3D প্রিন্টেড টাইটানিয়াম স্ট্রাকচার অতিপ্রাকৃত শক্তি দেখায়

একটি 3D প্রিন্টেড 'মেটামেটেরিয়াল' ওজনের জন্য শক্তির গর্ব করার মাত্রা যা সাধারণত প্রকৃতিতে দেখা যায় না বা উত্পাদন পরিবর্তন করতে পারে কীভাবে আমরা মেডিকেল ইমপ্লান্ট থেকে বিমান বা রকেটের যন্ত্রাংশ পর্যন্ত সবকিছু তৈরি করি।

স্টাডি লিড জর্ডান নরোনহা টাইটানিয়াম জালি কিউব ধরে রেখেছেন। ইমেজ ক্রেডিট: আরএমআইটি বিশ্ববিদ্যালয়

আরএমআইটি ইউনিভার্সিটির গবেষকরা নতুন মেটামেটেরিয়াল তৈরি করেছেন - একটি শব্দ যা প্রকৃতিতে দেখা যায় না এমন একটি কৃত্রিম উপাদান বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয় - সাধারণ টাইটানিয়াম খাদ থেকে।

তবে এটি উপাদানটির অনন্য জালি কাঠামো নকশা, সম্প্রতি অ্যাডভান্সড ম্যাটেরিয়ালস জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে, যা এটিকে সাধারণ ছাড়া অন্য কিছু করে তোলে: পরীক্ষাগুলি দেখায় যে এটি মহাকাশ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত অনুরূপ ঘনত্বের পরবর্তী শক্তিশালী খাদ থেকে 50% শক্তিশালী।

প্রকৃতির নকশা উন্নত করা

ফাঁপা স্ট্রট দিয়ে তৈরি জালিকাঠামো মূলত প্রকৃতির দ্বারা অনুপ্রাণিত হয়েছিল: ভিক্টোরিয়া ওয়াটার লিলি বা শক্ত অঙ্গ পাইপ কোরাল (টুবিপোরা মিউজিকা) এর মতো শক্তিশালী ফাঁপা-কাণ্ডযুক্ত উদ্ভিদ আমাদের হালকাতা এবং শক্তিকে একত্রিত করার উপায় দেখিয়েছিল।

যাইহোক, RMIT-এর বিশিষ্ট অধ্যাপক মা কিয়ান ব্যাখ্যা করেছেন, ধাতুগুলিতে এই ফাঁপা 'সেলুলার স্ট্রাকচার'কে প্রতিলিপি করার কয়েক দশকের চেষ্টাগুলি ফাঁপা স্ট্রটগুলির অভ্যন্তরীণ অংশগুলিতে ঘনীভূত উত্পাদনশীলতা এবং লোড স্ট্রেসের সাধারণ সমস্যাগুলির দ্বারা হতাশ হয়েছে, যা অকাল ব্যর্থতার দিকে পরিচালিত করে।

"আদর্শভাবে, সমস্ত জটিল সেলুলার সামগ্রীতে চাপ সমানভাবে ছড়িয়ে দেওয়া উচিত," কিয়ান ব্যাখ্যা করেছেন।

"তবে, বেশিরভাগ টপোলজির জন্য, অর্ধেকেরও কম উপাদানের প্রধানত সংকোচনশীল লোড বহন করা সাধারণ, যখন উপাদানের বড় আয়তন কাঠামোগতভাবে নগণ্য।"

মেটাল 3D প্রিন্টিং এই সমস্যাগুলির জন্য অভূতপূর্ব উদ্ভাবনী সমাধান প্রদান করে।

3D প্রিন্টিং ডিজাইনকে তার সীমাতে ঠেলে দিয়ে, RMIT টিম একটি নতুন ধরনের জালিকাঠামোকে অপ্টিমাইজ করেছে যাতে চাপকে আরও সমানভাবে বিতরণ করা যায়, এর শক্তি বা কাঠামোগত দক্ষতা বৃদ্ধি করে।

"আমরা একটি ফাঁপা টিউবুলার জালিকাঠামো ডিজাইন করেছি যার ভিতরে একটি পাতলা ব্যান্ড চলছে। এই দুটি উপাদান একসাথে শক্তি এবং হালকাতা দেখায় যা প্রকৃতিতে আগে কখনো দেখা যায়নি," বলেছেন কিয়ান।

"স্ট্রেসকে সমানভাবে বিতরণ করার জন্য দুটি পরিপূরক জালি কাঠামোকে কার্যকরভাবে একত্রিত করে, আমরা দুর্বল পয়েন্টগুলি এড়াই যেখানে স্ট্রেস সাধারণত ঘনীভূত হয়।"

লেজার চালিত শক্তি

টিম 3D লেজার পাউডার বেড ফিউশন নামক একটি প্রক্রিয়া ব্যবহার করে RMIT-এর অ্যাডভান্সড ম্যানুফ্যাকচারিং প্রিসিন্টে এই নকশাটি প্রিন্ট করেছে, যেখানে একটি উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন লেজার রশ্মি ব্যবহার করে ধাতব পাউডারের স্তরগুলি গলে যায়৷

