ആഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് മെറ്റീരിയൽ വികസനത്തിന് ഏതൊക്കെ ഗുണങ്ങൾ നൽകുന്നു?

സാങ്കേതികവിദ്യയിലും പദാർത്ഥ ശാസ്ത്രത്തിലുമുള്ള പുതിയ മുന്നേറ്റങ്ങൾ പുതിയ അവസരങ്ങൾ സൃഷ്ടിച്ചിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ ചേർത്തുള്ള നിർമ്മാണം (additive manufacturing) ഓരോ ദിവസവും കൂടുതൽ ജനപ്രിയമാകുന്നു. ഉദാഹരണമായി, എനിഗ്മ-ഡെഡ് ( https://www.enigma-ded.com/), മുൻനിര ചേർത്തുള്ള നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ ഒരു നേതാവ്, ഡൈറക്ടഡ് എനർജി ഡിപോസിഷൻ മെത്തോഡ് (DED) എന്ന സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് ഈ മേഖലയിൽ അതിന്റെ ഉപയോഗം വ്യാപിപ്പിക്കുന്നു. 3D പ്രിന്ററുകളുടെ ഉപയോഗം പദാർത്ഥ ശാസ്ത്ര മേഖലയിൽ ഒരു വിപ്ലവം സൃഷ്ടിക്കുന്നു, അത് പദാർത്ഥങ്ങളുടെ യാന്ത്രിക ഗുണങ്ങളെ പ്രതലത്തിൽ മാറ്റാൻ സഹായിക്കുന്നു; ഇത് ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാരെ പല പദാർത്ഥങ്ങളുടെയും ഗുണങ്ങളും ഘടനയും ഉപയോഗങ്ങളും മാറ്റാൻ സഹായിക്കുന്നു. പദാർത്ഥങ്ങളെ മാറ്റിയും പുതിയവ വികസിപ്പിച്ചും ചേർത്തുള്ള നിർമ്മാണത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ വളരെ വേഗത്തിൽ വർദ്ധനവുണ്ടാകുന്നു. ഈ പുതിയ പദാർത്ഥങ്ങൾക്ക് വിവിധ മേഖലകളിൽ അപരിമിതമായ ഉപയോഗ സാധ്യതകൾ ഉണ്ട്.

പദാർത്ഥങ്ങളെ മാറ്റാൻ അനുഭവിക്കാത്ത അവസരങ്ങൾ.

ആർജ്ജിക്കൽ നിർമ്മാണം (അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ്) പുതിയ മെറ്റീരിയലുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുള്ള അതിശയകരമായ കഴിവും സാധ്യതയും കാരണം ഏറ്റവും ആവിഷ്കാരികവും ഉന്നത തലത്തിലുള്ളതുമായ സാങ്കേതികവിദ്യകളിൽ ഒന്നായി ശരിയായി പ്രശംസിക്കപ്പെടുന്നു. പുതിയ മെറ്റീരിയലുകൾ സൃഷ്ടിക്കുക, പരിശോധിക്കുക, മാറ്റം വരുത്തുക എന്നിവയിൽ മെറ്റീരിയൽ ശാസ്ത്രത്തിന്റെ മേഖല വർഷങ്ങളായി ഉപയോഗിക്കാൻ സാധിക്കാത്ത മാർഗ്ഗങ്ങളുടെ അഭാവം കാരണം പരിമിതപ്പെട്ടിരുന്നു. വർഷങ്ങളോളം, സാമ്പ്രദായിക നിർമ്മാണം മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് ഒരു സമാനമായ (ഹോമോജീനിയസ്) സമീപനം ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു. ഈ സമീപനം സാമ്പ്രദായിക നിർമ്മാണത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന മെറ്റീരിയലുകൾ കൂട്ടിച്ചേർക്കുന്നതിനെ ബുദ്ധിമുട്ടാക്കി. സാമ്പ്രദായിക മെറ്റീരിയൽ ശാസ്ത്രത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന പുതിയ സമീപനത്തിലെ തന്ത്രങ്ങൾ ഈ മേഖലയെ പരിവർത്തനം ചെയ്തുകൊണ്ട് ഇതിന് പുതിയ അവസരങ്ങൾ സൃഷ്ടിച്ചിട്ടുണ്ട്.

