पहला 3डी प्रिंटेड हाई-परफॉर्मेंस नैनोस्ट्रक्चर्ड एलॉय अल्ट्रा-स्ट्रेंथ और डक्टिलिटी को मिलाता है

वैज्ञानिकों की एक टीम ने 3डी प्रिंटेड एक दोहरे चरण वाले नैनोस्ट्रक्चर्ड हाई-एन्ट्रॉपी मिश्र धातु को मुद्रित किया है जो ताकत और लचीलापन में अन्य अत्याधुनिक योजक निर्माण सामग्री से आगे निकल जाता है। यह सफलता एयरोस्पेस, दवा, ऊर्जा और परिवहन में अनुप्रयोगों के लिए उच्च प्रदर्शन घटकों को जन्म दे सकती है। यह काम यूनिवर्सिटी ऑफ मैसाचुसेट्स एमहर्स्ट और जॉर्जिया टेक के शोधकर्ताओं ने किया है। यूमास एम्हेर्स्ट में मैकेनिकल और औद्योगिक इंजीनियरिंग के सहयोगी प्रोफेसर वेन चेन और जॉर्जिया टेक में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर टिंग झू के नेतृत्व में, यह प्रकृति पत्रिका में 3 अगस्त को प्रकाशित हुआ था।

पिछले 15 वर्षों में, सामग्री विज्ञान में एक नए प्रतिमान के रूप में उच्च-एन्ट्रॉपी मिश्र (HEAs) लोकप्रियता में बढ़े हैं। वे लगभग समान अनुपात में पांच या अधिक तत्वों से बने होते हैं, जो मिश्र धातु डिजाइनों को लगभग असीम अद्वितीय संयोजन बनाने की क्षमता प्रदान करते हैं। पीतल, स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और कांस्य जैसे पारंपरिक मिश्र धातुओं में एक प्रमुख तत्व और एक या अधिक ट्रेस तत्वों का संयोजन होता है।

3डी प्रिंटिंग, जिसे एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के रूप में भी जाना जाता है, हाल ही में एक शक्तिशाली सामग्री विकास पद्धति के रूप में उभरा है। लेजर-आधारित 3डी प्रिंटिंग बड़े तापमान प्रवणता और उच्च शीतलन दर उत्पन्न कर सकती है, जिसे पारंपरिक तरीकों से प्राप्त नहीं किया जा सकता है। हालांकि, "नई संपत्तियों को प्राप्त करने के लिए एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग और HEA के संयुक्त लाभों का लाभ उठाने की क्षमता काफी हद तक अप्रयुक्त है," झू ने कहा।

यूमास मल्टीस्केल मैटेरियल्स एंड मैन्युफैक्चरिंग लेबोरेटरी में वेन चेन और उनकी टीम ने अभूतपूर्व गुणों के साथ नई सामग्री विकसित करने के लिए अत्याधुनिक 3 डी प्रिंटिंग तकनीक, लेजर पाउडर बेड फ्यूजन के साथ एचईए को जोड़ा। चूंकि प्रक्रिया पारंपरिक धातुकर्म प्रक्रियाओं की तुलना में सामग्री को बहुत जल्दी पिघला देती है और ठोस बनाती है, "आपको एक बहुत अलग सूक्ष्म संरचना मिलती है जो संतुलन से बहुत दूर है, " चेन ने कहा। यह सूक्ष्म संरचना एक वेब की तरह दिखती है, जिसमें नैनोस्टार संरचनाओं की बारी-बारी से परतें होती हैं, जिन्हें फेस-सेंटेड क्यूबिक (FCC) और बॉडी-सेंटेड क्यूबिक (BCC) के रूप में जाना जाता है, जो रैंडम ओरिएंटेशन ग्रुप के साथ माइक्रोस्कोपिक यूटेक्टिक क्रिस्टल में एम्बेडेड होती हैं। पदानुक्रमित नैनोसंरचित HEA दो चरणों के सहकारी विरूपण को सक्षम बनाता है।

चेन वेन ने कहा: "इस असामान्य सूक्ष्म संरचना की परमाणु पुनर्व्यवस्था अति-उच्च शक्ति के साथ-साथ बढ़ी हुई लचीलापन पैदा करती है, जो असामान्य है क्योंकि आम तौर पर मजबूत सामग्री भंगुर होती है। यह पारंपरिक धातु कास्टिंग के विपरीत है। अनुपात, हमें लगभग तीन मिलते हैं न केवल लचीलापन खोए बिना, बल्कि वास्तव में एक ही समय में बढ़ती लचीलापन। कई अनुप्रयोगों के लिए, ताकत और लचीलापन का संयोजन महत्वपूर्ण है। हमारे निष्कर्षों का सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग दोनों के लिए प्रभाव पड़ता है यह मूल और रोमांचक है। "

पेपर के पहले लेखक जी रेन ने कहा, "उच्च शक्ति और लचीलापन के साथ एचईए का उत्पादन करने की क्षमता का मतलब है कि ये 3 डी प्रिंटिंग सामग्री लागू विरूपण का विरोध करने में मजबूत हैं, जो बेहतर यांत्रिक दक्षता और ऊर्जा बचत के साथ हल्के ढांचे के डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण है।" .

जॉर्जिया टेक में टिंग झू के समूह ने अध्ययन के लिए कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग का नेतृत्व किया। उन्होंने एफसीसी और बीसीसी नैनोकणों द्वारा निभाई गई यांत्रिक भूमिका को समझने के लिए दो-चरण क्रिस्टल की प्लास्टिसिटी का एक कम्प्यूटेशनल मॉडल विकसित किया और सामग्री को ताकत और लचीलापन बढ़ाने के लिए वे एक साथ कैसे काम करते हैं।

"हमारे सिमुलेशन परिणाम बीसीसी नैनोकणों की आश्चर्यजनक ताकत और सख्त प्रतिक्रिया दिखाते हैं, जो हमारे मिश्र धातुओं में ताकत और लचीलापन के उत्कृष्ट तालमेल को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण हैं।" झू टिंग ने कहा, "यह यंत्रवत समझ भविष्य का मार्गदर्शन कर सकती है। विशेष यांत्रिक गुणों के साथ 3डी प्रिंटेड एचईए का विकास एक महत्वपूर्ण आधार प्रदान करता है।"

इसके अलावा, 3डी प्रिंटिंग ज्यामितीय रूप से जटिल और कस्टम भागों के निर्माण के लिए एक शक्तिशाली उपकरण प्रदान करती है। भविष्य में, 3डी प्रिंटिंग तकनीक और एचईए के विशाल मिश्र धातु डिजाइन स्थान का लाभ बायोमेडिकल और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए अंतिम भागों के प्रत्यक्ष उत्पादन के लिए कई अवसर प्रदान करता है।