3D প্রিন্টিং প্রযুক্তির "শিল্প সমস্যা" সমাধানে চীনা বিজ্ঞানীদের নতুন সাফল্য!

আজকাল বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির দ্রুত উন্নয়নের সাথে, 3D প্রিন্টিং প্রযুক্তি একটি শক্তিশালী পূর্ব হাওয়ার মতো সমস্ত শিল্পে ছড়িয়ে পড়েছে। জটিল এবং নির্ভুল যান্ত্রিক অংশ থেকে জীবন্ত পণ্য মডেল, অদ্ভুত স্থাপত্য প্রোটোটাইপ থেকে ব্যক্তিগত দৈনন্দিন প্রয়োজনীয়তা পর্যন্ত, 3D প্রিন্টিং প্রযুক্তি তার অসীম সৃজনশীলতা এবং যথেষ্ট নমনীয়তার সাথে কল্পনাকে বাস্তবতায় পরিণত করেছে, মানুষের জীবনকে আরও সুবিধাজনক করে তুলছে এবং আমাদের কাছে অবাক করে দেয়।

3D প্রিন্টিং প্রযুক্তির কার্যনীতি

3D প্রিন্টিং প্রযুক্তি, যা যোগাত্মক উত্পাদন প্রযুক্তি নামেও পরিচিত, হলো একটি নতুন উৎপাদন পদ্ধতি যা উপকরণগুলি স্তরে স্তরে সাজিয়ে তিন-মাত্রিক বস্তু তৈরি করে। এর নীতি ব্রিক হাউস নির্মাণের মতো, যা সংক্ষেপে "স্তরিত উত্পাদন, স্তরে স্তরে স্তূপীকরণ" হিসাবে সংক্ষিপ্ত করা যেতে পারে।

3D প্রিন্টিং প্রক্রিয়াটি জটিল নয়। প্রথমত, কম্পিউটার-সহায়ক ডিজাইন সফটওয়্যারের মাধ্যমে একটি ডিজিটাল মডেল তৈরি করা হয় অথবা প্রাপ্ত হওয়া যায়, এরপর মডেলটিকে খুব পাতলা অনুপ্রস্থ স্তরের (অর্থাৎ স্লাইস) একটি সিরিজে কাটা হয়, এবং প্রতিটি স্লাইসের পুরুত্ব সাধারণত কয়েক ডেজিমিটার থেকে কয়েক শত মাইক্রনের মধ্যে থাকে। তারপর, এই স্লাইস তথ্যের ভিত্তিতে, 3D প্রিন্টার নির্দিষ্ট প্রযুক্তি এবং উপকরণ ব্যবহার করে স্তরে স্তরে চূড়ান্ত বস্তুটি তৈরি করে।

3D প্রিন্টিং প্রক্রিয়ার মধ্যে রয়েছে ফিউজড ডিপোজিশন মডেলিং (FDM), ফটো-স্টিওরিওলিথোগ্রাফি 3D প্রিন্টিং (SLA, DLP, LCD), সিলেক্টিভ লেজার সিন্টারিং (SLS), সিলেক্টিভ লেজার মেল্টিং (SLM), স্টিওরিও ইঞ্জেকশন প্রিন্টিং (3DP), এবং লেয়ার-বাই-লেয়ার ম্যানুফ্যাকচারিং (LOM)।

