DED ધાતુની સામગ્રીના વિકાસના ચક્રોને કેવી રીતે ઘટાડે છે?

કેવી રીતે DED ધાતુની સામગ્રીના વિકાસના ચક્રોને ઘટાડે છે

એરોસ્પેસ સંરચનાત્મક એપ્લિકેશન્સ માટે નવી એલ્યુમિનિયમ મિશ્રધાતુના વિકાસ પર કામ કરતી એક સંશોધન ટીમે 18 સંરચના વૈવિધ્યોનું મૂલ્યાંકન કરવાની જરૂર હતી — જેમાં દરેક માટે ઢાળેલા બિલેટ્સ, એક્સટ્રુઝન, ઉષ્ણ સારવાર, પરીક્ષણના નમૂનાઓમાં યાંત્રિક કાપણી અને યાંત્રિક પરીક્ષણની આવશ્યકતા હતી. પરંપરાગત પદ્ધતિ માટે 14-18 મહિના લાગતા. ડેડ (ડાયરેક્ટેડ એનર્જી ડિપોઝિશન) વાયર ફીડસ્ટૉક અને CAM-વિશિષ્ટ પાથ પ્લાનિંગ સોફ્ટવેર સાથે, ટીમે આठ અઠવાડિયામાં 18 વેરિયન્ટ્સ માટે ટેસ્ટ કૂપન્સ છાપ્યા. સોફ્ટવેરે દરેક સંરચના માટે ઓપ્ટિમાઇઝ્ડ ડિપોઝિશન પાથ સ્વચાલિત રીતે જનેરેટ કર્યા, અને દરેક વેરિયન્ટની વિશિષ્ટ ગલન લાક્ષણિકતાઓ મુજબ પેરામીટર્સને સમાયોજિત કર્યા. સૌથી ઝડપી પ્રદર્શન કરતા ઉમેદવારો પારંપરિક સમયરેખા કરતાં છ મહિના પહેલાં સંપૂર્ણ યોગ્યતા માટે આગળ વધ્યા.

ડેડ એવી ટૂલિંગ અવરોધને દૂર કરે છે જે ઐતિહાસિક રીતે ધાતુ મિશ્રણના વિકાસને ધીમો, મોંઘો અને સાવચેત બનાવે છે — સંસ્થાઓ ઓછા મિશ્રણોનું પરીક્ષણ કરે છે કારણ કે દરેકનો ખર્ચ ઘણો વધારે હોય છે અને તેને ઘણો સમય લાગે છે.

પારંપરિક સામગ્રી વિકાસનો બોટલનેક

સંરચનાત્મક એપ્લિકેશન્સ માટે નવી ધાતુ મિશ્રણનો વિકાસ એ એક પથ છે જેનો ઉપયોગ સામગ્રી ઉદ્યોગે દાયકાઓ સુધી કર્યો છે: રચનાનું સૂત્રીકરણ કરવું, નાનો ઇંગોટ પિઘાડવો અને ઢાળવો, ઇંગોટને પ્લેટ અથવા બારમાં ફોર્જ અથવા રોલ કરવો, પરીક્ષણના નમૂનાઓનું મશીનિંગ કરવું, યાંત્રિક પરીક્ષણો કરવાં, પરિણામોનું વિશ્લેષણ કરવું, રચનામાં સુધારો કરવો અને પુનરાવર્તન કરવું. દરેક પુનરાવર્તન માટે ટૂલિંગ — કાસ્ટિંગ મોલ્ડ્સ, ફોર્જિંગ ડાઇસ, એક્સ્ટ્રુઝન ડાઇસ — જેની કિંમત પ્રત્યેક સેટ માટે 5,000-50,000 હોય છે અને તેનું ઉત્પાદન કરવામાં ચારથી આઠ અઠવાડિયા લાગે છે. ત્રણ ઉમેદવાર મિશ્રણોના પાંચ પુનરાવર્તનોનું પરીક્ષણ કરતા વિકાસ કાર્યક્રમમાં 15 પુનરાવર્તનોનો સમાવેશ થઈ શકે છે, જેમાં ટૂલિંગ પર 150,000-750,000 ખર્ચ થઈ શકે છે અને પ્રથમ ઉત્પાદન-સ્કેલની હીટને ઓર્ડર કરવા માટે 18-24 મહિનાનો સમય લાગી શકે છે.

