Assessing the Effects of Build Interruptions Through In Situ Monitoring and Mechanical Testing for Nickel Alloy 718 and AlSi10Mg
यह अध्ययन मैकेनिकल टेस्टिंग, सीटी स्कैनिंग और इन-सीटू मॉनिटरिंग का उपयोग करके निकल अलॉय 718 और AlSi10Mg के लेजर पाउडर बेड फ्यूजन पर बिल्ड इंटरप्शन (निर्माण व्यवधान) के प्रभाव की जांच करता है, जिसमें यह पाया गया कि जबकि अल्टीमेट टेंसाइल स्ट्रेंथ और फटीग लाइफ काफी हद तक अप्रभावित रहती है, इंटरप्शन पॉइंट के लिए IN-718 हेतु पिक्सेल इंटेंसिटी एवरेज में एक उल्लेखनीय परिवर्तन देखा गया।
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एक ऐसे कारखाने के फर्श की कल्पना करें जहाँ मशीनें लेजर का उपयोग करके धातु के सूक्ष्म कणों को पिघलाकर परत दर परत जटिल धातु के पुर्जे बनाती हैं। यह लेजर इतना सटीक है कि यह ऐसे आकार बना सकता है जिन्हें ढालना (कास्टिंग) या मशीन करना असंभव है। यह प्रक्रिया, जिसे 'लेजर पाउडर बेड फ्यूजन' कहा जाता है, जेट इंजन के घटकों से लेकर मेडिकल इम्प्लांट्स तक सब कुछ बनाने के तरीके में क्रांति ला रही है। हालाँकि, किसी भी जटिल विनिर्माण प्रक्रिया की तरह, ये मशीनें हमेशा बिना किसी बाधा के नहीं चलतीं। बिजली की आपूर्ति रुक सकती है, कोई सेंसर ट्रिप हो सकता है, या किसी ऑपरेटर को अधिक पाउडर डालने के लिए प्रक्रिया को रोकने की आवश्यकता हो सकती है। जब निर्माण रुक जाता है, तो धातु ठंडी हो जाती है। इंजीनियरों के लिए बड़ा सवाल यह है: यदि मशीन रुकती है और फिर से शुरू होती है, तो क्या यह ठहराव अंतिम पुर्जे में एक कमजोर बिंदु छोड़ देता है? यदि जेट इंजन का घटक इसके निर्माण के दौरान एक संक्षिप्त ठहराव के कारण विफल हो जाता है, तो इसके परिणाम विनाशकारी हो सकते हैं। वर्षों से, उद्योग इस बात को लेकर चिंतित रहा है कि यह ठंडा होना और पुनरारंभ होना एक दृश्य रेखा या एक छिपा हुआ दोष पैदा करता है जो धातु को कमजोर कर देता है, जिससे संभावित रूप से दबाव में टूटने का खतरा रहता है।
शोधकर्ताओं की एक टीम इस बहस को सुलझाने के लिए एक प्रत्यक्ष और कठोर परीक्षण करने के लिए आगे बढ़ी। उन्होंने इस तकनीक में उपयोग किए जाने वाले दो सबसे महत्वपूर्ण धातुओं पर ध्यान केंद्रित किया: एक हल्का एल्युमीनियम मिश्र धातु जिसका उपयोग अक्सर संरचनात्मक भागों के लिए किया जाता है, और एक सुपर-स्ट्रॉन्ग निकल मिश्र धातु जो टर्बाइन जैसे उच्च-तापमान वाले वातावरण के लिए आवश्यक है। एक वास्तविक दुनिया की दुर्घटना का अनुकरण करने के लिए, उन्होंने अपनी मशीनों को परीक्षण बार की एक श्रृंखला प्रिंट करने के लिए प्रोग्राम किया, प्रक्रिया को ठीक बीच में रोका, बारह घंटे प्रतीक्षा की, और फिर बार को पूरा करने के लिए प्रिंटिंग फिर से शुरू की। महत्वपूर्ण रूप से, उन्होंने प्रतीक्षा के दौरान मशीन के दरवाजे बंद रखे, जिससे यह सुनिश्चित हुआ कि सुरक्षात्मक गैस वातावरण बरकरार रहे, जो बाहरी हवा में चैंबर खोलने के बजाय एक पावर आउटेज (बिजм की विफलता) की नकल करता है। इसके बाद उन्होंने इन बाधित बारों की तुलना बिना किसी रुकावट के प्रिंट किए गए समान बारों से की, और यह देखने के लिए कि क्या ठहराव से कोई अंतर पड़ता है, उन्हें अत्यधिक खिंचाव और बार-बार तनाव दिया।