ফিউজড ডিপোজিশন মডেলিং (এফডিএম) হল একটি প্রক্রিয়া যেখানে তন্তুময় তাপদৃঢ় উপকরণগুলি নলাকারের মধ্য দিয়ে উত্তপ্ত ও গলিত হয়, প্ল্যাটফর্মের উপর স্তরে স্তরে স্থাপন করা হয় এবং অবশেষে একটি ত্রিমাত্রিক বস্তুতে কঠিন হয়ে যায়। এই প্রযুক্তিতে প্রায়শই তাপদৃঢ় উপকরণগুলি কাঁচামাল হিসাবে ব্যবহার করা হয়, যেমন অ্যাক্রাইলোনিট্রাইল-বিউটাডাইন-স্টাইরিন কপলিমার (ABS), পলিল্যাকটিক অ্যাসিড (PLA) ইত্যাদি। এর সরঞ্জামের প্রয়োজন কম এবং পরিচালনা করা সহজ, ব্যক্তিদের এবং ছোট ছোট স্টুডিওর জন্য উপযুক্ত। সম্প্রতি খেলনা বাজারে যে "মুলা ছুরি" এবং "টেলিস্কোপিক তরবার" জনপ্রিয় হয়েছে তা এই পদ্ধতিতে তৈরি করা হয়েছে।

স্টেরিওলিথোগ্রাফি 3D প্রিন্টিং (SLA, DLP, LCD) একটি নির্দিষ্ট ব্যান্ড এবং আকৃতির আলো ব্যবহার করে যা আলোকসংবেদনশীল রেজিনের উপর আপতিত হয়, এবং আলোকসংবেদনশীল রেজিন স্তরে স্তরে কঠিন হয়ে পছন্দ করা আকৃতির বস্তু তৈরি করে। এই প্রযুক্তির উচ্চ মডেলিং সঠিকতা এবং মসৃণ পৃষ্ঠ রয়েছে এবং সূক্ষ্ম মডেল এবং ছোট অংশগুলি তৈরির জন্য উপযুক্ত।

নির্বাচনী লেজার সিন্টারিং (SLS) একটি লেজার বীম ব্যবহার করে গুঁড়ো উপকরণগুলি স্ক্যান করে তাদের গলিয়ে একসাথে বন্ধন করতে সাহায্য করে, স্তরে স্তরে সঞ্চিত হয়ে একটি ত্রিমাত্রিক বস্তু তৈরি করে। এই প্রযুক্তিতে কাঁচামাল হিসাবে গুঁড়ো (যেমন নাইলন, ধাতব গুঁড়ো, মাটির গুঁড়ো ইত্যাদি) ব্যবহার করা হয়, যার উচ্চ মডেলিং নির্ভুলতা রয়েছে এবং জটিল গঠনযুক্ত কার্যকরী অংশগুলি তৈরির জন্য উপযুক্ত।

নির্বাচনী লেজার গলন (SLM) এর লেজার শক্তি আরও বেশি, যা নির্বাচনী লেজার সিন্টারিং (SLS) এর মতো এবং ধাতব গুঁড়োকে সম্পূর্ণরূপে গলিয়ে ধাতব অংশগুলির দ্রুত প্রোটোটাইপিং অর্জন করতে পারে। এই প্রযুক্তিতে প্রায়শই ধাতব গুঁড়ো (যেমন টাইটানিয়াম সংকর, অ্যালুমিনিয়াম, ইত্যাদি) কাঁচামাল হিসাবে ব্যবহার করা হয়, যা উচ্চ শক্তি সম্পন্ন এবং উচ্চ নির্ভুলতা সহ ধাতব অংশগুলি মুদ্রণ করতে পারে এবং বিমান ও মহাকাশ, চিকিৎসা এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

স্টেরিও ইঞ্জেট প্রিন্টিং (3DP) কাঁচামাল হিসাবে পাউডারযুক্ত উপকরণ (ধাতু বা অ-ধাতু) এবং আঠালো পদার্থ ব্যবহার করে, এবং বন্ধন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে প্রতিটি উপাদান স্তরের পর স্তর প্রিন্ট করে। এই প্রিন্টিং প্রযুক্তির ঢালাই নমুনাগুলির রং আসল পণ্যের সমান, এবং বর্তমানে এটি রঙিন 3D প্রিন্টিং প্রযুক্তি হিসাবে প্রচুর পরিপক্ক।