નાણાકીય પરિણામ એ છે કે સામગ્રીઓનો વિકાસ જોખમ-અવાસ્થાનો બને છે. ટીમો જાણીતી મિશ્રધાતુઓની આસપાસ સાંકડી સંરચનાની શ્રેણીઓનું પરીક્ષણ કરે છે, કારણ કે સાચી નવી રસાયણશાસ્ત્રની શોધ કરવાનો ખર્ચ — સ્થાપિત ગ્રેડ્સથી ઘણો દૂરની સંરચનાઓ — અસહ્ય છે. તાકાત, કોરોઝન પ્રતિકાર અથવા ઉચ્ચ તાપમાનના પ્રદર્શનમાં ક્રાંતિકારી સુધારા લાવી શકે તેવી ધાતુવિજ્ઞાનની શોધો હજુ સુધી અનુસંધાન કરવામાં આવી નથી, કારણ કે પુનરાવૃત્તિની આર્થિકતા શોધને આધાર આપતી નથી.

ડીઇડી કેવી રીતે પુનરાવૃત્તિનો સમયરેખા ઘટાડે છે

એક-પગલામાં નિર્માણ

ડેડ તે ધાતુના પાઉડર અથવા તારમાંથી સીધો જ પરીક્ષણના નમૂનાઓનું નિર્માણ કરે છે, જે એક જ તબક્કામાં થાય છે. અહીં કોઈ મોલ્ડ, કોઈ ડાય, કોઈ એક્સ્ટ્રુઝન ટૂલિંગ નથી. આ પ્રક્રિયા એડિટિવ મેન્યુફેક્ચરિંગ CAM સોફ્ટવેર દ્વારા ઉત્પન્ન કરેલા ટૂલપાથને અનુસરીને બિલ્ડ પ્લેટ પર સામગ્રીને સ્તર દર સ્તર જમા કરે છે. ટેન્સાઇલ બાર, ફેટિગ નમૂનાઓ અને કોરોઝન કૂપન્સ માટે મશીનિંગ કરવાનો સરળ આયતાકાર બિલ્ડ કેટલાક કલાકમાં છાપી શકાય છે. પરંપરાગત પદ્ધતિમાં ફોર્જ કરેલા બિલેટમાંથી મશીનિંગ દ્વારા બનાવેલી નમૂનાની જ્યામિતિ DED પ્રક્રિયામાંથી નેર-નેટ-શેપ પ્રીફોર્મ તરીકે બહાર આવે છે, જેને માત્ર ન્યૂનતમ ફિનિશ મશીનિંગની જરૂર હોય છે.

ચક્ર સમયનું સંકોચન ખૂબ જ વિશાળ છે. એક જ સંરચનાની પુનરાવૃત્તિમાં ડેડ — પૈરામીટર પસંદગીથી લઈને પૂર્ણ થયેલા પરીક્ષણ નમૂના સુધી — નમૂનાઓની સંખ્યા અને જટિલતા પર આધારિત 3 થી 10 દિવસ લે છે, જે પરંપરાગત ઢોળવા-ઘડવા-યંત્રચાલિત ચક્રની તુલનામાં 8 થી 12 અઠવાડિયા છે. પરંપરાગત વિકાસમાં એક વર્ષ લેતા આઠ રચના પુનરાવૃત્તિઓ માત્ર બે થી ત્રણ મહિનામાં પૂર્ણ થાય છે. દરેક પુનરાવૃત્તિનો ખર્ચ સામગ્રી અને યંત્ર સમયની દૃષ્ટિએ 10,000-50,000થી ઘટીને 500-2,000 થાય છે.