ഇന്ന്, ആഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിങ്ങിലെ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകളും മാറ്റങ്ങളും തുടരുന്നു. ആഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിങ്ങിന്റെ ഒരു പ്രധാന ഗുണമാണ് വിവിധ ലോഹങ്ങളുടെ സങ്കീർണ്ണവും സാന്ദ്രവുമായ ക്രമീകരണങ്ങളെ എങ്ങനെ കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നു എന്നും നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയെ എങ്ങനെ ലളിതമാക്കുന്നു എന്നും. കൂടാതെ, ലോഹങ്ങളുടെ ഹൈബ്രിഡൈസേഷൻ പുതിയ എഞ്ചിനീയറിംഗ് മെറ്റീരിയൽ ഡിസൈനിനായി വാതിൽ തുറക്കുന്നു.

എൻഐജിമ-ഡിഇഡി എന്നത് കൂട്ടിച്ചേർക്കൽ നിർമ്മാണത്തിന്റെ ഒരു ഉദാഹരണമാണ്; ഇത് "ഫങ്ഷണലി ഗ്രേഡഡ് മെറ്റീരിയൽസ്" എന്ന് പേരിട്ടിരിക്കുന്ന പുതിയ എഞ്ചിനീയറിംഗ് മെറ്റീരിയൽ സിസ്റ്റങ്ങൾ ഒറ്റയ്ക്ക് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. ഇവയിൽ കടുപ്പം, താപ പ്രതിരോധം, താപ/വൈദ്യുത കണ്ടക്ടിവിറ്റി തുടങ്ങിയ പ്രധാനപ്പെട്ട ഘടനാപരവും പ്രവർത്തനപരവുമായ ഗുണങ്ങളുടെ അളവുകൾ ക്രമീകരിച്ച് മാറ്റാൻ സാധിക്കും. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു മധ്യഭാഗത്ത് താപ പ്രതിരോധിക്കുന്ന സെറാമിക് കോർ ഉണ്ടാകും, അതിന്റെ പുറംവശത്ത് വളയ്ക്കാവുന്ന ലോഹ പാളി ചേർന്നിരിക്കും. ഈ വ്യക്തിഗത ഡിസൈൻ സമീപനം വ്യോമയാന മേഖലയിലും മെഡിക്കൽ ഉപകരണങ്ങളിലും കാണപ്പെടുന്ന അതിരുകൾ കടന്നുള്ള പ്രത്യേക എഞ്ചിനീയറിംഗ് ലക്ഷ്യങ്ങൾ നേടാൻ സഹായിക്കുന്നു—പ്രത്യേകിച്ച് ലൈറ്റ്‌വെയ്റ്റ്, ശക്തിയേറിയ, ബയോകംപാറ്റിബിൾ ലോഹങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച്. കൂട്ടിച്ചേർക്കൽ നിർമ്മാണം ഞങ്ങളെ സാമ്പ്രദായിക നിർമ്മാണ രീതികളും മെറ്റീരിയലുകളും എന്ന കൂട്ടിലെന്നു പറയാവുന്ന പരിമിതികളിൽ നിന്ന് മുക്തി നൽകുന്നു.

പുതിയ എഞ്ചിനീയറിംഗ് മെറ്റീരിയലിന്റെ വികസനത്തിന്റെ ഭാഗമായി വരുന്ന ഡിസൈൻ, ആവർത്തന പ്രക്രിയകൾ പലപ്പോഴും സങ്കീർണ്ണവും ദുഷ്കരവുമാണ്. സാധാരണയായി, ഈ പ്രക്രിയകൾ സമയം കളയുന്നതും പ്രവർത്തന ചക്രങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്നതുമായ ദീർഘ ഉൽപ്പന്ന എഞ്ചിനീയറിംഗ് ചക്രങ്ങളാൽ നിറഞ്ഞിരിക്കുന്നു. അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് വേഗത്തിലുള്ള പ്രോട്ടോടൈപ്പിംഗും ആവശ്യാനുസരണം പരീക്ഷണങ്ങളും ഉപയോഗിച്ച് ഈ സമയ നഷ്ടങ്ങളെയും പ്രവർത്തന ചക്രങ്ങളെയും ഒഴിവാക്കുന്നു, അതിനാൽ ജോലി പ്രവാഹം അതി ഉൽപ്പാദനക്ഷമമാകുന്നു.

