लेझर ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग (AM) तंत्रज्ञान, त्याच्या उच्च उत्पादन अचूकता, मजबूत लवचिकता आणि उच्च पातळीवरील ऑटोमेशनच्या फायद्यांमुळे, ऑटोमोटिव्ह, वैद्यकीय, एरोस्पेस इत्यादी क्षेत्रांमधील महत्त्वाच्या घटकांच्या (जसे की रॉकेट इंधन नोझल, सॅटेलाइट अँटेना ब्रॅकेट, मानवी इम्प्लांट इत्यादी) निर्मितीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. हे तंत्रज्ञान मटेरियलची रचना आणि कार्यक्षमतेच्या एकात्मिक निर्मितीद्वारे प्रिंट केलेल्या भागांची संयोजन कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकते. सध्या, लेझर ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानामध्ये सामान्यतः उच्च केंद्र आणि कमी कडा ऊर्जा वितरणासह केंद्रित गॉसियन बीमचा वापर केला जातो. तथापि, यामुळे वितळलेल्या पदार्थात अनेकदा उच्च थर्मल ग्रेडियंट्स निर्माण होतात, ज्यामुळे नंतर छिद्रे आणि जाडसर कण तयार होतात. बीम शेपिंग तंत्रज्ञान ही या समस्येचे निराकरण करणारी एक नवीन पद्धत आहे, जी लेझर बीम ऊर्जेचे वितरण समायोजित करून प्रिंटिंगची कार्यक्षमता आणि गुणवत्ता सुधारते.
पारंपारिक सबट्रॅक्शन आणि इक्विव्हॅलेंट मॅन्युफॅक्चरिंगच्या तुलनेत, मेटल ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानाचे फायदे आहेत जसे की कमी उत्पादन चक्र वेळ, उच्च प्रक्रिया अचूकता, उच्च सामग्री वापर दर आणि भागांची चांगली एकूण कामगिरी. त्यामुळे, मेटल ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञान एरोस्पेस, शस्त्रे आणि उपकरणे, अणुऊर्जा, बायोफार्मास्युटिकल्स आणि ऑटोमोबाईल्स यांसारख्या उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. डिस्क्रीट स्टॅकिंगच्या तत्त्वावर आधारित, मेटल ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग पावडर किंवा वायर वितळवण्यासाठी ऊर्जा स्त्रोताचा (जसे की लेझर, आर्क किंवा इलेक्ट्रॉन बीम) वापर करते आणि नंतर लक्ष्यित घटक तयार करण्यासाठी त्यांना थरांवर थर रचते. लहान बॅच, जटिल रचना किंवा वैयक्तिकृत भाग तयार करण्यासाठी या तंत्रज्ञानाचे महत्त्वपूर्ण फायदे आहेत. पारंपारिक तंत्रांनी प्रक्रिया न करता येणारी किंवा प्रक्रिया करण्यास कठीण असलेली सामग्री देखील ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग पद्धती वापरून तयार करण्यासाठी योग्य आहे. वरील फायद्यांमुळे, ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानाने देशा-विदेशातील विद्वानांचे लक्ष वेधून घेतले आहे. गेल्या काही दशकांमध्ये, ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानाने वेगाने प्रगती केली आहे. लेझर ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग उपकरणांची ऑटोमेशन आणि लवचिकता, तसेच उच्च लेझर ऊर्जा घनता आणि उच्च प्रक्रिया अचूकतेच्या व्यापक फायद्यांमुळे, वर नमूद केलेल्या तीन मेटल ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानांपैकी लेझर ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञान सर्वात वेगाने विकसित झाले आहे.
