चीनच्या शास्त्रज्ञांनी 3 डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाच्या "उद्योग समस्या" सोडवण्यात नवीन यश मिळवले आहे!

आज विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या वेगाने विकासासह, 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाने प्रत्येक क्षेत्रात आपला विस्तार केला आहे. जटिल आणि अचूक यांत्रिक भागांपासून ते जिवंत दिसणार्‍या उत्पादन मॉडेल्सपर्यंत, अद्भुत आर्किटेक्चरल प्रोटोटाइप्सपासून ते वैयक्तिकृत दैनंदिन गरजा, 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञान आपल्या असीम कल्पकतेमुळे आणि पुरेशा लवचिकतेमुळे कल्पनांना वास्तवात आणून लोकांचे जीवन सोयीस्कर बनवत आहे आणि आश्चर्याची भावनाही देत आहे.

3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा कार्यकारी सिद्धांत

3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञान, ज्याला अॅडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञान असेही म्हणतात, ही एक नवोपकारक उत्पादन पद्धत आहे जी सामग्रीची थरांमध्ये थरांची उभारणी करून त्रिमितीय वस्तू तयार करते. हा सिद्धांत इमारतीच्या इमारतीच्या उभारणीसारखाच आहे, ज्याचे सरळीकृत वर्णन "थरांची उत्पादने, थरांची उभारणी" असे केले जाऊ शकते.

3डी प्रिंटिंग प्रक्रिया फार अवघड नाही. सर्वप्रथम, कॉम्प्युटर-एडेड डिझाइन सॉफ्टवेअरद्वारे डिजिटल मॉडेल तयार केले जाते किंवा मिळवले जाते, आणि नंतर मॉडेलला अतिशय तीक्ष्ण अशा एका श्रेणीतील आडव्या थरांमध्ये (म्हणजेच स्लाइस) कापले जाते, आणि प्रत्येक स्लाइसची जाडी सामान्यतः दहा मायक्रॉन ते शेकडो मायक्रॉन दरम्यान असते. नंतर, या स्लाइस माहितीच्या आधारे, 3डी प्रिंटर विशिष्ट तंत्रज्ञान आणि सामग्रीद्वारे अंतिम वस्तू थरानुसार तयार करते.

3डी प्रिंटिंगच्या प्रक्रियांमध्ये फ्यूज्ड डेपॉझिशन मॉडेलिंग (एफडीएम), फोटो-स्टीरियोलिथोग्राफी 3डी प्रिंटिंग (एसएलए, डीएलपी, एलसीडी), सिलेक्टिव्ह लेझर सिंटरिंग (एसएलएस), सिलेक्टिव्ह लेझर मेल्टिंग (एसएलएम), स्टीरियो इंकजेट प्रिंटिंग (3डीपी) आणि लेयर बाय लेयर मॅन्युफॅक्चरिंग (एलओएम) यांचा समावेश होतो.

फ्यूज्ड डेपॉझिशन मॉडेलिंग (एफडीएम) ही एक प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये तंतूमय थर्मोप्लास्टिक सामग्री नोझलद्वारे तापवली जाते आणि वितळवली जाते, प्लॅटफॉरमवर थरांमध्ये ठेवली जाते आणि अखेरीस एका त्रिमितीय वस्तूमध्ये घनता प्राप्त होते. या तंत्रज्ञानामध्ये अक्रायलोनाइट्राइल-ब्युटाडायन-स्टायरीन कॉपोलिमर (एबीएस), पॉलिलॅक्टिक ऍसिड (पीएलए) इत्यादी थर्मोप्लास्टिक सामग्री कच्चा माल म्हणून वापरली जाते. यामध्ये उपकरणांच्या कमी आवश्यकता असतात आणि हे संचालन करण्यास सोपे असते, जे वैयक्तिक आणि लहान स्टुडिओसाठी योग्य असते. खेळण्यांच्या बाजारात नुकतेच लोकप्रिय झालेले "रडिश चाकू" आणि "टेलिस्कोपिक तलवार" यांची निर्मिती याच पद्धतीने केली जाते.