સોફ્ટવેર આ પ્રવેગમાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. વિશિષ્ટ DED CAM પ્લેટફોર્મ્સ વિશિષ્ટ ઉષ્મા સ્રોત, સામગ્રી અને જ્યામિતિ માટે વિકસિત કરેલા ટૂલપાથ ઉત્પન્ન કરે છે. પાથ પ્લાનિંગ એલ્ગોરિધમ્સ આર્કની શરૂઆત અને અંતની ક્રમિકતા, આંતરસ્તરીય તાપમાન નિયંત્રણ અને જમાવટની ઝડપનું વ્યવસ્થાપન કરે છે — આ ચલો જો હાથથી પ્રોગ્રામિંગ કરવામાં આવે તો દરેક નવી સામગ્રી માટે વિસ્તૃત પ્રયોગ-અને-ત્રુટિની જરૂર પડે. સિમ્યુલેશન સત્યાપન સાથેની સ્વચાલિત પાથ ઉત્પાદન દ્વારા દરેક નવી રચના માટેનો પ્રોગ્રામિંગ સમય દિવસોથી કલાકોમાં ઘટે છે.

ગ્રેડિયન્ટ મટીરિયલ પ્રિન્ટિંગ

ડેડ તે ગ્રેડિએન્ટ સામગ્રીની પરીક્ષણ ક્ષમતાને પણ સક્ષમ બનાવે છે — જે કોઈપણ પરંપરાગત પ્રક્રિયા આપતી નથી. બે અથવા તેથી વધુ પાઉડર ફીડસ્ટોક્સના પ્રમાણને બદલીને અથવા એકલા બિલ્ડ દરમિયાન વાયર સંરચનાઓ વચ્ચે સ્વિચ કરીને, DED સિસ્ટમ 100 મિલિમીટરની લંબાઈ પર, ઉદાહરણ તરીકે, 0% થી 10% ક્રોમિયમ સામગ્રી સુધીનો સતત સંરચના ગ્રેડિએન્ટ ધરાવતો એકલો પરીક્ષણ કૂપન ઉત્પન્ન કરી શકે છે. ગ્રેડિએન્ટ પર 10-મિલિમીટરના અંતરે લેવાયેલા તન્ય નમૂનાઓ એકલા બિલ્ડમાંથી દસ સંરચના બિંદુઓ માટે યાંત્રિક ગુણધર્મોના ડેટા પ્રદાન કરે છે — જે ડેટા પરંપરાગત રીતે દસ અલગ-અલગ ઢાળવા અને ફોર્જિંગ પ્રયોગોની જરૂર હોતી.

ઇનકોનેલ 625 પર એનિગ્મા-નોવા યુનિવર્સિટી લિસ્બનના સંયુક્ત સંશોધને પ્રભાવને દર્શાવ્યો છે ડેડ સામગ્રીની સમજ પર. છાપના માર્ગની દિશાને પદ્ધતિસર બદલતાં કરતાં, જ્યારે સમાન સંરચના જાળવી રાખવામાં આવી, ટીમે ઓળખ્યું કે 90°નું અંતરસ્તરીય માર્ગ સ્વિચિંગ લગભગ સમાન-અક્ષીય દાણાની રચના ઉત્પન્ન કરે છે, જેની યીલ્ડ શક્તિ 401 MPa અને લંબાઈમાં વધારો 57% છે — જે પરંપરાગત ગરમ-રોલ્ડ ઇનકોનેલ 625 કરતાં શ્રેષ્ઠ શક્તિ-લચીલાપણાનું સંયોજન છે. ઉત્પાદન વિશિષ્ટતાઓને સીધી રીતે માર્ગદર્શન આપતો આવો પ્રક્રિયા-ગુણધર્મ સંબંધનો શોધ, પરંપરાગત ધાતુવિજ્ઞાન પ્રયોગો દ્વારા તપાસવો અત્યંત મોંઘો હોત.