लेझर मेटल ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानाचे पुढे एलपीबीएफ (LPBF) आणि डीईडी (DED) मध्ये विभाजन केले जाऊ शकते. आकृती १ मध्ये एलपीबीएफ आणि डीईडी प्रक्रियांचा एक प्रातिनिधिक योजनाबद्ध आराखडा दर्शविला आहे. एलपीबीएफ प्रक्रिया, जिला सिलेक्टिव्ह लेझर मेल्टिंग (SLM) असेही म्हणतात, पावडर बेडच्या पृष्ठभागावर एका निश्चित मार्गावर उच्च-ऊर्जा लेझर बीम स्कॅन करून जटिल धातूचे घटक तयार करू शकते. त्यानंतर, पावडर थरा-थराने वितळते आणि घट्ट होते. डीईडी प्रक्रियेमध्ये प्रामुख्याने दोन प्रिंटिंग प्रक्रियांचा समावेश होतो: लेझर मेल्टिंग डिपॉझिशन आणि लेझर वायर फीडिंग ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग. ही दोन्ही तंत्रज्ञानं धातूची पावडर किंवा वायर एकाच वेळी फीड करून धातूचे भाग थेट तयार करू शकतात आणि दुरुस्त करू शकतात. एलपीबीएफच्या तुलनेत, डीईडीची उत्पादकता जास्त असते आणि उत्पादन क्षेत्र मोठे असते. याव्यतिरिक्त, या पद्धतीद्वारे संमिश्र साहित्य (composite materials) आणि कार्यात्मक श्रेणीबद्ध साहित्य (functionally graded materials) देखील सोयीस्करपणे तयार करता येतात. तथापि, डीईडीद्वारे प्रिंट केलेल्या भागांच्या पृष्ठभागाची गुणवत्ता नेहमीच खराब असते आणि लक्ष्य घटकाची आयामी अचूकता सुधारण्यासाठी त्यानंतरच्या प्रक्रियेची आवश्यकता असते.
सध्याच्या लेझर ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेमध्ये, केंद्रित गॉसियन बीम हा सामान्यतः ऊर्जेचा स्रोत असतो. तथापि, त्याच्या विशिष्ट ऊर्जा वितरणामुळे (केंद्रात जास्त, कडेला कमी), उच्च औष्णिक प्रवणता आणि वितळलेल्या भागाची अस्थिरता निर्माण होण्याची शक्यता असते. परिणामी, प्रिंट केलेल्या भागांची निर्मिती गुणवत्ता खराब होते. याव्यतिरिक्त, जर वितळलेल्या भागाच्या केंद्राचे तापमान खूप जास्त असेल, तर त्यामुळे कमी वितळणबिंदू असलेले धातूचे घटक बाष्पीभवन पावतात, ज्यामुळे LBPF प्रक्रियेची अस्थिरता आणखी वाढते. म्हणून, सच्छिद्रता वाढल्याने, प्रिंट केलेल्या भागांचे यांत्रिक गुणधर्म आणि थकवा आयुष्य लक्षणीयरीत्या कमी होते. गॉसियन बीमच्या असमान ऊर्जा वितरणामुळे लेझर ऊर्जेच्या वापराची कार्यक्षमता कमी होते आणि ऊर्जेचा अतिरिक्त अपव्यय होतो. उत्तम प्रिंटिंग गुणवत्ता प्राप्त करण्यासाठी, संशोधकांनी ऊर्जा इनपुटच्या शक्यतेवर नियंत्रण ठेवण्याच्या उद्देशाने, लेझर पॉवर, स्कॅनिंग गती, पावडर लेयरची जाडी आणि स्कॅनिंग स्ट्रॅटेजी यांसारख्या प्रक्रिया पॅरामीटर्समध्ये बदल करून गॉसियन बीममधील दोषांची भरपाई करण्याचे मार्ग शोधण्यास सुरुवात केली आहे. या पद्धतीच्या अत्यंत मर्यादित प्रोसेसिंग विंडोमुळे, निश्चित भौतिक मर्यादा पुढील ऑप्टिमायझेशनच्या शक्यतेला मर्यादित करतात. उदाहरणार्थ, लेझरची शक्ती आणि स्कॅनिंगचा वेग वाढवून उच्च उत्पादन कार्यक्षमता साधता येते, परंतु त्यासाठी अनेकदा छपाईच्या गुणवत्तेशी तडजोड करावी लागते. अलिकडच्या वर्षांत, बीम शेपिंग धोरणांद्वारे लेझर ऊर्जेचे वितरण बदलल्याने उत्पादन कार्यक्षमता आणि छपाईची गुणवत्ता लक्षणीयरीत्या सुधारता येते, जी लेझर ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानाची भविष्यातील विकासाची दिशा बनू शकते. बीम शेपिंग तंत्रज्ञान म्हणजे सामान्यतः इनपुट बीमच्या वेव्हफ्रंट वितरणात बदल करून इच्छित तीव्रता वितरण आणि प्रसारणाची वैशिष्ट्ये मिळवणे. मेटल ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानामध्ये बीम शेपिंग तंत्रज्ञानाचा वापर आकृती २ मध्ये दर्शविला आहे.