स्टेरियोलिथोग्राफी 3D प्रिंटिंग (एसएलए, डीएलपी, एलसीडी) या विशिष्ट बँड आणि आकाराच्या प्रकाशाचा उपयोग करून फोटोसेन्सिटिव्ह रेझिनला प्रकाशित करते आणि फोटोसेन्सिटिव्ह रेझिन थरांमध्ये घनता प्राप्त करून इच्छित आकाराच्या वस्तू तयार केल्या जातात. या तंत्रज्ञानामध्ये उच्च मॉडेलिंग अचूकता आणि चिकट पृष्ठभाग असतो आणि हे तंत्रज्ञान सूक्ष्म मॉडेल्स आणि लहान भागांची निर्मितीसाठी योग्य असते.

निवडक लेसर सिंटरिंग (एसएलएस) हे पावडर सामग्रीवर लेसर किरणे फिरवून ती वितळवून एकत्र करण्याचे काम करते, थरानुसार जमा करून तीन आयामी वस्तू तयार केली जाते. ही तंत्रज्ञान पावडर रॉ मटेरियल म्हणून वापरते (उदा. नायलॉन, धातूचा पूड, सिरॅमिक पूड इत्यादी), उच्च मॉडेलिंग अचूकता असलेले आहे आणि जटिल संरचना असलेल्या कार्यात्मक भागांचे उत्पादन करण्यासाठी योग्य आहे.

निवडक लेसर वितळणे (एसएलएम) ला उच्च लेसर ऊर्जा असते, जी निवडक लेसर सिंटरिंग (एसएलएस) सारखीच असते आणि ती धातूचा पूड पूर्णपणे वितळवून धातूच्या भागांचे वेगवान प्रोटोटाइपिंग साध्य करते. ही तंत्रज्ञान धातूचा पूड (उदा. टायटॅनियम संमिश्र, स्टेनलेस स्टील इत्यादी) रॉ मटेरियल म्हणून वापरते, उच्च ताकद आणि उच्च अचूकता असलेले धातूचे भाग छापू शकते आणि त्याचा वापर विमानतंत्र, वैद्यकीय आणि इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.

स्टीरिओ इंकजेट प्रिंटिंग (3DP) मध्ये पावडर स्वरूपातील मटेरियल (धातू किंवा अधातू) आणि अॅडहेसिव्ह्स आदिबहुलक म्हणून वापरले जातात आणि घटकांचे प्रत्येक थर एकत्र करण्याच्या प्रक्रियेद्वारे प्रिंटिंग केली जाते. या प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाद्वारे तयार केलेल्या नमुन्यांचा रंग वास्तविक उत्पादनाच्या रंगाइतका सारखा असतो आणि हे रंगीत 3D प्रिंटिंगचे एक प्रौढ तंत्रज्ञान आहे.

थर बनवण्याचे उत्पादन (LOM) हे कागद, प्लास्टिकची फिल्म इत्यादी स्वरूपातील पातळ शीट आणि हॉट मेल्ट अॅडहेसिव्ह यांचा आदिबहुलक म्हणून वापर करते आणि लेझर कटिंग आणि थर्मल बॉण्डिंगच्या माध्यमातून आवश्यक वस्तूचे थराथर आवर्तन करून साठवण केली जाते. या तंत्रज्ञानामुळे वेगाने मॉडेल तयार होतात आणि मटेरियलचा खर्च कमी असतो. हे मोठ्या संरचना आणि शेल्स बनवण्यासाठी योग्य आहे.

3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाचा उत्पादनाच्या उच्च पुनर्स्थितीच्या प्रमाणामुळे, त्याची मर्यादा प्रिंटिंग कच्चा मालाने निर्माण केली जाते. 3D प्रिंटेड उत्पादने अत्यंत भंगक असतात आणि बाह्य बलांमुळे सहज तुटतात. अशा उत्पादनांचा वापर यांत्रिक कामगिरीच्या आवश्यकता असलेल्या परिस्थितीत केल्यास ते काहीशी "अक्षम" दिसतात. मग 3D प्रिंटेड उत्पादनांच्या "काचेच्या मनाला" कशाप्रकारे सुधारायचे ते एक सुंदर "त्वचा" आणि तुटण्यास न येणारी "लवचिकता" देऊ शकते?

3 जुलै 2024 रोजी, चिनी शास्त्रज्ञांनी नेचर या नियतकालिकात 3D प्रिंटेड इलास्टोमर्सवरील एक संशोधन प्रकाशित केले. या तंत्रज्ञानाचा वापर करून तयार केलेले रबरचे पट्टे त्यांच्या स्वतःच्या लांबीच्या 9 पट लांबीपर्यंत ताणले जाऊ शकतात आणि कमाल ताण सामर्थ्य 94.6MPa पर्यंत पोहोचू शकते, जे 1 चौरस मिलीमीटर जवळपास 10 किलोग्रॅमचे गुरुत्वाकर्षण सहन करू शकते, ज्यामुळे अत्युच्च शक्ती आणि तन्यता दर्शविली जाते.