স্তরিত বস্তু উত্পাদন (LOM) কাঁচামাল হিসাবে পাতলা পাতের উপকরণ (যেমন কাগজ, প্লাস্টিকের ফিল্ম ইত্যাদি) এবং হট মেল্ট আঠা ব্যবহার করে, এবং লেজার কাটিং এবং তাপীয় বন্ধনের মাধ্যমে প্রয়োজনীয় বস্তুগুলি স্তরের পর স্তর জমা করে। এই প্রযুক্তিতে দ্রুত গঠনের গতি এবং কম কাঁচামাল খরচ রয়েছে, এবং এটি বড় কাঠামো এবং খোল তৈরির জন্য উপযুক্ত।

যদিও 3D প্রিন্টিং প্রযুক্তি পণ্যের পুনরুদ্ধারের উচ্চ মাত্রা রয়েছে, তবুও এটি প্রিন্টিংয়ের কাঁচামাল দ্বারা সীমাবদ্ধ। 3D প্রিন্ট করা পণ্যগুলি অত্যন্ত ভঙ্গুর এবং বাহ্যিক বলের প্রভাবে সহজে ভেঙে যায়। যেসব পণ্যগুলি যান্ত্রিক ক্ষমতা সম্পন্ন পরিস্থিতিতে ব্যবহৃত হয়, সেগুলি কিছুটা "অক্ষম" বলে মনে হয়। তাহলে, কীভাবে 3D প্রিন্ট করা পণ্যগুলির "কাঁচের হৃদয়" উন্নত করা যাবে, যাতে তাদের একটি সুন্দর দেখতে "ত্বক" এবং ভাঙ্গার প্রতিরোধ করতে পারে এমন নমনীয়তা থাকবে?

3 জুলাই, 2024 তারিখে, চীনা বিজ্ঞানীদের দ্বারা 3D মুদ্রিত ইলাস্টোমার নিয়ে নেচার জার্নালে একটি গবেষণা প্রকাশিত হয়। এই প্রযুক্তি ব্যবহার করে তৈরি করা রাবার ব্যান্ডগুলিকে নয় গুণ পর্যন্ত প্রসারিত করা যায় এবং সর্বোচ্চ টান সহ্য করার ক্ষমতা 94.6MPa পর্যন্ত হতে পারে, যা প্রতি বর্গ মিলিমিটারে প্রায় 10 কেজি ওজন সহ্য করতে পারে, যা অত্যন্ত উচ্চ শক্তি এবং স্থিতিস্থাপকতা প্রদর্শন করে।

"গঠনের গতি এবং চূড়ান্ত পণ্যের স্থিতিস্থাপকতার মধ্যে সামঞ্জস্য"

ফটোকিউরিং 3D প্রিন্টিং (SLA, DLP, LCD) এর প্রক্রিয়ায়, উৎপাদন দক্ষতা বাড়ানোর জন্য দ্রুততর মডেলিং গতির প্রয়োজন হয়, যা উপকরণের ক্রসলিঙ্কিং ঘনত্ব বৃদ্ধি করে এবং চূড়ান্ত উপকরণের স্থিতিস্থাপকতা কমিয়ে দেয়। আরও স্থিতিস্থাপক উপকরণ পাওয়ার জন্য ঐতিহ্যগত পদ্ধতিগুলি অনুসরণ করলে উপকরণের সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়, যার ফলে তরলতা কমে যায় এবং মডেলিং গতি কমে যায়। 3D প্রিন্টিংয়ের মডেলিং গতি এবং চূড়ান্ত পণ্যের স্থিতিস্থাপকতার মধ্যে এই দ্বন্দ্বটি সমগ্র শিল্পজুড়ে সমস্যার সৃষ্টি করেছে।

