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एमआईटी में विकसित एक नया ताप उपचार 3डी प्रिंटेड धातुओं की सूक्ष्म संरचना को बदलता है, जिससे सामग्री मजबूत और अत्यधिक तापीय स्थितियों के लिए अधिक प्रतिरोधी बन जाती है।यह तकनीक बिजली पैदा करने वाले गैस टर्बाइनों और जेट इंजनों के लिए उच्च-प्रदर्शन वाले ब्लेड और वैन की 3डी प्रिंटिंग को सक्षम कर सकती है, जिससे ईंधन की खपत और ऊर्जा दक्षता को कम करने के लिए नए डिजाइन तैयार किए जा सकते हैं।
आज के गैस टर्बाइन ब्लेड एक पारंपरिक ढलाई प्रक्रिया का उपयोग करके बनाए जाते हैं जिसमें पिघली हुई धातु को जटिल आकार में डाला जाता है और दिशात्मक रूप से ठोस किया जाता है।इन घटकों को ग्रह पर सबसे अधिक गर्मी प्रतिरोधी धातु मिश्र धातुओं से बनाया गया है, क्योंकि वे अत्यधिक गर्म गैसों में उच्च गति से स्पिन करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, बिजली संयंत्रों में बिजली उत्पन्न करने के लिए काम निकालते हैं और जेट इंजनों के लिए जोर प्रदान करते हैं।
3डी प्रिंटिंग का उपयोग करके टरबाइन ब्लेड के उत्पादन में रुचि बढ़ रही है, जो पर्यावरण और आर्थिक लाभों के अलावा, निर्माताओं को अधिक जटिल और ऊर्जा-कुशल ज्यामितीय ब्लेड का उत्पादन करने की अनुमति देता है।लेकिन 3डी प्रिंट टर्बाइन ब्लेड के प्रयासों को अभी तक एक बड़ी बाधा को दूर करना है: रेंगना।
धातु विज्ञान में, रेंगने को निरंतर यांत्रिक तनाव और उच्च तापमान के तहत अपरिवर्तनीय रूप से विकृत करने के लिए धातु की प्रवृत्ति के रूप में समझा जाता है।जबकि शोधकर्ता टर्बाइन ब्लेड को प्रिंट करने की संभावना तलाश रहे थे, उन्होंने पाया कि प्रिंटिंग प्रक्रिया दसियों से लेकर सैकड़ों माइक्रोमीटर के आकार के बारीक अनाज का उत्पादन करती है - एक माइक्रोस्ट्रक्चर जो विशेष रूप से रेंगने के लिए प्रवण होता है।
"व्यावहारिक रूप से, इसका मतलब है कि गैस टरबाइन का जीवन कम होगा या कम किफायती होगा," एमआईटी में एयरोस्पेस के बोइंग प्रोफेसर ज़ाचरी कोर्डेरो ने कहा।"ये महंगे खराब परिणाम हैं।"
कोर्डेरो और सहकर्मियों ने एक अतिरिक्त ताप उपचार कदम जोड़कर 3डी प्रिंटेड मिश्र धातुओं की संरचना में सुधार करने का एक तरीका खोजा है जो मुद्रित सामग्री के ठीक अनाज को बड़े "स्तंभ" अनाज में बदल देता है - एक मजबूत माइक्रोस्ट्रक्चर जो सामग्री की रेंगने की क्षमता को कम करता है।सामग्री क्योंकि "स्तंभ" अधिकतम तनाव के अक्ष के साथ संरेखित होते हैं।शोधकर्ताओं का कहना है कि एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में आज उल्लिखित दृष्टिकोण गैस टरबाइन ब्लेड के औद्योगिक 3 डी प्रिंटिंग का मार्ग प्रशस्त करता है।
"निकट भविष्य में, हम उम्मीद करते हैं कि गैस टरबाइन निर्माता बड़े पैमाने पर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग प्लांट्स में अपने ब्लेड प्रिंट करेंगे और फिर हमारे हीट ट्रीटमेंट का उपयोग करके उन्हें पोस्ट-प्रोसेस करेंगे," कोर्डेरो ने कहा।"3 डी प्रिंटिंग नए कूलिंग आर्किटेक्चर को सक्षम करेगी जो टर्बाइनों की थर्मल दक्षता को बढ़ा सकती है, जिससे उन्हें कम ईंधन जलाने और अंततः कम कार्बन डाइऑक्साइड का उत्सर्जन करते हुए समान मात्रा में बिजली का उत्पादन करने की अनुमति मिलती है।"
कोर्डेरो के अध्ययन को मुख्य लेखक डोमिनिक पिची, क्रिस्टोफर कार्टर, और मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के एंड्रेस गार्सिया-जिमनेज, उरबाना-शैंपेन में इलिनोइस विश्वविद्यालय के अनुग्रहप्रदा मुकुंदन और मैरी-अगाथा शार्पन और ओक के डोनोवन लियोनार्ड द्वारा सह-लेखक बनाया गया था। रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला।
