3D ప్రింటింగ్ సామగ్రిలో అల్యూమినా పౌడర్ పురోగతి
నార్త్ వెస్ట్రన్ పాలిటెక్నికల్ యూనివర్సిటీ ప్రయోగశాలలోకి నడవడం, ఒక కాంతి నివారణ3D ప్రింటర్ "కొంచెం హమ్మింగ్ చేస్తోంది, మరియు లేజర్ పుంజం సిరామిక్ స్లర్రీలో ఖచ్చితంగా కదులుతోంది. కొన్ని గంటల తర్వాత, చిట్టడవి వంటి సంక్లిష్ట నిర్మాణంతో కూడిన సిరామిక్ కోర్ పూర్తిగా ప్రదర్శించబడింది - ఇది విమాన ఇంజిన్ల టర్బైన్ బ్లేడ్‌లను వేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ ప్రాజెక్టుకు బాధ్యత వహిస్తున్న ప్రొఫెసర్ సు హైజున్, సున్నితమైన భాగాన్ని ఎత్తి చూపుతూ ఇలా అన్నారు: "మూడు సంవత్సరాల క్రితం, మేము ఇంత ఖచ్చితత్వం గురించి ఆలోచించడానికి కూడా ధైర్యం చేయలేదు. ఈ అస్పష్టమైన అల్యూమినా పౌడర్‌లో కీలకమైన పురోగతి దాగి ఉంది."
ఒకప్పుడు, అల్యూమినా సిరామిక్స్ ఈ రంగంలో "సమస్యాత్మక విద్యార్థి" లాగా ఉండేది3D ప్రింటింగ్– అధిక బలం, అధిక ఉష్ణోగ్రత నిరోధకత, మంచి ఇన్సులేషన్, కానీ ఒకసారి ముద్రించిన తర్వాత, దీనికి చాలా సమస్యలు వచ్చాయి. సాంప్రదాయ ప్రక్రియలలో, అల్యూమినా పౌడర్ తక్కువ ద్రవత్వాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు తరచుగా ప్రింట్ హెడ్‌ను బ్లాక్ చేస్తుంది; సింటరింగ్ సమయంలో సంకోచ రేటు 15%-20% వరకు ఉంటుంది మరియు గొప్ప ప్రయత్నంతో ముద్రించిన భాగాలు కాలిపోయిన వెంటనే వైకల్యం చెందుతాయి మరియు పగుళ్లు ఏర్పడతాయి; సంక్లిష్టమైన నిర్మాణాలు? ఇది మరింత విలాసవంతమైనది. ఇంజనీర్లు ఇబ్బంది పడుతున్నారు: "ఇది మొండి పట్టుదలగల కళాకారుడిలా ఉంది, అడవి ఆలోచనలతో కానీ తగినంత చేతులతో కాదు."
1. రష్యన్ ఫార్ములా: "సిరామిక్ కవచం" పెట్టడంఅల్యూమినియంమాతృక
మెటీరియల్ డిజైన్‌లో వచ్చిన విప్లవం నుండి మొదట మలుపు తిరిగింది. 2020లో, రష్యాలోని నేషనల్ యూనివర్సిటీ ఆఫ్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ (NUST MISIS) నుండి మెటీరియల్ శాస్త్రవేత్తలు ఒక విధ్వంసక సాంకేతికతను ప్రకటించారు. అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ పౌడర్‌ను కలపడానికి బదులుగా, వారు అధిక-స్వచ్ఛత అల్యూమినియం పౌడర్‌ను ఆటోక్లేవ్‌లో ఉంచారు మరియు అల్యూమినియం బంతిపై నానో-స్థాయి కవచం పొరను ఉంచినట్లుగా, ప్రతి అల్యూమినియం కణం యొక్క ఉపరితలంపై ఖచ్చితంగా నియంత్రించదగిన మందంతో అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ ఫిల్మ్ పొరను "పెంచడానికి" హైడ్రోథర్మల్ ఆక్సీకరణను ఉపయోగించారు. ఈ "కోర్-షెల్ స్ట్రక్చర్" పౌడర్ లేజర్ 3D ప్రింటింగ్ (SLM టెక్నాలజీ) సమయంలో అద్భుతమైన పనితీరును చూపుతుంది: కాఠిన్యం స్వచ్ఛమైన అల్యూమినియం పదార్థాల కంటే 40% ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత స్థిరత్వం బాగా మెరుగుపడింది, నేరుగా ఏవియేషన్-గ్రేడ్ అవసరాలను తీరుస్తుంది.
