3D मुद्रण के द्वारा जटिल संरचनाओं और हल्के गुणों वाले धातु भागों का आसानी से उत्पादन किया जा सकता है, जो भार कम करने और एकीकरण की अनुमति देने वाले अगली पीढ़ी के उच्च-स्तरीय उपकरणों—जैसे विमान और अंतरिक्ष यान—के लिए अत्यधिक आकर्षक है। हालाँकि, 3D मुद्रण द्वारा निर्मित धातु भागों में आमतौर पर एक गंभीर कमी होती है—खराब थकान प्रदर्शन, अर्थात् वे चक्रीय भार के अधीन थकान विदरण के प्रति संवेदनशील होते हैं, जिससे उनके मुख्य अनुप्रयोगों पर गंभीर प्रतिबंध लग जाता है। हाल ही में, चीनी विज्ञान अकादमी (CAS) के धातु अनुसंधान संस्थान (IMR, CAS) के शोधकर्ता झांग झेफेंग और झांग झेनजून के नेतृत्व वाली एक टीम ने 3D मुद्रण के लिए एक नई उत्पादनोत्तर प्रक्रिया विकसित की है। इस NAMP प्रौद्योगिकी के माध्यम से उत्पादित टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री विभिन्न प्रतिबल अनुपात की स्थितियों के तहत अभूतपूर्व थकान प्रतिरोध प्रदर्शित करती है, जिसका समग्र थकान प्रदर्शन सभी ज्ञात धातु सामग्रियों से श्रेष्ठ है, अतः यह 3D मुद्रण प्रौद्योगिकी के उच्च-परिशुद्धता और अग्रणी क्षेत्रों में अनुप्रयोग के लिए एक प्रमुख बाधा को दूर करता है। संबंधित शोध परिणाम Science Advances में प्रकाशित किए गए हैं।
शुरुआती 2024 में, टीम ने एक नई NAMP प्रक्रिया का आविष्कार किया, जो सामग्रियों की आंतरिक संरचना और दोषों को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकती है। इस प्रक्रिया द्वारा तैयार किया गया टाइटेनियम मिश्र धातुओं में से सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला Ti-6Al-4V, दोनों सूक्ष्म छिद्रों और मोटी सूक्ष्म संरचनाओं को दूर कर सकता है—जो दोनों थकान के मुख्य कारण हैं। यह नई सामग्री ने "तन्य-तन्य" प्रतिबल अनुपात की स्थितियों के तहत "विशिष्ट थकान सामर्थ्य" के विश्व रिकॉर्ड को तोड़ दिया।
हालांकि, वास्तविक दुनिया के भागों जैसे विमान इंजन के ब्लेड और लैंडिंग गियर को अत्यंत जटिल तनाव स्थितियों के अधीन किया जाता है, जिनमें केवल "तन्य-तन्य" के साथ-साथ "तन्य-संपीड़न" परिदृश्य भी शामिल हैं, अर्थात् तनाव अनुपात परिवर्तनशील है। विभिन्न तनाव अनुपात भौतिक सामग्री के अंदर विभिन्न क्षति यांत्रिकी को उत्प्रेरित कर सकते हैं। पारंपरिक टाइटेनियम मिश्र धातुओं के सूक्ष्म संरचनाओं में अक्सर सीमाएँ होती हैं—वे केवल कुछ विशिष्ट तनाव अनुपातों के तहत अच्छा प्रदर्शन करती हैं, लेकिन जब तनाव अनुपात बदलता है तो उनका प्रदर्शन कमजोर हो सकता है। इससे सभी कार्य स्थितियों में अच्छा प्रदर्शन करने वाली सामग्री का निर्माण करना बहुत कठिन हो जाता है।
इस अधिक जटिल चुनौती का सामना करते हुए, शोध टीम ने टाइटेनियम मिश्र धातुओं में कई कमजोर कड़ियाँ पहचानीं जो थकान-उत्पन्न दरारों के प्रति संवेदनशील हैं और उन तनाव मोड्स को भी पहचाना जिनके अधीन ये दरारें उत्पन्न होती हैं। NAMP प्रक्रिया का उपयोग करके, उन्होंने लगभग छिद्र-मुक्त 3D मुद्रित संरचनाएँ तैयार कीं, जो सभी कमजोर कड़ियों को एक साथ अनुकूलित कर सकती हैं। यह 3D मुद्रित टाइटेनियम मिश्र धातु पूर्ण तनाव अनुपात की स्थितियों के तहत उच्च थकान सामर्थ्य बनाए रखने के गुण को प्रदर्शित करती है।
प्रयोगात्मक आँकड़े दर्शाते हैं कि विभिन्न तनाव अनुपातों के तहत थकान परीक्षणों में, इस नई सामग्री की थकान सामर्थ्य न केवल सभी टाइटेनियम मिश्र धातुओं से अधिक है, बल्कि इसकी "विशिष्ट थकान सामर्थ्य" सभी धातु सामग्रियों की तुलना में समग्र रूप से श्रेष्ठ है, जिससे एक निर्मित विश्व रिकॉर्ड स्थापित हुआ है।
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