3D பிரிண்டிங்கைப் பயன்படுத்தி உலோகங்களைச் செயலாக்குவதில் சமீபத்திய நுட்பம்
3D உலோக அச்சிடுதல் (உலோக சேர்க்கை உற்பத்தி) தொழில்நுட்பத்தின் வருகையால், கடந்த பத்தாண்டுகளில் உற்பத்தித் துறையில் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க வளர்ச்சி ஏற்பட்டுள்ளது. ஒரு காலத்தில் உலோகச் செயலாக்கம் என்பது வார்ப்பு, இயந்திர வேலைப்பாடு (CNC), மற்றும் வடித்தல் போன்ற வழக்கமான செயல்முறைகளுடன் தொடர்புடையதாக இருந்தபோதிலும், தற்போது விண்வெளி, தானியங்கி, ஆற்றல் முதல் மருத்துவம் வரையிலான பல்வேறு துறைகள், இலகுவான, மிகவும் சிக்கலான மற்றும் அதிக செயல்திறன் கொண்ட பாகங்களை உற்பத்தி செய்ய 3D அச்சிடுதல் நுட்பங்களைச் சார்ந்துள்ளன. இந்தத் தொழில்நுட்பம், உலோகத் தூள் அல்லது கம்பியிலிருந்து பொருட்களை அடுக்கு அடுக்காக உருவாக்க உதவுகிறது, இதன் மூலம் முன்பு சாத்தியமில்லாத வடிவமைப்புகளை அதிகத் துல்லியத்துடன் உருவாக்க முடிகிறது. இந்தக் கட்டுரை, 3D அச்சிடுதலைப் பயன்படுத்தி உலோகச் செயலாக்கத்தில் உள்ள சமீபத்திய நுட்பங்களை, அதன் முறைகள் மற்றும் பொருட்கள் முதல் பயன்பாட்டுப் போக்குகள் வரை விவாதிக்கிறது.
1. உலோக முப்பரிமாண அச்சிடலின் பரிணாம வளர்ச்சி: முன்மாதிரியிலிருந்து பெருமளவு உற்பத்தி வரை
அதன் ஆரம்ப நாட்களில், உலோக 3D அச்சிடுதல் முதன்மையாக முன்மாதிரிகளை உருவாக்குவதற்காகப் பயன்படுத்தப்பட்டது. இருப்பினும், இயந்திரத் தரம், செயல்முறைக் கட்டுப்பாடு மற்றும் தொழில்துறை தரப்படுத்தல் ஆகியவற்றில் ஏற்பட்ட மேம்பாடுகளுக்கு நன்றி, பல நிறுவனங்கள் இப்போது சிறிய மற்றும் நடுத்தர அளவிலான உற்பத்திக்கு சேர்க்கை உற்பத்தி முறையைப் பயன்படுத்துகின்றன. வெப்பச் சிகிச்சை மற்றும் வெப்ப ஐசோஸ்டேடிக் அழுத்தம் (HIP) போன்ற பிந்தைய செயலாக்கப் படிகளுக்குப் பிறகு, நவீன தொழில்நுட்பத்தால் வழக்கமான செயல்முறைகளின் இயந்திரவியல் பண்புகளை நெருங்கும்—சில சமயங்களில் மிஞ்சும்—பாகங்களை உருவாக்க முடிவதே இது சாத்தியமாகிறது.
மேலும், வடிவமைப்புத் தத்துவமும் மாறி வருகிறது. வடிவமைப்பாளர்கள் இப்போது கூட்டு உற்பத்திக்கு ஏற்ற வடிவமைப்பு (DfAM) என்ற வடிவமைப்பு அணுகுமுறையைப் பின்பற்றுகிறார்கள். இது 3D அச்சிடுதலின் நன்மைகளான இலகுரக கட்டமைப்புகள் (சட்டகங்கள்), உள் கால்வாய்கள், இயற்கையான வடிவங்கள் மற்றும் பல பாகங்களை ஒரே, ஒருங்கிணைந்த கூறாக ஒன்றிணைத்தல் போன்றவற்றைப் பயன்படுத்துகிறது.
