवात गर्यो: उनीहरूले लगभग शून्य-संकुचन एल्युमिना सिरेमिक कोर प्राप्त गरे जसको संकुचन दर केवल ०.३% थियो।
रहस्य थप्नु होआल्मुनियम पाउडरएल्युमिना र त्यसपछि एक सटीक "वातावरण जादू" खेल्नुहोस्।
एल्युमिनियम पाउडर थप्नुहोस्: सिरेमिक स्लरीमा १५% मसिनो एल्युमिनियम पाउडर मिसाउनुहोस्।
वायुमण्डल नियन्त्रण गर्नुहोस्: आल्मुनियम पाउडरलाई अक्सिडाइज हुनबाट रोक्नको लागि सिन्टरिङको सुरुमा आर्गन ग्यास सुरक्षा प्रयोग गर्नुहोस्।
स्मार्ट स्विचिङ: जब तापक्रम १४०० डिग्री सेल्सियसमा बढ्छ, अचानक वायुमण्डललाई हावामा बदल्नुहोस्
इन-सीटु अक्सिडेशन: एल्युमिनियम पाउडर तुरुन्तै थोपाहरूमा पग्लन्छ र एल्युमिनियम अक्साइडमा अक्सिडाइज हुन्छ, र भोल्युम विस्तारले संकुचनलाई अफसेट गर्छ।
३. बाइन्डर क्रान्ति: आल्मुनियम पाउडर "अदृश्य ग्लु" मा परिणत हुन्छ
रूसी र चिनियाँ टोलीहरूले पाउडर परिमार्जनमा कडा परिश्रम गरिरहेका बेला, अर्को प्राविधिक मार्ग चुपचाप परिपक्व भएको छ - बाइन्डरको रूपमा एल्युमिनियम पाउडर प्रयोग गर्ने। परम्परागत सिरेमिकथ्रीडी प्रिन्टिङबाइन्डरहरू प्रायः जैविक रेजिनहरू हुन्, जुन डिग्रेजिङको समयमा जलाउँदा गुहाहरू छोड्नेछन्। घरेलु टोलीको २०२३ पेटेन्टले फरक दृष्टिकोण अपनाउँछ: पानीमा आधारित बाइन्डरमा एल्युमिनियम पाउडर बनाउने ४७।
छपाईको क्रममा, नोजलले एल्युमिनियम अक्साइड पाउडर तहमा ५०-७०% एल्युमिनियम पाउडर भएको "ग्लु" सही रूपमा स्प्रे गर्छ। जब डिग्रेजिङ चरणको कुरा आउँछ, भ्याकुम तानिन्छ र अक्सिजन पार गरिन्छ, र एल्युमिनियम पाउडर २००-८०० डिग्री सेल्सियसमा एल्युमिनियम अक्साइडमा अक्सिडाइज हुन्छ। २०% भन्दा बढीको भोल्युम विस्तारको विशेषताले यसलाई सक्रिय रूपमा छिद्रहरू भर्न र संकुचन दरलाई ५% भन्दा कममा घटाउन अनुमति दिन्छ। "यो मचान भत्काउनु र एकै समयमा नयाँ पर्खाल निर्माण गर्नु, आफ्नै प्वालहरू भर्नु बराबर हो!" एक इन्जिनियरले यसलाई यसरी वर्णन गरे।
४. कणहरूको कला: गोलाकार धुलोको विजय
एल्युमिना पाउडरको "उपस्थिति" अप्रत्याशित रूपमा सफलताको कुञ्जी बनेको छ - यो उपस्थितिले कण आकारलाई जनाउँछ। २०२४ मा "ओपन सिरेमिक्स" जर्नलमा गरिएको एक अध्ययनले फ्युज्ड डिपोजिसन (CF³) प्रिन्टिङमा गोलाकार र अनियमित एल्युमिना पाउडरहरूको प्रदर्शनको तुलना गर्यो:
गोलाकार पाउडर: मसिनो बालुवा जस्तै बग्छ, भर्ने दर ६०% भन्दा बढी हुन्छ, र छपाई चिल्लो र रेशमी हुन्छ।
अनियमित पाउडर: मोटो चिनी जस्तै अड्किएको, चिपचिपापन ४० गुणा बढी छ, र नोजल अवरुद्ध छ जसले जीवनमा शंका गर्दछ।
अझ राम्रो कुरा, गोलाकार पाउडरद्वारा छापिएका भागहरूको घनत्व सिन्टरिङ पछि सजिलै ८९% भन्दा बढी हुन्छ, र सतहको फिनिशले सिधै मापदण्ड पूरा गर्छ। "अहिले पनि "कुरूप" पाउडर कसले प्रयोग गर्छ? तरलता भनेको लडाई प्रभावकारिता हो!" एक प्राविधिकले मुस्कुराउँदै निष्कर्ष निकाले।
भविष्य: तारा र समुद्रहरू साना र सुन्दरसँग मिलेर बस्छन्
एल्युमिना पाउडरको थ्रीडी प्रिन्टिङ क्रान्ति अझै सकिएको छैन। टर्बोफ्यान ब्लेडहरू निर्माण गर्न लगभग शून्य संकुचन कोरहरू प्रयोग गर्ने काममा सैन्य उद्योगले नेतृत्व लिएको छ; बायोमेडिकल क्षेत्रले यसको जैविक अनुकूलतालाई प्राथमिकता दिएको छ र अनुकूलित हड्डी प्रत्यारोपणहरू छाप्न थालेको छ; इलेक्ट्रोनिक्स उद्योगले ताप अपव्यय सब्सट्रेटहरूलाई लक्षित गरेको छ - आखिर, एल्युमिनाको थर्मल चालकता र गैर-विद्युत चालकता अपरिवर्तनीय छन्।