চীনা বিজ্ঞানীরা এই দুটি পরস্পরবিরোধী বিষয়কে "সামঞ্জস্য" করেছেন। গবেষকরা ফটোকিউরিং 3D প্রিন্টিং-এর কাঁচামাল ফটোসেনসিটিভ রেজিন বিশ্লেষণ করে এবং প্রিন্টিং প্রক্রিয়াকে ভেঙে দশাক্রমিক প্রিন্টিং এবং পোস্ট-প্রসেসিংয়ের একটি কৌশল প্রস্তাব করেছিলেন। গবেষকরা ডিএমএ (ডিজিটাল লাইট প্রসেসিং) প্রিকিউরসরের একটি পূর্বরূপ ডিমিথাক্রিলেট ডিজাইন করেছিলেন, যাতে মূল শৃঙ্খলে একটি গতিশীলভাবে বাধাপ্রাপ্ত ইউরিয়া বন্ধন এবং দুটি কার্বক্সিল গ্রুপ রয়েছে। প্রিন্টিং এবং মডেলিং পর্যায়ের সময়, এই প্রধান উপাদানগুলি একটি "নিষ্ক্রিয়" অবস্থায় থাকে এবং পোস্ট-মডেলিং প্রক্রিয়াকরণের পর্যায়ে সেগুলি একটি শক্তিশালীকরণের ভূমিকা পালন করে।

ক. 3D প্রিন্ট করা বস্তু এবং পোস্ট-প্রসেসিংয়ের সময় এদের মাত্রিক পরিবর্তন; খ. 3D প্রিন্ট করা বেলুনের বিদ্ধ-প্রতিরোধ ক্ষমতা; গ. যান্ত্রিক বিদ্ধ বলের মডেলিং; ঘ-ঙ. 3D প্রিন্ট করা পনিয়াটিক গ্রিপারের ভারোত্তোলন পরীক্ষা। চিত্রের উৎস: রেফারেন্স [1]

90°C তাপমাত্রায় পোস্ট-প্রসেসিং পর্যায়ে, 3D প্রিন্ট করা পণ্যগুলির হাইড্রোজেন বন্ধনগুলি বিচ্ছিন্ন হয়ে আইসোসায়ানেট গ্রুপ তৈরি করে, যা একদিকে পার্শ্ব শৃঙ্খলের কার্বক্সিল গ্রুপগুলির সাথে অ্যামাইড বন্ধন গঠন করে, এবং অন্যদিকে কার্বক্সিলিক অ্যাসিড দ্বারা শোষিত জলের সাথে বিক্রিয়া করে ইউরিয়া বন্ধন তৈরি করে। রাসায়নিক বন্ধনগুলির পরিবর্তন উপাদানের মধ্যে একক নেটওয়ার্ক কাঠামোকে "হাতে হাতে" জড়িত নেটওয়ার্ক কাঠামোতে পরিণত করে, যা আরও হাইড্রোজেন বন্ধন সৃষ্টি করে এবং উপাদানের অভ্যন্তরীণ কাঠামোকে শক্তিশালী করে। ঠিক যেমন উপাদানের অভ্যন্তরীণ কাঠামোর পরিবর্তনের কারণে, 3D প্রিন্ট করা পণ্যগুলি বাহ্যিক বলের প্রভাবে বিকৃত হলে আরও বড় বাফার স্থান পায়, যা গাড়ির সংঘর্ষের শক্তি শোষণের প্রভাবের মতো, পণ্যের আঘাত প্রতিরোধ এবং ভাঙন প্রতিরোধ বাড়ায় এবং উচ্চ স্থিতিস্থাপকতা প্রদর্শন করে।

পরীক্ষালব্ধ ফলাফলে দেখা যায় যে DLP প্রিকিউরসর ব্যবহার করে 3D প্রিন্টিং দিয়ে তৈরি 0.8 মিমি পুরুত্ব বিশিষ্ট ফিল্মের অত্যন্ত শক্তিশালী বিদ্ধ-প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে, যা ভাঙন ছাড়াই 74.4 নিউটন বল সহ্য করতে পারে। উচ্চ-চাপ পরিপূর্ণতার পরিস্থিতিতেও, 3D মুদ্রিত বায়ুচালিত গ্রিপার তীক্ষ্ণ কাঁটা যুক্ত পৃষ্ঠের 70 গ্রাম ওজনের একটি তামার বল ধরে রাখতে পারে, যা 3D মুদ্রিত পণ্যগুলির অত্যধিক শক্তিশালী সংকট এবং কাঠামোগত শক্তি প্রদর্শন করে।