स्वरूपात्मक गती आणि अंतिम उत्पादनांच्या लवचिकतेमधील "सुधारणा"

फोटोक्युरिंग 3D प्रिंटिंग (SLA, DLP, LCD) च्या प्रक्रियेत, उत्पादन क्षमता सुधारण्यासाठी वेगवान मोल्डिंगची गती आवश्यक असते, ज्यामुळे सामग्रीच्या क्रॉसलिंकिंग घनतेत वाढ होते आणि घट्ट होण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान सामग्रीच्या तन्यतेत कमतरता येते. पारंपारिक पद्धतींअंतर्गत, सामग्रीची तन्यता वाढली तरी, सामग्रीची शिरशिराटपणा देखील वाढते, ज्यामुळे प्रवाहक्षमतेत कमतरता आणि मोल्डिंगच्या गतीत घट होते. 3D प्रिंटिंगच्या मोल्डिंग गती आणि तयार झालेल्या उत्पादनाच्या तन्यतेमध्ये असलेला विरोधाभास नेहमीच उद्योगाला त्रास देत आला आहे.

चीनच्या शास्त्रज्ञांनी या दोन विरोधाभासांचे समाधान केले आहे. संशोधकांनी प्रकाश-उपचार यंत्रणेच्या 3D प्रिंटिंगच्या मूळ साहित्याच्या फोटोसंवेदनशील रेझिनचे विश्लेषण करून आणि प्रिंटिंग प्रक्रियेचे विघटन करून टप्प्याटप्प्याने प्रिंटिंग आणि पश्चात्-प्रक्रिया यांच्यासाठी एक रणनीती सुचवली आहे. संशोधकांनी डिमिथॅक्रिलेटचा DLP (डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग) पूर्वगामी डिझाइन केला, ज्यामध्ये मुख्य साखळीवर गतिशील रूपात हिंडणारा यूरिया बॉंड आणि दोन कार्बॉक्सिलिक गट असतात. प्रिंटिंग आणि मॉल्डिंगच्या टप्प्यादरम्यान हे महत्त्वाचे घटक "निष्क्रिय" अवस्थेत असतात आणि मॉल्डिंगनंतरच्या प्रक्रिया टप्प्यात ते सुदृढीकरणाची भूमिका बजावतात.

अ. 3D प्रिंटेड वस्तू आणि पश्चात्-प्रक्रियेदरम्यान त्यांच्या मापातील बदल; ब. 3D प्रिंटेड बलूनची विरोधी-भोक दर्जा; क. यांत्रिक भोक लागण्याच्या शक्तीचे मॉडेलिंग; ड-ई. 3D प्रिंटेड वायुमय ग्रिपरची वजन उचलण्याची चाचणी. चित्र स्रोत: संदर्भ [1]

90° से प्रक्रिया दरम्यान, 3डी मुद्रित उत्पादनांमधील अडथळा युरिया बॉण्ड विघटित होऊन आयसोसायनेट गट तयार करतात, जे एका बाजूला बाजूच्या साखळी कार्बोक्झिल गटांसह एमाइड बॉण्ड तयार करतात आणि दुसर्‍या बाजूला कार्बोक्झिलिक ऍसिडद्वारे शोषलेल्या पाण्याशी प्रतिक्रिया करून युरिया बॉण्ड तयार करतात. रासायनिक बॉण्डमधील बदल आतील रेणूंमध्ये एकल जाळी संरचना सामान्य जाळी संरचनेमध्ये जोडतात, जे "हातात हात घालणे" सारखे असते, ज्यामुळे अधिक हायड्रोजन बॉण्ड तयार होतात आणि सामग्रीच्या आतील संरचनेला बळकटी येते. ठीक याच कारणामुळे सामग्रीच्या आतील संरचनेत बदल झाल्यामुळे 3डी मुद्रित उत्पादनांमध्ये बाह्य बलामुळे विकृती झाल्यास जास्त जागा मिळते, जे वाहन धडकेच्या ऊर्जा शोषण परिणामासारखे असते, ज्यामुळे उत्पादनाच्या धक्का आणि फुटण्याचा प्रतिकार क्षमता सुधारते आणि त्यात अधिक कठोरता येते.