2. சமீபத்திய தொழில்நுட்பம்: அதிகரித்து வரும் துல்லியத்துடன் கூடிய பவுடர் பெட் ஃபியூஷன் (PBF).
லேசர்கள் அல்லது எலக்ட்ரான் கற்றைகளைப் பயன்படுத்தும் பவுடர் பெட் ஃபியூஷன் (PBF) என்பது மிகவும் பிரபலமான மற்றும் வளர்ந்து வரும் நுட்பங்களில் ஒன்றாகும்.
அ) செலக்டிவ் லேசர் மெல்டிங் (SLM) / லேசர் பவுடர் பெட் ஃபியூஷன் (LPBF)
LPBF முறையில், ஒரு தளத்தின் மீது உலோகத் தூளின் மெல்லிய படலம் பரப்பப்பட்டு, பின்னர் ஒரு லேசர் குறிப்பிட்ட பகுதியை ஸ்கேன் செய்து, அந்தத் தூளை விரும்பிய வடிவத்தில் உருக்குகிறது. சமீபத்திய LPBF நுட்பங்கள் பின்வருவனவற்றில் கவனம் செலுத்துகின்றன:
– பல்-லேசர் அமைப்பு, அதாவது உற்பத்தி வேகத்தை அதிகரிக்க ஒரே நேரத்தில் பல லேசர்களைப் பயன்படுத்துதல்.
– செயல்முறையின் போது குறைபாடுகளைக் கண்டறிய அகச்சிவப்பு கேமராக்கள் மற்றும் ஒளியியல் சென்சார்கள் போன்ற நிகழ்நேரக் கண்காணிப்பு முறைகள்.
– செயற்கை நுண்ணறிவு அடிப்படையிலான அளவுரு உகப்பாக்கம், இது தரத்தை நிலைப்படுத்தவும் நுண்துளைத்தன்மையைக் குறைக்கவும் உதவுகிறது.
LPBF தற்போது மருத்துவத் துறையில் டைட்டேனியம் பாகங்கள் (பொருத்துகள்) தயாரிப்பதற்கும், ஆற்றல் துறையில் டர்பைன்களுக்கான நிக்கல் கலப்புலோகங்கள் தயாரிப்பதற்கும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
b) எலக்ட்ரான் கற்றை உருகுதல் (EBM)
LPBF-ஐப் போலல்லாமல், EBM ஒரு வெற்றிட அறையில் எலக்ட்ரான் கற்றையைப் பயன்படுத்துகிறது. EBM-இன் சமீபத்திய நன்மை என்னவென்றால், ஆக்சிஜனேற்றம் ஏற்படும் அபாயத்தைக் குறைத்து, டைட்டானியம் போன்ற வினைபுரியும் பொருட்களை அச்சிட்டு, குறைந்த எஞ்சிய அழுத்தத்துடன் பாகங்களை உருவாக்கும் அதன் திறனாகும். சமீபத்திய முன்னேற்றங்களில், அச்சு அறையில் மேம்படுத்தப்பட்ட வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு அடங்கும். இதன் விளைவாக, அதிக நிலையான முடிவுகளும், பெரிய அளவிலான பாகங்களுக்கு சிறந்த பொருத்தமும் கிடைக்கின்றன.
3. திசைப்படுத்தப்பட்ட ஆற்றல் படிவு (DED): பழுதுபார்த்தல் மற்றும் பூச்சுக்கான ஒரு நவீன நுட்பம்
கனரகத் தொழில்துறையில் பெருகிவரும் ஒரு புதிய நுட்பம் திசைப்படுத்தப்பட்ட ஆற்றல் படிவு (DED) ஆகும். இந்த முறையில், உலோகத் தூள் அல்லது கம்பி வடிவிலான பொருளானது ஒரு குறிப்பிட்ட பகுதிக்குச் செலுத்தப்பட்டு, பின்னர் லேசர், பிளாஸ்மா அல்லது எலக்ட்ரான் கற்றை போன்ற திசைப்படுத்தப்பட்ட ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி உருக்கப்படுகிறது.