ప్రాజెక్ట్ లీడర్ ప్రొఫెసర్ అలెగ్జాండర్ గ్రోమోవ్ ఒక స్పష్టమైన సారూప్యతను ఇలా చెప్పాడు: “గతంలో, మిశ్రమ పదార్థాలు సలాడ్‌ల వంటివి - ప్రతి ఒక్కటి దాని స్వంత వ్యాపారాన్ని నిర్వహించుకునేవి; మా పౌడర్లు శాండ్‌విచ్‌ల వంటివి - అల్యూమినియం మరియు అల్యూమినా ఒకదానికొకటి పొరలవారీగా కొరుకుతాయి మరియు రెండూ ఒకదానికొకటి లేకుండా చేయలేవు.” ఈ బలమైన కలపడం వల్ల విమానం ఇంజిన్ భాగాలు మరియు అల్ట్రా-లైట్ బాడీ ఫ్రేమ్‌లలో పదార్థం దాని పరాక్రమాన్ని చూపించడానికి అనుమతిస్తుంది మరియు టైటానియం మిశ్రమలోహాల భూభాగాన్ని కూడా సవాలు చేయడం ప్రారంభిస్తుంది.
2. చైనీస్ జ్ఞానం: సిరామిక్స్ "సెట్టింగ్" యొక్క మాయాజాలం
అల్యూమినా సిరామిక్ ప్రింటింగ్ యొక్క అతిపెద్ద సమస్య సింటరింగ్ సంకోచం - మీరు ఒక మట్టి బొమ్మను జాగ్రత్తగా పిసికి, అది ఓవెన్‌లోకి ప్రవేశించిన వెంటనే బంగాళాదుంప పరిమాణానికి కుంచించుకుపోయిందని ఊహించుకోండి. అది ఎంత కూలిపోతుంది? 2024 ప్రారంభంలో, నార్త్‌వెస్ట్రన్ పాలిటెక్నికల్ విశ్వవిద్యాలయంలోని ప్రొఫెసర్ సు హైజున్ బృందం జర్నల్ ఆఫ్ మెటీరియల్స్ సైన్స్ & టెక్నాలజీలో ప్రచురించిన ఫలితాలు పరిశ్రమను ప్రారంభించాయి: వారు కేవలం 0.3% సంకోచ రేటుతో దాదాపు సున్నా-సంకోచ అల్యూమినా సిరామిక్ కోర్‌ను పొందారు.
రహస్యం ఏమిటంటే జోడించడంఅల్యూమినియం పౌడర్అల్యూమినాను ప్రయోగించి, ఆపై ఖచ్చితమైన "వాతావరణ మాయాజాలం" ఆడండి.
అల్యూమినియం పౌడర్ జోడించండి: 15% చక్కటి అల్యూమినియం పౌడర్‌ను సిరామిక్ స్లర్రీలో కలపండి.
వాతావరణాన్ని నియంత్రించండి: అల్యూమినియం పౌడర్ ఆక్సీకరణం చెందకుండా నిరోధించడానికి సింటరింగ్ ప్రారంభంలో ఆర్గాన్ గ్యాస్ రక్షణను ఉపయోగించండి.
స్మార్ట్ స్విచింగ్: ఉష్ణోగ్రత 1400°C కి పెరిగినప్పుడు, అకస్మాత్తుగా వాతావరణాన్ని గాలికి మార్చండి.
ఇన్-సిటు ఆక్సీకరణ: అల్యూమినియం పౌడర్ తక్షణమే బిందువులుగా కరిగి అల్యూమినియం ఆక్సైడ్‌గా ఆక్సీకరణం చెందుతుంది మరియు వాల్యూమ్ విస్తరణ సంకోచాన్ని తగ్గిస్తుంది.
3. బైండర్ విప్లవం: అల్యూమినియం పౌడర్ "అదృశ్య జిగురు"గా మారుతుంది
రష్యన్ మరియు చైనీస్ బృందాలు పౌడర్ సవరణపై తీవ్రంగా కృషి చేస్తుండగా, మరొక సాంకేతిక మార్గం నిశ్శబ్దంగా పరిణతి చెందింది - అల్యూమినియం పౌడర్‌ను బైండర్‌గా ఉపయోగించడం.3D ప్రింటింగ్బైండర్లు ఎక్కువగా సేంద్రీయ రెసిన్లు, ఇవి డీగ్రేసింగ్ సమయంలో కాల్చినప్పుడు కావిటీలను వదిలివేస్తాయి. ఒక దేశీయ బృందం యొక్క 2023 పేటెంట్ భిన్నమైన విధానాన్ని తీసుకుంటుంది: అల్యూమినియం పౌడర్‌ను నీటి ఆధారిత బైండర్‌గా తయారు చేయడం47.