પ્રયોગશાળાથી ઉત્પાદન સુધી

સમાન ડેડ સામગ્રી વિકાસ માટે ઉપયોગમાં લેવાતું સાધનોસામગ્રી એકવાર મિશ્રધાતુ અને પ્રક્રિયાનું પ્રમાણિત કરવામાં આવે તો ઉત્પાદન પ્રણાલી તરીકે કામ કરી શકે છે. પરીક્ષણ કૂપન્સ પર માન્ય કરેલા પ્રક્રિયા પેરામીટર્સ ઉત્પાદન ઘટકો પર સ્થાનાંતરિત થાય છે, કારણ કે ઉષ્માકીય ઇતિહાસ — ઠંડકનો દર, સ્તરો વચ્ચેનું તાપમાન, જમા થયેલી ભૂમિતિ — એકસમાન સોફ્ટવેર અને હાર્ડવેર દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. આ રીતે પ્રયોગશાળામાં ઢોળવાની પરીક્ષણ ચાલુ કરવા અને ઉત્પાદન ઢોળનારી કારખાનાઓમાં ચાલુ કરવા વચ્ચેનો સ્કેલ-અપ અંતર દૂર થાય છે, જે ઐતિહાસિક રીતે નવી મિશ્રધાતુના પરિચયમાં 6-12 મહિનાનો વિલંબ ઉમેરતો હતો.

વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો

DED પરંપરાગત પદ્ધતિઓની સરખામણીમાં સામગ્રી વિકાસનો સમય કેવી રીતે ઘટાડે છે?

DED દરેક સંરચનાની પુનરાવૃત્તિ માટે આવશ્યક ટૂલિંગ — ઢોળવાના ઢાંચા, ફોર્જિંગ ડાઇસ, એક્સટ્રુઝન ટૂલિંગ — દૂર કરે છે અને પરીક્ષણના નમૂનાઓને સીધી રીતે કલાકોમાં બનાવે છે, જે સામાન્ય રીતે અઠવાડિયાઓ લે છે. એક પુનરાવૃત્તિ 3-10 દિવસમાં પૂર્ણ થાય છે, જ્યારે પરંપરાગત રીતે 8-12 અઠવાડિયા લાગે છે. આठ પુનરાવૃત્તિઓનો વિકાસ કાર્યક્રમ, જે સામાન્ય રીતે 12-18 મહિના લે છે, DEDનો ઉપયોગ કરીને 2-3 મહિનામાં પૂર્ણ થઈ શકે છે.

DEDમાં ગ્રેડિએન્ટ મટીરિયલ પ્રિન્ટિંગ શું છે?

ગ્રેડિએન્ટ પ્રિન્ટિંગ એકલા DED બિલ્ડ દરમિયાન બે અથવા તેથી વધુ ફીડસ્ટોક સામગ્રીઓના પ્રમાણને સમાયોજિત કરીને રચનાને સતત રીતે બદલે છે. એક જ પરીક્ષણ કૂપનમાં રચનાનો સ્પેક્ટ્રમ હોય છે — ઉદાહરણ તરીકે, તેની લંબાઈ પર્યંત ક્રોમિયમની સામગ્રી 0% થી 10% સુધી બદલાય છે — જેથી એક જ બિલ્ડમાંથી ઘણી રચનાઓના યાંત્રિક ગુણધર્મોનું મૂલ્યાંકન કરી શકાય, જેથી દરેક રચના માટે અલગ-અલગ પરીક્ષણોની આવશ્યકતા રહેતી નથી.

DED સોફ્ટવેર પ્રક્રિયા વિકાસને કેવી રીતે પ્રવેગિત કરે છે?

વિશિષ્ટ DED CAM સોફ્ટવેર ખાસ ઉષ્મા સ્ત્રોતો, સામગ્રીઓ અને જ્યામિતિઓ માટે સ્વચાલિત રીતે સુધારેલા ટૂલપાથ્સ ઉત્પન્ન કરે છે. પાથ ઓપ્ટિમાઇઝેશન એલ્ગોરિધમ્સ આર્ક શરૂઆત/બંધ કરવાની ક્રમ, ઇન્ટરલેયર તાપમાન અને ડિપોઝિશન ઝડપનું વ્યવસ્થાપન કરે છે. 360° ડાયનેમિક વિઝુઅલાઇઝેશન સાથેની સિમ્યુલેશન બિલ્ડ શરૂ થવા પહેલાં પહુંચની સંભાવના અને ટકરના જોખમોને સત્યાપિત કરે છે, જેથી નવી સામગ્રી માટેના પ્રયોગ-અને-ભૂલ પ્રોગ્રામિંગનો સમય દિવસોથી કલાકોમાં ઘટાડી શકાય છે.