प्रात्यक्षिक निकाल दाखवतात की, DLP पूर्वगामीचा वापर करून 3D प्रिंटिंगद्वारे तयार केलेले फिल्म, ज्याची जाडी केवळ 0.8 मिमी आहे, त्यामध्ये अत्यंत मजबूत एंटी-पंक्चर कामगिरी दिसून येते, ज्यामुळे ते तुटण्याशिवाय 74.4 न्यूटन शक्तीचा सामना करू शकते. उच्च-दाबाच्या परिस्थितीमध्ये देखील, 3D-मुद्रित पेंढ्याचा ग्राहक 70 ग्रॅम वजनाचा तांब्याचा चेंडू, ज्याच्या पृष्ठभागावर तीक्ष्ण काटे आहेत, तो तुटण्याशिवाय पकडू शकतो, जे 3D-मुद्रित उत्पादनांच्या अत्यंत उच्च तन्यता आणि संरचनात्मक शक्तीचे प्रदर्शन करते.

3D मुद्रित इलास्टोमरचा व्यापक अनुप्रयोग

खेळाच्या साहित्याच्या क्षेत्रात, 3D-मुद्रित इलास्टोमर्स खेळाडूंना वैयक्तिकृत, उच्च कामगिरी असलेले साहित्य पुरवतात. उदाहरणार्थ, सानुकूलित इनसोल्स आणि संरक्षक उपकरणे हादरे शोषून घेणे आणि इलास्टोमर्सच्या समर्थन गुणधर्मांचा वापर खेळाडूंच्या खेळाची कामगिरी अनुकूलित करण्यासाठी आणि धारण करण्याचा अनुभव वाढवण्यासाठी वापरतात. विशेषतः अत्यंत खेळ आणि उच्च प्रभाव खेळात, 3D-मुद्रित इलास्टोमर सामग्री खेळाडूंच्या व्यायामादरम्यान होणार्‍या प्रभावांना लक्षणीयरीत्या कमी करू शकते आणि त्यांच्या सांधे आणि स्नायूंचे दुखापतीपासून संरक्षण करू शकते.

ऑटोमोटिव्ह आणि एरोस्पेस क्षेत्रात, 3D-मुद्रित इलास्टोमर्स हलके हादरे शोषून घेणारे भाग आणि सील्स सारख्या महत्त्वाच्या घटकांसाठी वापरले जातात. ही भागे जटिल संरचनात्मक डिझाइनद्वारे वजन कमी करू शकतात आणि उच्च कामगिरी राखू शकतात.

इलेक्ट्रॉनिक उत्पादनांच्या क्षेत्रात, स्मार्ट स्पीकर, स्मार्ट ब्रेसलेट, मोबाइल फोन केस आणि इतर उत्पादनांवर इलास्टोमर सामग्री छापली जाऊ शकते. या उत्पादनांमध्ये उत्कृष्ट मऊपणा आणि लवचिकता आहे आणि त्यांच्यामध्ये उच्च घासण आणि टिकाऊपणा देखील आहे, ज्यामुळे उत्पादनाच्या दिसण्याबरोबरच कार्यक्षमतेसाठी ग्राहकांच्या विविध आवश्यकता पूर्ण होतात.

उद्योग उत्पादनाच्या क्षेत्रात, 3डी प्रिंटिंग इलास्टोमर तंत्रज्ञानाचा वापर विविध औद्योगिक साचे, पट्टे आणि इतर भागांच्या उत्पादनासाठी केला जातो. या भागांना अधिक मालमत्ता यांत्रिक ताण आणि कंपन सहन करावे लागतात आणि इलास्टोमर सामग्रीच्या उत्कृष्ट लवचिकता आणि थकवा प्रतिकारशक्तीमुळे ते आदर्श पर्याय आहेत. 3डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाद्वारे या भागांचे उत्पादन करणे केवळ उत्पादन क्षमता वाढवत नाही तर उत्पादन खर्च कमी करते.

3डी प्रिंटिंग इलास्टोमर तंत्रज्ञानाच्या आगमनामुळे 3डी प्रिंटिंग उत्पादनांच्या वापराच्या परिस्थितीचा विस्तार झाला आहे आणि आमच्या जीवनात अधिक रंगीबेरंगी शक्यता आल्या आहेत.