ప్రింటింగ్ సమయంలో, నాజిల్ అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ పౌడర్ పొరపై 50-70% అల్యూమినియం పౌడర్ కలిగిన “జిగురు”ను ఖచ్చితంగా స్ప్రే చేస్తుంది. డీగ్రేసింగ్ దశ విషయానికి వస్తే, వాక్యూమ్‌ను డ్రా చేసి ఆక్సిజన్‌ను పంపి, అల్యూమినియం పౌడర్‌ను 200-800°C వద్ద అల్యూమినియం ఆక్సైడ్‌గా ఆక్సీకరణం చేస్తారు. 20% కంటే ఎక్కువ వాల్యూమ్ విస్తరణ లక్షణం రంధ్రాలను చురుకుగా నింపడానికి మరియు సంకోచ రేటును 5% కంటే తక్కువకు తగ్గించడానికి అనుమతిస్తుంది. “ఇది స్కాఫోల్డింగ్‌ను కూల్చివేసి, అదే సమయంలో కొత్త గోడను నిర్మించడం, మీ స్వంత రంధ్రాలను నింపడం వంటిది!” అని ఒక ఇంజనీర్ దీనిని ఈ విధంగా వర్ణించాడు.
4. కణాల కళ: గోళాకార పొడి విజయం
అల్యూమినా పౌడర్ యొక్క "కనిపించే రూపం" ఊహించని విధంగా పురోగతికి కీలకంగా మారింది - ఈ రూపం కణ ఆకారాన్ని సూచిస్తుంది. 2024లో "ఓపెన్ సెరామిక్స్" జర్నల్‌లో జరిగిన ఒక అధ్యయనం ఫ్యూజ్డ్ డిపాజిషన్ (CF³) ప్రింటింగ్‌లో గోళాకార మరియు క్రమరహిత అల్యూమినా పౌడర్‌ల పనితీరును పోల్చింది5:
గోళాకార పొడి: చక్కటి ఇసుకలా ప్రవహిస్తుంది, ఫిల్లింగ్ రేటు 60% మించిపోయింది మరియు ముద్రణ నునుపుగా మరియు సిల్కీగా ఉంటుంది.
క్రమరహిత పొడి: ముతక చక్కెరలాగా చిక్కుకుపోతుంది, స్నిగ్ధత 40 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు జీవితాన్ని అనుమానించడానికి నాజిల్ మూసుకుపోతుంది.
ఇంకా మంచిది, గోళాకార పొడి ద్వారా ముద్రించబడిన భాగాల సాంద్రత సింటరింగ్ తర్వాత సులభంగా 89% మించిపోతుంది మరియు ఉపరితల ముగింపు నేరుగా ప్రమాణాన్ని కలుస్తుంది. “ఇప్పటికీ “అగ్లీ” పొడిని ఎవరు ఉపయోగిస్తున్నారు? ద్రవత్వం అంటే పోరాట ప్రభావం!” ఒక సాంకేతిక నిపుణుడు నవ్వి ముగించాడు5.
భవిష్యత్తు: నక్షత్రాలు మరియు సముద్రాలు చిన్నవి మరియు అందమైన వాటితో కలిసి ఉంటాయి
అల్యూమినా పౌడర్ యొక్క 3D ప్రింటింగ్ విప్లవం ఇంకా ముగియలేదు. టర్బోఫ్యాన్ బ్లేడ్‌లను తయారు చేయడానికి దాదాపు సున్నా-సంకోచ కోర్‌లను వర్తింపజేయడంలో సైనిక పరిశ్రమ ముందంజలో ఉంది; బయోమెడికల్ రంగం దాని బయో కాంపాబిలిటీని ఇష్టపడి అనుకూలీకరించిన ఎముక ఇంప్లాంట్‌లను ముద్రించడం ప్రారంభించింది; ఎలక్ట్రానిక్స్ పరిశ్రమ ఉష్ణ వెదజల్లే ఉపరితలాలను లక్ష్యంగా చేసుకుంది - అన్నింటికంటే, అల్యూమినా యొక్క ఉష్ణ వాహకత మరియు విద్యుత్ రహిత వాహకత భర్తీ చేయలేనివి.