लेझर अॅडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये बीम शेपिंग तंत्रज्ञानाचा वापर
पारंपारिक गॉसियन बीम प्रिंटिंगच्या कमतरता
मेटल लेझर ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानामध्ये, लेझर बीमच्या ऊर्जा वितरणाचा प्रिंट केलेल्या भागांच्या गुणवत्तेवर महत्त्वपूर्ण परिणाम होतो. जरी मेटल लेझर ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग उपकरणांमध्ये गॉसियन बीमचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला गेला असला तरी, ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेमध्ये त्यांना अस्थिर प्रिंटिंग गुणवत्ता, कमी ऊर्जा वापर आणि अरुंद प्रोसेस विंडो यांसारख्या गंभीर कमतरतांना सामोरे जावे लागते. त्यापैकी, मेटल लेझर ॲडिटिव्ह प्रक्रियेदरम्यान पावडरची वितळण्याची प्रक्रिया आणि वितळलेल्या पूलची गतिशीलता यांचा पावडरच्या थराच्या जाडीशी जवळचा संबंध आहे. पावडर स्प्लॅशिंग आणि इरोशन झोनच्या उपस्थितीमुळे, पावडरच्या थराची प्रत्यक्ष जाडी सैद्धांतिक अपेक्षेपेक्षा जास्त असते. दुसरे म्हणजे, वाफेच्या स्तंभामुळे मुख्यत्वे मागील बाजूस जेट स्प्लॅशेस तयार होतात. धातूची वाफ मागील भिंतीवर आदळून स्प्लॅशेस तयार होतात, जे वितळलेल्या पूलच्या अंतर्गोल भागाला लंब असलेल्या पुढील भिंतीच्या बाजूने फवारले जातात (आकृती ३ मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे). लेझर बीम आणि स्प्लॅशेस यांच्यातील गुंतागुंतीच्या आंतरक्रियेमुळे, बाहेर फेकलेले स्प्लॅशेस नंतरच्या पावडरच्या थरांच्या प्रिंटिंग गुणवत्तेवर गंभीर परिणाम करू शकतात. याव्यतिरिक्त, वितळलेल्या पूलमध्ये कीहोल तयार होणे देखील प्रिंट केलेल्या भागांच्या गुणवत्तेवर गंभीर परिणाम करते. छापलेल्या भागातील अंतर्गत छिद्रे प्रामुख्याने अस्थिर लॉकिंग होल्समुळे निर्माण होतात.
बीम शेपिंग तंत्रज्ञानातील दोषांची निर्मिती यंत्रणा
बीम शेपिंग तंत्रज्ञान एकाच वेळी अनेक आयामांमध्ये कार्यक्षमतेत सुधारणा घडवून आणू शकते, जे गॉसियन बीमपेक्षा वेगळे आहे. गॉसियन बीममध्ये इतर आयामांचा त्याग करून एका आयामातील कार्यक्षमता सुधारली जाते. बीम शेपिंग तंत्रज्ञान वितळलेल्या द्रवाच्या (मेल्ट पूलच्या) तापमान वितरणाचे आणि प्रवाही वैशिष्ट्यांचे अचूकपणे समायोजन करू शकते. लेझर ऊर्जेच्या वितरणावर नियंत्रण ठेवून, कमी तापमान प्रवणता असलेला एक तुलनेने स्थिर वितळलेला द्रव मिळवला जातो. योग्य लेझर ऊर्जा वितरण हे सच्छिद्रता आणि स्पटरिंग दोष कमी करण्यासाठी, तसेच धातूच्या भागांवरील लेझर प्रिंटिंगची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी फायदेशीर ठरते. यामुळे उत्पादन कार्यक्षमता आणि पावडरच्या उपयोगात विविध सुधारणा साधता येतात. त्याच वेळी, बीम शेपिंग तंत्रज्ञान आपल्याला अधिक प्रक्रियात्मक पर्याय उपलब्ध करून देते, ज्यामुळे प्रक्रिया रचनेचे स्वातंत्र्य मोठ्या प्रमाणात वाढते. ही लेझर ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानातील एक क्रांतिकारक प्रगती आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: २८ फेब्रुवारी २०२४
