تھری ڈی پرنٹنگ میں استعمال ہونے والے دھاتی پاؤڈر کی تیاری کے لیے گیس ایٹمائزیشن پر تحقیقی پیشرفت

تھری ڈی پرنٹنگ میں استعمال ہونے والے دھاتی پاؤڈر کی تیاری کے لیے گیس ایٹمائزیشن پر تحقیقی پیشرفت

3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی، جسے اضافی مینوفیکچرنگ بھی کہا جاتا ہے، 1930 کی دہائی میں سامنے آئی۔ یہ ایک ایسی تکنیک ہے جو کمپیوٹر-تین جہتی ماڈل کی بنیاد پر پرزوں کی تہہ بناتی ہے (مثلاً دھاتی پاؤڈر کا استعمال کرتے ہوئے)۔ روایتی تخفیف مینوفیکچرنگ کے مقابلے میں، 3D پرنٹنگ فوائد پیش کرتی ہے جیسے کہ اعلی ڈیزائن کی آزادی، اعلیٰ مادی استعمال، اور پیچیدہ ڈھانچے کو گھڑنے کی صلاحیت، ایرو اسپیس، طبی آلات، صحت سے متعلق مینوفیکچرنگ اور دیگر شعبوں میں وسیع اطلاق کے امکانات کو ظاہر کرتی ہے۔ دھاتی 3D پرنٹنگ کی ترقی اعلی-کارکردگی والے دھاتی پاؤڈرز پر بہت زیادہ انحصار کرتی ہے، جن کی خصوصیات براہ راست پرنٹ شدہ حصوں کے معیار اور کارکردگی کا تعین کرتی ہیں۔ 3D پرنٹنگ کے لیے مثالی دھاتی پاؤڈر میں اعلی دائرہ، چھوٹے ذرہ سائز، تنگ ذرہ سائز کی تقسیم، اعلی پاکیزگی، اور اچھی بہاؤ کی صلاحیت ہونی چاہیے۔

گیس ایٹمائزیشن (GA)، دھاتی پاؤڈر تیار کرنے کے بنیادی طریقہ کے طور پر، 1920 کی دہائی میں شروع ہوئی۔ یہ پگھلی ہوئی دھات کی ایک ندی پر ٹکرانے کے لیے ایک تیز رفتار گیس جیٹ کا استعمال کرتا ہے، اسے چھوٹے چھوٹے قطروں میں توڑ دیتا ہے جو ٹھنڈا ہونے پر کروی پاؤڈر میں مضبوط ہو جاتے ہیں۔ اس طریقہ سے تیار کردہ پاؤڈر یکساں ساخت، اعلی گولہ، اور کم ناپاک مواد کی نمائش کرتے ہیں، اور فی الحال 3D پرنٹنگ کے لیے دھاتی پاؤڈرز کی کل پیداوار کا 30%–50% ہے۔ تاہم، گیس ایٹمائزیشن ایک پیچیدہ عمل ہے جس میں گیس-مائع دو-فیز فلو کا جوڑا شامل ہوتا ہے۔ عمل کے پیرامیٹرز میں ٹھیک ٹھیک تبدیلیاں پاؤڈر کی خصوصیات میں نمایاں فرق کا باعث بن سکتی ہیں، اس طرح طباعت شدہ حصوں کی کارکردگی متاثر ہوتی ہے۔ لہٰذا، تھری ڈی پرنٹنگ انڈسٹری کی ترقی کو فروغ دینے کے لیے گیس ایٹمائزیشن ٹیکنالوجی میں تحقیقی پیش رفت کا منظم جائزہ بہت اہمیت کا حامل ہے۔

3D پرنٹنگ کے لیے دھاتی پاؤڈر کی کارکردگی کی ضروریات

3D پرنٹنگ کے عمل میں، دھاتی پاؤڈر خام مال کے طور پر کام کرتے ہیں، اور ان کی کارکردگی براہ راست پاؤڈر کے پھیلاؤ، sintering کے معیار، اور حصوں کی حتمی میکانی خصوصیات کی یکسانیت کو متاثر کرتی ہے۔ کلیدی کارکردگی کے اشارے میں پاؤڈر کی پاکیزگی، ذرہ کا سائز، آکسیجن کا مواد، اور ری سائیکلیبلٹی شامل ہیں۔

2.1 پاؤڈر کی پاکیزگی

ناپاک عناصر کی موجودگی بیس پاؤڈر کے ساتھ رد عمل کا اظہار کر سکتی ہے جس سے مواد کی تھرموڈینامک استحکام اور مکینیکل خصوصیات میں کمی واقع ہو سکتی ہے۔ مثال کے طور پر، Ti-6Al-4V الائے پاؤڈر گرم ہونے پر N، O، H، اور دیگر عناصر کو آسانی سے جذب کر لیتا ہے، جس سے کارکردگی میں کمی واقع ہوتی ہے۔ تاہم، بعض صورتوں میں، نجاست کے مثبت اثرات ہو سکتے ہیں، جیسے کہ Al2O3 سیرامک ​​پاؤڈر میں موجود نجاست جو sintering کے درجہ حرارت کو کم کر سکتی ہے اور عمل کو آسان بنا سکتی ہے۔ لہذا، پاؤڈر کی پاکیزگی کو مخصوص درخواست کے مطابق ایڈجسٹ کیا جانا چاہئے.