എനിഗ്മ-ഡിഇഡിയിൽ, നാം അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് പുതിയ ലോഹങ്ങൾ അല്ലെങ്കിൽ സെറാമിക് മെറ്റീരിയലുകളുടെ പ്രകടനം ആഴ്ചകളുകൾക്ക് പകരം ദിവസങ്ങളിൽ പരീക്ഷിക്കുന്നു, അതും ചെറിയ ഉൽപ്പാദന ബാച്ചുകളിൽ. മെറ്റീരിയലുകളുടെ ശക്തി, കറോഷൻ പ്രതിരോധം, താപ സ്ഥിരത എന്നിവയെക്കുറിച്ചുള്ള പ്രകടനം ഞങ്ങൾ പരീക്ഷിക്കുന്നു. കൂടാതെ, മെറ്റീരിയലുകളുടെ പരിഷ്കരിച്ച ഘടനകൾ വേഗത്തിൽ രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാനും ഞങ്ങൾക്ക് കഴിയും.

വേഗത്തിലുള്ള ആവർത്തനത്തിനുള്ള ഈ കഴിവ് രൂപകൽപ്പനയിലെ പരാജയങ്ങൾ ആദ്യ ഘട്ടത്തിൽ തന്നെ കണ്ടെത്താനും കൃത്യമായ മാറ്റങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുത്താനും സഹായിക്കുന്നു. എനിഗ്മ-ഡെഡിന്റെ ഡെഡ് പോലുള്ള മുന്നേറിയ 3ഡി പ്രിന്റിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ സഹായത്തോടെ, ഒരു പദാർത്ഥത്തിന്റെ വികസനത്തിനായി ആവശ്യമായ പൂർണ്ണ ചക്രത്തിന്റെ സമയം ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കപ്പെടുന്നു. ഉപേക്ഷിച്ച പ്രോട്ടോടൈപ്പുകൾ അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ നഷ്ടത്തിന് കാരണമാകുന്നു, പക്ഷേ ഇത് 3ഡി പ്രിന്റിംഗ് വഴി കുറയ്ക്കപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ പദാർത്ഥ വികസന ചക്രത്തിന്റെ ആകെ ചെലവും കുറയ്ക്കുന്നു.

ആദ്ദേഹ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ആന്തരിക ഘടനയിൽ നിയന്ത്രണം സ്ഥാപിച്ച് അവയുടെ പ്രകടനം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു

ഒരു മെറ്റീരിയലിന്റെ പ്രകടനം അതിന്റെ ഗുണങ്ങൾ, ഘടന, കൂടാതെ സൂക്ഷ്മ-പരമാണു തലത്തിലുള്ള ആ ഘടനയുടെ ആർക്കിടെക്ചർ എന്നിവയുടെ സംയോജനത്തിന്റെ ഫലമാണ്. ഇത് അറിഞ്ഞിട്ടാണ് എനിഗ്മ-ഡിഇഡി എന്ന സ്ഥാപനം 3ഡി പ്രിന്റിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് ലോഹങ്ങളുടെ 3ഡി പ്രിന്റിംഗ് സിസ്റ്റങ്ങൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നതും നിർമ്മിക്കുന്നതും. ഈ സിസ്റ്റങ്ങൾ അന്ത്യ ഉപയോക്താവിന് നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും, അതിന്റെ ഫലമായി മെറ്റീരിയലുകൾ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ നിയന്ത്രണത്തിന്റെ ഫലമായി, ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന കണികകൾ ഉൾപ്പെടുത്തിയ സങ്കീർണ്ണവും പരിഷ്കൃതവുമായ സൂക്ഷ്മ ഘടനകൾ നിർമ്മിക്കാൻ നമുക്ക് കഴിയും, അത് പരമ്പരാഗത രീതികളിൽ ഫോർജ് ചെയ്ത ലോഹങ്ങളെക്കാൾ 30% കൂടുതൽ ശക്തി നൽകുന്നു.