DED இதில் சிறந்து விளங்குகிறது:
– பழுதுபார்த்தல் மற்றும் மறுஉற்பத்தி செய்தல், உதாரணமாக, தேய்ந்துபோன டர்பைன் பிளேடுகள், தொழில்துறை அச்சுகள் அல்லது விலையுயர்ந்த பாகங்களைப் பழுதுபார்த்தல்.
– அரிப்பு அல்லது தேய்மான எதிர்ப்பை அதிகரிப்பதற்காக ஒரு சிறப்புப் பொருளின் அடுக்கைச் சேர்க்கும் மேற்பூச்சு.
– கலப்பின உற்பத்தி என்பது, DED மற்றும் CNC-ஐ ஒரே இயந்திரத்தில் இணைத்து, பாகங்களை நகர்த்தாமலேயே அச்சிட்டு, பின்னர் அவற்றை நேரடியாகவும் துல்லியமாகவும் செயலாக்குவதாகும்.
சமீபத்திய DED தொழில்நுட்பமானது, அதிக தகவமைப்புக் கொண்ட பாதைக்கட்டுப்பாட்டைப் பயன்படுத்துகிறது, இது மேற்பரப்பு உயர உணரிகளின் அடிப்படையில் அடுக்கின் தடிமனைத் தானாகவே சரிசெய்ய அனுமதிக்கிறது.
4. பைண்டர் ஜெட்டிங்: பெருமளவு உற்பத்திக்கு ஒரு வலுவான தேர்வு
LPBF துல்லியத்தில் சிறந்து விளங்கும் அதே வேளையில், அதிக அளவிலான உற்பத்திக்கு பைண்டர் ஜெட்டிங் ஒரு வலுவான தேர்வாக உள்ளது. இந்த நுட்பம் உலோகத்தை நேரடியாக உருக்குவதில்லை, மாறாக உலோகத் தூளின் மீது ஒரு பைண்டரை (பிசின்) தெளித்து ஒரு "பச்சை பாகத்தை" உருவாக்குகிறது, அது பின்னர் திடமாவதற்காக ஒரு சின்டரிங் (வெப்பமூட்டும்) செயல்முறைக்கு உட்படுத்தப்படுகிறது.
பைண்டர் ஜெட்டிங்கை மேலும் பிரபலமாக்கும் புதிய அம்சங்கள்:
– அதிக வேகம், ஏனெனில் இதன் செயல்முறை இன்க்ஜெட் அச்சிடுதலைப் போன்றது.
– செலவுகள் குறைவு, மேலும் லேசர் உருக்கும் செயல்முறையை விட இதற்குப் பயன்படுத்தப்படும் ஆற்றல் மிகவும் குறைவு.
– விரிவாக்கத் திறன், பல சிறிய பாகங்கள் தேவைப்படும் வாகனத் தொழில்துறைக்கு ஏற்றது.
சின்டரிங் செயல்பாட்டின் போது ஏற்படும் சுருக்கமே சவாலாகும், ஆனால் புதிய நுட்பங்கள், சுருக்கத்தைக் கணித்து ஆரம்பத்திலேயே வடிவமைப்பைச் சரிசெய்வதற்காக டிஜிட்டல் உருவகப்படுத்துதல்களைச் சார்ந்துள்ளன.