DED-વિકસિત સામગ્રીઓનું ઔદ્યોગિક સ્તરે ઉત્પાદન કરી શકાય છે?

હા. સામગ્રીના વિકાસ માટે ઉપયોગમાં લેવાતું સમાન DED ઉપકરણ એલોય અને પ્રક્રિયાનું પ્રમાણિત થવા પછી ઉત્પાદન પ્રણાલી તરીકે કામ કરી શકે છે. પરીક્ષણ કૂપન પર માન્ય કરેલા પ્રક્રિયા પૈરામીટર્સ ઉત્પાદન ઘટકો પર સીધા જ લાગુ પડે છે, કારણ કે ઉષ્મીય ઇતિહાસ — ઠંડકનો દર, ઇન્ટરલેયર તાપમાન, ડિપોઝિટની જ્યામિતિ — એકસમાન રીતે નિયંત્રિત થાય છે. આ પ્રક્રિયા ધાતુવિજ્ઞાનના વિકાસમાં પરંપરાગત રીતે જોવા મળતો લેબથી ઉત્પાદન સ્કેલ-અપનો અંતર દૂર કરે છે.

DED પરીક્ષણ નમૂનાઓમાંથી કયા ધાતુવિજ્ઞાનિક ડેટા મેળવી શકાય છે?

DED બિલ્ડ્સમાંથી મશીન કરેલા નમૂનાઓ પર માનક યાંત્રિક પરીક્ષણ — ટેન્સાઇલ (યીલ્ડ, અલ્ટીમેટ, એલોન્ગેશન), ફેટિગ (હાય-સાઇકલ અને લો-સાઇકલ), ફ્રેક્ચર ટફનેસ, હાર્ડનેસ અને કોરોઝન રેઝિસ્ટન્સ — કરવામાં આવે છે. SEM, EBSD અને TEM દ્વારા માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરલ કેરેક્ટરાઇઝેશન ગ્રેન સાઇઝ, ફેઝ ડિસ્ટ્રિબ્યુશન અને ટેક્સચર ડેટા પ્રદાન કરે છે. DED માં અંતર્ગત ઝડપી સોલિડિફિકેશન સાથે સાંદ્ર ગ્રેન સ્ટ્રક્ચર્સ ઉત્પન્ન થાય છે, જે ઘણી વાર પરંપરાગત રીતે પ્રોસેસ કરેલી સામગ્રીના ગુણધર્મોને મેળવે છે અથવા તેને પાર કરે છે.

એક જ વિકાસ કાર્યક્રમમાં DED કેટલા સંરચના પ્રકારોનું પરીક્ષણ કરી શકે છે?

3-10 દિવસના પુનરાવર્તન ચક્રો સાથે, એક જ DED સિસ્ટમ 3-4 મહિનાના વિકાસ કાર્યક્રમમાં 15-30 સંરચના પ્રકારોનું પરીક્ષણ કરી શકે છે — જે પ્રત્યેક પ્રકાર માટે ખર્ચના દસમા ભાગની કિંમતે પરંપરાગત પદ્ધતિઓની તુલનામાં લગભગ ત્રણથી પાંચ ગણો ઉત્પાદન દર આપે છે. ગ્રેડિએન્ટ પ્રિન્ટિંગ વધુમાં ઉત્પાદન દરને વધારે છે, કારણ કે તે એક જ બિલ્ડમાં ઘણી સંરચનાઓનું પરીક્ષણ કરે છે, જેથી અલગ-અલગ ડેટા પોઇન્ટ્સને બદલે સંરચના-ગુણધર્મનો વક્ર મળે છે.