സാധാരണയായി ചേർത്തുള്ള നിർമ്മാണത്തിന്റെ (additive manufacturing) പ്രധാന ഗുണങ്ങളിൽ ഒന്ന് ലോഹ ഘടനകളുടെ തുളച്ചിലുകൾ (porosity) നിയന്ത്രിക്കാനുള്ള കഴിവാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, സാധാരണയായി ചേർത്തുള്ള നിർമ്മാണം വളരെ ശക്തവും എളുപ്പവുമായ ലോഹങ്ങൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു, അവയിൽ ചെറിയ, സമാനമായി വിതറിയിരിക്കുന്ന തുളച്ചിലുകൾ ഉണ്ടാകും; ഇത് ഓട്ടോമൊബൈൽ, എയ്റോസ്പേസ് മേഖലകളിൽ ആവശ്യമുള്ള ഒരു സവിശേഷതയാണ്. എന്നാൽ ലോഹ ഘടനകൾ പൂർണ്ണമായും ഘനമായി (fully solid) രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാനും സാധിക്കും, ഇത് മെഡിക്കൽ ഇംപ്ലാന്റുകൾക്കും പൂർണ്ണമായും അടച്ചിരിക്കേണ്ട എയ്റോസ്പേസ് ഘടകങ്ങൾക്കും ഉപയോഗപ്രദമാണ്. ഈ തുളച്ചിലുകളുടെ നിയന്ത്രണം ഒരു വസ്തുവിന്റെ പ്രകടനവും പ്രവർത്തനക്ഷമതയും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. Enigma-DED-ന്റെ ഉപഭോക്താക്കൾക്കായി നിർമ്മിച്ച എളുപ്പവും ശക്തിയുള്ളതും സ്ഥിരതയുള്ളതുമായ ഘടനകൾ ഈ ഗുണങ്ങൾ തെളിയിക്കുന്നു.

Enigma-DED ഉപയോഗിച്ച് കൂടുതൽ പ്ലാസ്റ്റിക് മാലിന്യം ഒഴിവാക്കുന്നു

Enigma-DED മാലിന്യം കുറയ്ക്കുന്ന സാധാരണയായി ചേർത്തുള്ള നിർമ്മാണം (waste-reducing additive manufacturing) ഉപയോഗിക്കുന്നു. സാമ്പ്രദായിക നിർമ്മാണത്തിൽ, പ്രക്രിയയുടെ ഓരോ ഘട്ടത്തിലും മെറ്റീരിയൽ നഷ്ടപ്പെടുന്നു. Enigma-DED-ന്റെ മെറ്റീരിയൽ നഷ്ടം ചെലവുകൾ കൂടുതൽ ഉയർത്തുന്നു.

മറ്റ് തരം മെറ്റീരിയൽ ടെസ്റ്റിംഗ് രീതികളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, എനിഗ്മ-ഡിഇഡി-യുടെ ടെസ്റ്റിംഗിൽ വേസ്റ്റ് ശതമാനം 5% ന് താഴെയാണ്. മറ്റ് ടെസ്റ്റിംഗ് രീതികളിൽ വേസ്റ്റ് ശതമാനം 50% അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ കൂടുതലാണ്. പഴയ രീതികൾ ധാരാളം മെറ്റീരിയൽ വൃഥാ ചെയ്യുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് ടൈറ്റാനിയം അലോയ്സ്, ഉന്നത സെറാമിക്സ് തുടങ്ങിയ ചെലവേറിയ ഘടകങ്ങൾ ഉൾപ്പെടെ. ടെസ്റ്റിംഗിന് ശേഷം ടെസ്റ്റ് പീസുകൾ തള്ളിക്കളയുന്നതിലൂടെ എനിഗ്മ-ഡിഇഡി രീതി പണവും മറ്റ് വിഭവങ്ങളും സംരക്ഷിക്കുന്നു.