5. மிகப்புதிய மூலப்பொருட்கள்: சிறப்பு உலோகக் கலவைகள் மற்றும் அதிக சீரான தூள்கள்
உலோக முப்பரிமாண அச்சிடலில் ஏற்பட்டுள்ள முன்னேற்றங்கள், மூலப்பொருள் புத்தாக்கத்துடன் பிரிக்கமுடியாத வகையில் பிணைக்கப்பட்டுள்ளன. தற்போது, மூலப்பொருள் உற்பத்தியாளர்கள் மிகவும் சீரான அளவுப் பரவலுடன் கூடிய உலோகத் தூள்களை உருவாக்கி வருகின்றனர். இதன் விளைவாக, தூளின் பாய்வுத்தன்மையும் அடுக்கு அடர்த்தியும் அதிகரிக்கின்றன.
அதிகம் பிரபலமாகி வரும் பொருட்களில் பின்வருவன அடங்கும்:
– டைட்டானியம் (Ti-6Al-4V): எடை குறைவானதாகவும் வலிமையானதாகவும் அறியப்படுவதுடன், உடலுக்குள் பொருத்தப்படும் கருவிகள் மற்றும் விமானக் கூறுகளுக்குப் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
– இன்கோனல் மற்றும் நிக்கல் சூப்பர் அலாய்கள்: டர்பைன்களுக்கான உயர் வெப்ப எதிர்ப்புத் திறன்.
– துருப்பிடிக்காத எஃகு 316L: பொதுத் தொழில் மற்றும் மருத்துவத் துறைகளுக்குப் பல்துறைப் பயன்பாடு கொண்டது.
– 3D அச்சிடுதலுக்கு மிகவும் பொருத்தமான ஒரு புதிய அலுமினியக் கலவை, ஏனெனில் வழக்கமான அலுமினியத்தில் அச்சிடும்போது பெரும்பாலும் வெப்ப விரிசல்கள் ஏற்படுகின்றன.
தூய உலோகங்கள் மற்றும் வழக்கமான கலப்புலோகங்களுக்குக் கூடுதலாக, விரைவான உருகுதல் செயல்முறைகளின் போது நிலைத்தன்மையுடன் இருக்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்ட, சேர்க்கைப் பொருட்களுக்கேற்ற கலப்புலோகங்களின் உருவாக்கம் ஒரு சமீபத்திய போக்காக உள்ளது. இதன் மூலம் விரிசல் மற்றும் நுண்துளைகள் குறைக்கப்படுகின்றன.
6. நவீன பிந்தைய செயலாக்கம்: இறுதித் தரத்திற்கான திறவுகோல்
இதற்கு 'அச்சிடுதல்' என்று பெயரிடப்பட்டிருந்தாலும், பாகம் இயந்திரத்தை விட்டு வெளியேறியவுடன் இந்த செயல்முறை நின்றுவிடுவதில்லை. இறுதிச் செயல்திறனுக்குப் பிந்தைய செயலாக்கம் மிகவும் இன்றியமையாதது. சமீபத்திய நுட்பங்களில் பின்வருவன அடங்கும்:
– உள் துளைகளைக் குறைத்து, சோர்வு வலிமையை அதிகரிக்க வெப்ப சம அழுத்த முறை (HIP).
– நுண் அமைப்பையும் வலிமையையும் கட்டுப்படுத்துவதற்கான திட்டமிடப்பட்ட வெப்பச் சிகிச்சை.
– ஷாட் பீனிங், பாலிஷிங் மற்றும் இரசாயனப் பூச்சு உள்ளிட்ட தானியங்கி மேற்பரப்புப் பூச்சு.
– குறிப்பிட்ட மேற்பரப்புகளில் மிகத் துல்லியமான சமநிலையைப் பெறுவதற்கான CNC இறுதிச் செயலாக்கம்.
தற்போது பல தொழிற்சாலைகள், வடிவமைப்பு, உருவகப்படுத்துதல், அச்சிடுதல் முதல் இறுதிப் பணிகள் வரை அனைத்தையும் ஒரே டிஜிட்டல் உற்பத்தி அமைப்பில் (ஸ்மார்ட் ஃபேக்டரி) ஒருங்கிணைக்கும் ஒரு பணிப்பாய்வைப் பின்பற்றுகின்றன.