परिणाम आश्चर्यजनक रूप से आश्वस्त करने वाले थे। जब शोधकर्ताओं ने एल्युमीनियम बार को टूटने तक खींचा, तो बाधित टुकड़ों की मजबूती बिना बाधित टुकड़ों के लगभग समान थी। निकल मिश्र धातु के लिए भी यही सच था; ठहराव ने भार सहने की धातु की क्षमता को कमजोर नहीं किया। और भी अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि शोधकर्ताओं ने यह देखा कि धातु विफल होने से पहले कितनी बार तनाव झेल सकती है, जो 'फटीग लाइफ' (थकान जीवन) का एक माप है। हालांकि दोनों समूहों में से कुछ नमूने उम्मीद से पहले टूट गए, लेकिन बाधित बार का प्रदर्शन निरंतर बार से खराब नहीं था। डेटा ने दिखाया कि संक्षिप्त ठहराव, धातु के काफी ठंडा होने के बाद भी, एक ऐसी संरचनात्मक कमजोरी पैदा नहीं करता जिससे पुर्जा जल्दी विफल हो जाए।
यह समझने के लिए कि धातु इतनी अच्छी तरह से क्यों टिकी रही, टीम ने शक्तिशाली इमेजिंग उपकरणों का उपयोग करके सामग्री के भीतर देखा। उन्होंने बार को काटकर उच्च-शक्ति वाले सूक्ष्मदर्शी (माइक्रोस्कोप) के नीचे उनके सूक्ष्म ग्रेन स्ट्रक्चर (दानेदार संरचना) का परीक्षण किया, ताकि उस "विटनेस लाइन" (साक्षी रेखा) की तलाश की जा सके जहाँ निर्माण के दो हिस्से मिलते हैं। उन्हें कुछ भी नहीं मिला। धातु के दाने व्यवधान बिंदु के पार वैसे ही प्रवाहित हुए जैसे कि ठहराव कभी हुआ ही न हो। उन्होंने एक्स-रे कंप्यूटेड टोमोग्राफी का भी उपयोग किया, जो एक मेडिकल सीटी स्कैन के समान है, ताकि बार के भीतर छोटे छिद्रों या दरारों को देखा जा सके। स्कैन ने व्यवधान बिंदु पर कोई नया दोष नहीं दिखाया जिसे रुकने के कारण बताया जा सके। उन्हें मिले किसी भी छोटे छिद्र (पोर्स) वे पूरे भाग में बेतरतीब ढंग से बिखरे हुए थे, जो बाधित और निरंतर दोनों बिल्ड में दिखाई दिए, जिससे पता चलता है कि वे सामान्य प्रिंटिंग प्रक्रिया का हिस्सा थे न कि व्यवधान का परिणाम।
शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए मशीन की अपनी आँखों का भी उपयोग किया कि ठहराव के दौरान क्या हुआ। प्रिंटर थर्मल कैमरों से लैस थे जो निर्माण के दौरान धातु की गर्मी पर नज़र रखते हैं। जब उन्होंने हीट सिग्नेचर का विश्लेषण किया, तो उन्होंने देखा कि निकल मिश्र धातु के निर्माण के ठीक समय पर थर्मल डेटा में एक छोटा, अस्थायी डिप (गिरावट) आया, जो संभवतः प्रतीक्षा के दौरान धातु के ठंडे होने के कारण था। हालांकि, यह थर्मल ब्लिप भौतिक दोष में नहीं बदला। एल्युमीनियम मिश्र धातु के लिए, हीट सिग्नेचर में बहुत कम बदलाव आया, क्योंकि मशीन ने रुकने के दौरान भी बिल्ड प्लेट को गर्म बनाए रखा। कैमरों ने पाउडर बेड की सतह की भी जांच की ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि पाउडर स्मूथ है और अगले स्तर के लिए तैयार है, और उन्होंने पुनरारंभ के बाद पाउडर के फैलाव के तरीके में कोई समस्या नहीं पाई।
अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि इन विशिष्ट सामग्रियों के लिए, जब मशीन एक सीलबंद, गैस-भरे वातावरण में रखी जाती है, तो बारह घंटे का ठहराव पुर्जे को खराब नहीं करता है। धातु अनिवार्य रूप से खुद को ठीक करती है जब लेजर नीचे की ठंडी परत के साथ नई परत को पिघलाकर जोड़ता है। यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह सुझाव देती है कि बिजली की विफलता या आवश्यक ठहराव की स्थिति में, ऑपरेटर पूरे निर्माण को फेंकने के बजाय प्रिंटिंग फिर से शुरू कर सकते हैं, जिससे समय और महंगे माल की बचत होती है। हालांकि शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि उनके परीक्षण ठोस, मोटे धातु के ब्लॉकों पर केंद्रित थे और बहुत पतली या नाजुक संरचनाएं अलग तरह से व्यवहार कर सकती हैं, लेकिन साक्ष्य दृढ़ता से संकेत देते हैं कि एक मानक व्यवधान से "कमजोर रेखा" बनने का डर इन सामान्य औद्योगिक मिश्र धातुओं के लिए निराधार है। धातु, वास्तव में, इतनी लचीली है कि वह ठहराव को भूल सकती है।
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