टीम की नई विधि दिशात्मक पुनर्संरचना का एक रूप है, एक गर्मी उपचार जो एक गर्म क्षेत्र के माध्यम से एक नियंत्रित नियंत्रित दर पर सामग्री को स्थानांतरित करता है, सामग्री के कई सूक्ष्म अनाज को बड़े, मजबूत, अधिक समान क्रिस्टल में फ़्यूज़ करता है।
दिशात्मक पुन: क्रिस्टलीकरण का आविष्कार 80 साल पहले किया गया था और विकृत सामग्रियों पर लागू किया गया था।अपने नए अध्ययन में, एमआईटी की एक टीम ने 3डी प्रिंटेड सुपरऑलॉयज के लिए निर्देशित पुनर्क्रिस्टलीकरण लागू किया है।
टीम ने इस विधि का परीक्षण 3डी प्रिंटेड निकेल-आधारित सुपरऑलॉयज पर किया, धातुएं आमतौर पर डाली जाती हैं और गैस टर्बाइन में उपयोग की जाती हैं।प्रयोगों की एक श्रृंखला में, शोधकर्ताओं ने एक इंडक्शन कॉइल के ठीक नीचे कमरे के तापमान के पानी के स्नान में रॉड जैसी सुपरलॉइज़ के 3डी-मुद्रित नमूने रखे।उन्होंने धीरे-धीरे प्रत्येक छड़ को पानी से बाहर निकाला और इसे अलग-अलग गति से एक कुंडल के माध्यम से पारित किया, छड़ों को 1200 से 1245 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर काफी गर्म किया।
उन्होंने पाया कि रॉड को एक निश्चित गति (2.5 मिलीमीटर प्रति घंटे) और एक निश्चित तापमान (1235 डिग्री सेल्सियस) पर खींचने से एक तेज तापमान प्रवणता पैदा होती है जो प्रिंट मीडिया के सूक्ष्म सूक्ष्म संरचना में संक्रमण को ट्रिगर करती है।
कोर्डेरो ने समझाया, "सामग्री छोटे कणों के रूप में शुरू होती है, जिसमें डिस्लोकेशन नामक दोष होते हैं, जैसे टूटी हुई स्पेगेटी।""जब आप सामग्री को गर्म करते हैं, तो ये दोष गायब हो जाते हैं और फिर से बनते हैं, और अनाज बढ़ सकता है।दोषपूर्ण सामग्री और छोटे दानों को अवशोषित करके अनाज-एक प्रक्रिया जिसे पुनर्संरचना कहा जाता है।
ऊष्मा-उपचारित छड़ों को ठंडा करने के बाद, शोधकर्ताओं ने ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करके उनके माइक्रोस्ट्रक्चर की जांच की और पाया कि सामग्री के अंकित सूक्ष्म दानों को "स्तंभ" अनाज, या लंबे, क्रिस्टल जैसे क्षेत्रों से बदल दिया गया था जो मूल से बहुत बड़े थे। अनाज।.
प्रमुख लेखक डोमिनिक पीच ने कहा, "हमने पूरी तरह से पुनर्गठित किया।""हम दिखाते हैं कि हम बड़ी संख्या में स्तंभ अनाज बनाने के लिए परिमाण के कई आदेशों द्वारा अनाज के आकार को बढ़ा सकते हैं, जो सैद्धांतिक रूप से रेंगने वाले गुणों में महत्वपूर्ण सुधार की ओर ले जाना चाहिए।"
टीम ने यह भी दिखाया कि वे विशिष्ट अनाज आकार और अभिविन्यास के क्षेत्रों को बनाने, सामग्री के बढ़ते अनाज को सुदृढ़ करने के लिए रॉड नमूने की पुल दर और तापमान को नियंत्रित कर सकते हैं।कोर्डेरो कहते हैं कि इस स्तर का नियंत्रण निर्माताओं को साइट-विशिष्ट माइक्रोस्ट्रक्चर के साथ टरबाइन ब्लेड प्रिंट करने की अनुमति दे सकता है, जिसे विशिष्ट परिचालन स्थितियों के अनुरूप बनाया जा सकता है।
कोर्डेरो टर्बाइन ब्लेड के करीब 3डी प्रिंटेड भागों के ताप उपचार का परीक्षण करने की योजना बना रहा है।टीम तन्य शक्ति में तेजी लाने के साथ-साथ गर्मी उपचारित संरचनाओं के रेंगने के प्रतिरोध का परीक्षण करने के तरीकों पर भी गौर कर रही है।वे तब अनुमान लगाते हैं कि गर्मी उपचार 3 डी प्रिंटिंग के व्यावहारिक अनुप्रयोग को अधिक जटिल आकार और पैटर्न के साथ औद्योगिक-ग्रेड टरबाइन ब्लेड बनाने में सक्षम बना सकता है।
कोर्डेरो ने कहा, "नए ब्लेड और ब्लेड ज्यामिति भूमि आधारित गैस टर्बाइन और अंततः विमान इंजन को अधिक ऊर्जा कुशल बनाती हैं।""आधारभूत दृष्टिकोण से, यह इन उपकरणों की दक्षता में सुधार करके CO2 उत्सर्जन को कम कर सकता है।"
पोस्ट करने का समय: नवंबर-15-2022