7. சமீபத்திய போக்குகள்: டிஜிட்டல் ட்வின் மற்றும் தரவு சார்ந்த கட்டுப்பாடு
மிகப்பெரிய முன்னேற்றங்களில் ஒன்று, நிஜ உலக செயல்முறைகளைப் பிரதிபலிக்கும் டிஜிட்டல் மாதிரிகளான டிஜிட்டல் ட்வின்களின் செயலாக்கம் ஆகும். டிஜிட்டல் ட்வின்களைக் கொண்டு, நிறுவனங்களால் பின்வருவனவற்றைச் செய்ய முடியும்:
– அச்சிடுவதற்கு முன் வெப்பச் சிதைவை உருவகப்படுத்துங்கள்,
– குறைபாடுகளின் அபாயத்தைக் கணிக்கவும்,
மேலும், ஆதரவுப் பயன்பாட்டைக் குறைப்பதற்காக அச்சு நோக்குநிலையை உகந்ததாக்குங்கள்.
நிகழ்நேர உணரிகளுடன் இணைக்கப்படும்போது, செயல்முறைகள் தரவு சார்ந்ததாக மாறும். ஏதேனும் முரண்பாடுகள் கண்டறியப்பட்டால், சில அமைப்புகளால் அச்சிடுவதை நிறுத்தவோ அல்லது அளவுருக்களைச் சரிசெய்யவோ கூட முடியும். இது, குறிப்பாக விண்வெளி மற்றும் மருத்துவம் போன்ற கடுமையாக ஒழுங்குபடுத்தப்பட்ட தொழில்களுக்கு, சீரான மற்றும் சான்றளிக்கப்பட்ட உற்பத்தியை நோக்கிய ஒரு முக்கியமான படியாகும்.
முடிவுரை
உலோக 3D அச்சிடும் தொழில்நுட்பம், வெறும் முன்மாதிரி உருவாக்கும் கருவியாக இருந்த நிலையிலிருந்து, ஒரு தீவிரமான மற்றும் போட்டித்தன்மை வாய்ந்த உற்பத்தி முறையாகப் பரிணமித்துள்ளது. மல்டி-லேசர் LPBF, ஹைப்ரிட் DED, பெருமளவு உற்பத்திக்கான பைண்டர் ஜெட்டிங் போன்ற புதிய நுட்பங்களும், டிஜிட்டல் ட்வின்ஸ் மற்றும் நிகழ்நேரக் கண்காணிப்பின் செயலாக்கமும், உலோகச் செயலாக்கத்தின் திறன்களை வியத்தகு முறையில் விரிவுபடுத்துகின்றன. மூலப்பொருட்கள் மற்றும் பிந்தைய செயலாக்கத்தில் உள்ள புதுமைகளும், அச்சிடப்பட்டவற்றை வலிமையானதாகவும், மிகவும் துல்லியமானதாகவும், மேலும் நம்பகமானதாகவும் ஆக்குகின்றன. இனிவரும் காலங்களில், உலோக சேர்க்கை உற்பத்தி, அதன் வடிவமைப்பு நெகிழ்வுத்தன்மை காரணமாக மட்டுமல்லாமல், அதன் விநியோகச் சங்கிலித் திறன் மற்றும் சாத்தியமான மூலப்பொருள் சேமிப்பு காரணமாகவும், நவீன உற்பத்தியின் முதுகெலும்புகளில் ஒன்றாக மாறும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.
நீங்கள் விரும்பினால், இந்தக் கட்டுரையை செயல்முறை அளவுருக்கள், இயந்திர வகைகள் மற்றும் தொழில்துறை வழக்கு ஆய்வுகளின் எடுத்துக்காட்டுகளுடன் கூடிய மேலும் தொழில்நுட்பப் பதிப்பாகவோ அல்லது பொது வாசகர்களுக்கான எளிமையான பதிப்பாகவோ என்னால் மாற்றி அமைக்க முடியும்.