2.2 پارٹیکل سائز

ذرات کا سائز پاؤڈر پھیلانے کی تہہ کی موٹائی (عام طور پر 50–100 μm) اور سنٹرنگ ڈرائیونگ فورس کو براہ راست متاثر کرتا ہے۔ لیزر بنانے کے عمل میں عام طور پر 30-50 μm کے پاؤڈر پارٹیکل سائز کا استعمال ہوتا ہے، جبکہ الیکٹران بیم بنانے میں 50-90 μm استعمال ہوتا ہے۔ جو ذرات بہت باریک ہوتے ہیں وہ غیر مساوی پھیلاؤ اور "بالنگ" کے رجحان کا سبب بنتے ہیں، جبکہ ضرورت سے زیادہ موٹے ذرات انحراف کے زاویے کو بڑھاتے ہیں اور استعمال کی کارکردگی کو کم کرتے ہیں۔ مثالی طور پر، مناسب تناسب میں باریک اور موٹے پاؤڈر کے مرکب کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ بہاؤ کی صلاحیت اور سنٹرنگ کی کارکردگی کو متوازن کیا جا سکے۔

2.3 آکسیجن کا مواد

آکسیجن کا مواد بنیادی طور پر ایٹمائزیشن گیس اور آلات سے نکلتا ہے۔ زیادہ آکسیجن آلودگی پہلے سے پارٹیکل باؤنڈریز (PPB) تشکیل دے سکتی ہے، جو کھوٹ کی کارکردگی کو بگاڑ سکتی ہے۔ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ پاؤڈر میں آکسیجن کا مواد ذرہ سائز سے متعلق ہے۔ جیسے جیسے ذرات کا سائز کم ہوتا ہے، آکسیجن کا مواد بڑھ جاتا ہے۔ ویکیوم ہیٹنگ یا کمی کا علاج مؤثر طریقے سے آکسیجن کے مواد کو کم کر سکتا ہے۔

2.4 پاؤڈر ری سائیکل ایبلٹی

3D پرنٹنگ پاؤڈر کی قیمت زیادہ ہے، اور ری سائیکلنگ خام مال کو نمایاں طور پر بچا سکتی ہے۔ مثال کے طور پر، استعمال کے 21 چکروں کے بعد، Ti-6Al-4V پاؤڈر نے آکسیجن کی مقدار میں صرف 0.08% سے 0.19% تک اضافہ ظاہر کیا، اور غیر پگھلے ہوئے ذرات کو دوبارہ استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ری سائیکلنگ سائیکلوں کی تعداد میں اضافہ مائکرو اسٹرکچر یا مکینیکل خصوصیات کو متاثر کیے بغیر نل کی کثافت اور بہاؤ کو بہتر بنا سکتا ہے۔

گیس ایٹمائزیشن کے ذریعہ پاؤڈر کی پیداوار کے بنیادی اصول

گیس ایٹمائزیشن پگھلی ہوئی دھات کی ایک ندی کو بوندوں میں توڑنے کے لیے تیز رفتار-گیس جیٹ کا استعمال کرتی ہے، جو ٹھنڈا ہونے پر کروی پاؤڈر میں مضبوط ہو جاتی ہے۔ یہ عمل تین مراحل پر مشتمل ہوتا ہے: دھات کا پگھلنا، ایٹمائزیشن کی روک تھام، اور ٹھنڈک/مضبوط ہونا۔ غیر فعال گیسیں (مثلاً، نائٹروجن، آرگن) عام طور پر آکسیکرن سے بچنے کے لیے ایٹمائزیشن میڈیم کے طور پر استعمال ہوتی ہیں۔ گیس ایٹمائزیشن کے عمل کو چار زونوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے:

زون I (منفی پریشر ٹربولنس زون):ایٹمائزیشن گیس نوزل ​​سے باہر نکلنے پر منفی دباؤ پیدا کرتی ہے، جو پگھلی ہوئی دھات کی ندی کو کھینچتی ہے اور اسے مائع سٹرپس میں منتشر کرتی ہے۔

زون II (بنیادی بوندوں کی تشکیل کا زون):سطحی تناؤ اور گیس کے بہاؤ کے عمل کے تحت مائع کی پٹیوں کو ابتدائی طور پر بوندوں میں توڑ دیا جاتا ہے۔

زون III (موثر ایٹمائزیشن زون):تیز رفتار-گیس جیٹ قطروں کو مزید باریک ذرات میں توڑ دیتا ہے۔

زون چہارم (کولنگ اور ٹھنڈک زون):بوندیں آزادانہ طور پر گرتی ہیں اور ٹھنڈا ہونے پر کروی پاؤڈر میں مضبوط ہوجاتی ہیں۔