കൂടാതെ, അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് ഉപയോഗിച്ച് പുതിയ ലോഹങ്ങൾ അല്ലെങ്കിൽ സെറാമിക്സ് പ്രോട്ടോടൈപ്പിംഗ് ചെയ്യുന്നതിൽ നിന്ന് മാസ് പ്രൊഡക്ഷനിലേക്കുള്ള കടന്നുപോകൽ കൂടുതൽ സാധാരണമാണ്. മെറ്റീരിയൽ ഉപയോഗം സ്ഥിരവും ഏകീകൃതവുമാണ്. കാര്യക്ഷമതയിലെ കുറവുകൾ കണക്കിലെടുക്കാൻ മെറ്റീരിയൽ ആവശ്യകതകൾ കൂടുതൽ കണക്കാക്കേണ്ടതില്ല. ഉദാഹരണത്തിന്, എയർക്രാഫ്റ്റ് ഘടകങ്ങൾക്കായി പുതിയ ടൈറ്റാനിയം അലോയ്സ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുമ്പോൾ, മെറ്റീരിയൽ കട്ടിംഗ് ചെയ്യാൻ അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് പ്രക്രിയ ആവശ്യമില്ല. ഇത് പുതിയ മെറ്റീരിയലുകളുടെ വികസനം സംരക്ഷിക്കുന്നതിനും ഗവേഷകരുടെ പൊതുച്ചെലവ് കുറയ്ക്കുന്നതിനും സഹായിക്കുന്നു.

കാലക്രമേണ, മെറ്റീരിയലുകളുടെ പ്രത്യേക ആപ്ലിക്കേഷനുകളുടെ പരിധി വ്യാപിച്ചു

സൂപ്പർ അലോയ്സ്, ലോഹങ്ങൾ, ഭംഗുരമായ സെറാമിക്സ് എന്നിവ ഉന്നത തരം പദാർത്ഥങ്ങളാണ്. ധാരാളം കാലമായി, ഉന്നത തരം പദാർത്ഥങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്ന പ്രത്യേക ആവശ്യങ്ങൾക്കായി സാധാരണ രീതിയിൽ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യേണ്ടി വന്നിരുന്നു. ഇപ്പോൾ ആഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് ഉന്നത തരം പദാർത്ഥങ്ങൾ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്ന രീതിയിൽ മാറ്റം വരുത്തുന്നു.

എനിഗ്മ-ഡെഡ് ഭംഗുരമായ സെറാമിക്സ് പ്രോസസ്സ് ചെയ്യാൻ ആഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് ഉപയോഗിക്കുന്നു—സാധാരണ പ്രോസസ്സിംഗ് സമയത്ത് പൊതുവെ പിളരുന്ന പദാർത്ഥങ്ങൾ. ഏറ്റവും ഉചിതമായ താപനില നിയന്ത്രണം, പാളികളായി പ്രിന്റ് ചെയ്യൽ, പിളർച്ച തടയൽ സംവിധാനങ്ങൾ എന്നിവയിലൂടെ, ആഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നു, അതിനാൽ ഇപ്പോൾ ഭംഗുരമായ സെറാമിക്സ് ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും.

കൂടാതെ, ആഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് ന്യൂക്ലിയർ വ്യവസായത്തിനായി റേഡിയേഷൻ-പ്രതിരോധിക്കുന്ന ലോഹങ്ങളും എയർസ്പേസിനായി താപ-പ്രതിരോധിക്കുന്ന സൂപ്പർ അലോയ്കളും രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാനും ഉത്പാദിപ്പിക്കാനും സാധിക്കുന്നു. ന്യൂക്ലിയർ വ്യവസായത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ലോഹങ്ങൾ ദീർഘനേരം കടുത്ത റേഡിയേഷനിൽ നിന്ന് പ്രതിരോധിക്കാൻ കഴിയേണ്ടതാണ്, എയർസ്പേസിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന സൂപ്പർ അലോയ്കൾ ഉയർന്ന താപനിലയിൽ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ അവയുടെ ഘടനാപരമായ സഖ്യത നിലനിർത്തണം, കൂടാതെ അതിശയോഗ്യമായ കാലാവസ്ഥയിൽ നിന്നും പ്രതിരോധിക്കണം. പ്രത്യേക മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഉത്പാദനത്തിൽ ആഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് ധാരാളം പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നു, കൂടാതെ എയർസ്പേസ്, മെഡിക്കൽ ഡിവൈസുകൾ എന്നീ മേഖലകളിൽ നിലനിൽക്കുന്ന പല പ്രശ്നങ്ങളും നേരിടുന്നു.