পরীক্ষায় দেখা গেছে মুদ্রিত নকশা - একটি টাইটানিয়াম জালি কিউব - কাস্ট ম্যাগনেসিয়াম অ্যালয় WE54 এর চেয়ে 50% শক্তিশালী, যা মহাকাশ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত অনুরূপ ঘনত্বের শক্তিশালী খাদ। নতুন কাঠামো কার্যকরভাবে জালির কুখ্যাত দুর্বল পয়েন্টগুলিতে কেন্দ্রীভূত চাপের পরিমাণকে অর্ধেক করে দিয়েছে।

ডাবল ল্যাটিস ডিজাইনের অর্থ হল যে কোনও ফাটল কাঠামোর সাথে ডিফ্লেক্ট করা হয়েছে, যা আরও শক্ততা বাড়ায়।

অধ্যয়নের প্রধান লেখক এবং RMIT পিএইচডি প্রার্থী জর্ডান নরোনহা বলেছেন যে তারা বিভিন্ন ধরণের প্রিন্টার ব্যবহার করে কয়েক মিলিমিটার বা কয়েক মিটার আকারের স্কেলে এই কাঠামো তৈরি করতে পারে।

এই মুদ্রণযোগ্যতা, শক্তি, জৈব-সামঞ্জস্যতা, জারা এবং তাপ প্রতিরোধের সাথে এটিকে অনেকগুলি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য প্রতিশ্রুতিশীল প্রার্থী করে তোলে যেমন হাড় ইমপ্লান্ট থেকে বিমান বা রকেটের যন্ত্রাংশ পর্যন্ত।

"বর্তমানে উচ্চ শক্তি এবং হালকা ওজনের প্রয়োজনীয় বাণিজ্যিক অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত সবচেয়ে শক্তিশালী উপলব্ধ কাস্ট ম্যাগনেসিয়াম খাদের সাথে তুলনা করে, তুলনামূলক ঘনত্বের সাথে আমাদের টাইটানিয়াম মেটামেটেরিয়ালকে কমপ্রেসিভ লোডিংয়ের অধীনে স্থায়ী আকৃতি পরিবর্তনের জন্য অনেক বেশি শক্তিশালী বা কম সংবেদনশীল বলে দেখানো হয়েছে, উল্লেখ না করার জন্য এটি আরও সম্ভাব্য। উত্পাদন," Noronha বলেন.

দলটি সর্বাধিক দক্ষতার জন্য উপাদানটিকে আরও পরিমার্জিত করার এবং উচ্চ-তাপমাত্রার পরিবেশে অ্যাপ্লিকেশনগুলি অন্বেষণ করার পরিকল্পনা করেছে।

বর্তমানে 350 ডিগ্রি পর্যন্ত তাপমাত্রা প্রতিরোধী হলেও, তারা বিশ্বাস করে যে এটি মহাকাশ বা অগ্নিনির্বাপক ড্রোনগুলিতে অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আরও তাপ-প্রতিরোধী টাইটানিয়াম অ্যালয় ব্যবহার করে 600 ডিগ্রি পর্যন্ত তাপমাত্রা সহ্য করার জন্য তৈরি করা যেতে পারে।

যেহেতু এই নতুন উপাদান তৈরির প্রযুক্তি এখনও ব্যাপকভাবে উপলব্ধ নয়, তাই শিল্প দ্বারা এটি গ্রহণে কিছুটা সময় লাগতে পারে।

"প্রথাগত উত্পাদন প্রক্রিয়াগুলি এই জটিল ধাতু মেটাম্যাটেরিয়ালগুলি তৈরির জন্য ব্যবহারিক নয়, এবং প্রত্যেকেরই তাদের গুদামে লেজার পাউডার বেড ফিউশন মেশিন নেই," তিনি বলেছিলেন।

"তবে, প্রযুক্তির বিকাশের সাথে সাথে, এটি আরও অ্যাক্সেসযোগ্য হয়ে উঠবে এবং মুদ্রণ প্রক্রিয়া আরও দ্রুত হয়ে উঠবে, একটি বৃহত্তর শ্রোতাকে তাদের উপাদানগুলিতে আমাদের উচ্চ-শক্তির মাল্টি-টোপোলজি মেটাম্যাটেরিয়ালগুলি বাস্তবায়ন করতে সক্ষম করবে৷ গুরুত্বপূর্ণভাবে, মেটাল 3D প্রিন্টিং সহজে নেট আকৃতি তৈরির অনুমতি দেয়৷ বাস্তব অ্যাপ্লিকেশনের জন্য।"

RMIT-এর অ্যাডভান্সড ম্যানুফ্যাকচারিং প্রিসিনক্টের টেকনিক্যাল ডিরেক্টর, বিশিষ্ট অধ্যাপক মিলান ব্র্যান্ডট বলেছেন, দলটি অনেক সম্ভাব্য অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে সহযোগিতা করতে চায় এমন কোম্পানিগুলিকে স্বাগত জানায়।

"আমাদের দৃষ্টিভঙ্গি হল চ্যালেঞ্জগুলি চিহ্নিত করা এবং সহযোগিতামূলক নকশা, জ্ঞান বিনিময়, কাজ-ভিত্তিক শিক্ষা, সমালোচনামূলক সমস্যা সমাধান এবং গবেষণার অনুবাদের মাধ্যমে সুযোগ তৈরি করা," তিনি বলেছিলেন।