3D মুদ্রিত ইলাস্টোমারের ব্যাপক প্রয়োগ

খেলার সরঞ্জাম ক্ষেত্রে, 3D-মুদ্রিত ইলাস্টোমার ক্রীড়াবিদদের কাস্টমাইজড, উচ্চ-কর্মক্ষমতা সম্পন্ন সরঞ্জাম সরবরাহ করে। উদাহরণস্বরূপ, কাস্টমাইজড ইনসোল এবং রক্ষণাত্মক সরঞ্জামগুলো ক্রীড়াবিদদের খেলার প্রদর্শন অনুকূলিত করতে এবং পরিধানের অভিজ্ঞতা বাড়াতে ইলাস্টোমারের শক শোষিত এবং সমর্থন বৈশিষ্ট্য ব্যবহার করে। বিশেষত চরম খেলা এবং উচ্চ-প্রভাব খেলায়, 3D-মুদ্রিত ইলাস্টোমার উপকরণগুলো ক্রীড়াবিদদের অনুশীলনকালে প্রভাবগুলো উল্লেখযোগ্যভাবে কমাতে পারে এবং তাদের জয়েন্ট এবং পেশীগুলোকে আঘাত থেকে রক্ষা করতে পারে।

গাড়ি এবং মহাকাশযান ক্ষেত্রে, 3D-মুদ্রিত ইলাস্টোমার হালকা শক শোষক অংশ এবং সিলগুলোর মতো প্রধান উপাদানগুলোর জন্য ব্যবহৃত হয়। এই অংশগুলো জটিল কাঠামোগত নকশা মাধ্যমে ওজন কমাতে এবং উচ্চ কর্মক্ষমতা বজায় রাখতে পারে।

ইলেকট্রনিক পণ্যগুলির ক্ষেত্রে, স্মার্ট স্পিকার, স্মার্ট ব্রেসলেট, মোবাইল ফোনের কেস এবং অন্যান্য পণ্যগুলি ইলাস্টোমার উপকরণগুলি দিয়ে ছাপানো যেতে পারে। এই পণ্যগুলির চমৎকার নরম এবং স্থিতিস্থাপকতা রয়েছে এবং এতে উচ্চ পরিধান প্রতিরোধ এবং দীর্ঘস্থায়ী হওয়ার বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা পণ্যের চেহারা এবং কার্যকারিতার জন্য ক্রেতাদের বিভিন্ন দিকের প্রয়োজন পূরণ করতে পারে।

শিল্প উত্পাদনের ক্ষেত্রে, 3D প্রিন্টিং ইলাস্টোমার প্রযুক্তি বিভিন্ন শিল্প ছাঁচ এবং ট্রান্সমিশন বেল্ট এবং অন্যান্য অংশগুলি তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। এই অংশগুলি বেশি যান্ত্রিক চাপ এবং কম্পন সহ্য করতে পারে এবং ইলাস্টোমার উপকরণগুলি দুর্দান্ত স্থিতিস্থাপকতা এবং ক্লান্তি প্রতিরোধের সাথে আদর্শ পছন্দ হয়ে ওঠে। 3D প্রিন্টিং প্রযুক্তির মাধ্যমে এই অংশগুলি তৈরি করা উৎপাদন দক্ষতা বাড়াতে পারে এবং প্রস্তুতি খরচ কমাতে পারে।

3D প্রিন্টিং ইলাস্টোমার প্রযুক্তির আবির্ভাব আমাদের জীবনে আরও রঙিন সম্ভাবনা নিয়ে এসেছে এবং 3D প্রিন্টিং পণ্যগুলির ব্যবহারের পরিসর আরও প্রসারিত করেছে।