थ्री डी प्रिंटेड धातु को नये आकार से मजबूती, देखें वीडियो

धातु थ्री डी प्रिंटिंग की चरम स्थितियों के तहत बनाई गई मिश्र धातु, धातु के हिस्सों को बनाने का एक नया तरीका है। परमाणु पैमाने पर इस एल्युमिनियम को समझने से थ्री डी-प्रिंटेड भागों जैसे कि हवाई जहाज़ के पुर्जे, हीट एक्सचेंजर और कार चेसिस की एक पूरी नई श्रेणी तैयार हो सकेगी। यह नए एल्युमिनियम मिश्र धातुओं पर शोध के लिए भी द्वार खोलेगा जो मज़बूती के लिए क्वासिक्रिस्टल का उपयोग करते हैं।

क्वासिक्रिस्टल सामान्य क्रिस्टल की तरह ही होते हैं, लेकिन उनमें कुछ मुख्य अंतर होते हैं। पारंपरिक क्रिस्टल कोई भी ठोस पदार्थ होता है जो दोहराए जाने वाले पैटर्न में परमाणुओं या अणुओं से बना होता है।

उदाहरण के लिए टेबल सॉल्ट एक आम क्रिस्टल है। नमक के परमाणु जुड़कर क्यूब्स बनाते हैं और वे सूक्ष्म क्यूब्स जुड़कर बड़े क्यूब्स बनाते हैं जो नंगी आँखों से देखने लायक बड़े होते हैं।

परमाणुओं के लिए दोहराए जाने वाले क्रिस्टल पैटर्न बनाने के केवल 230 संभावित तरीके हैं। क्वासिक्रिस्टल उनमें से किसी में भी फ़िट नहीं होते। उनका अनोखा आकार उन्हें एक पैटर्न बनाने देता है जो जगह को भर देता है, लेकिन कभी दोहराता नहीं है।

टेक्नियन-इज़राइल इंस्टीट्यूट ऑफ़ टेक्नोलॉजी के मैटेरियल साइंटिस्ट डैन शेचमैन ने 1980 के दशक में NIST में अवकाश के दौरान क्वासिक्रिस्टल की खोज की थी।

उस समय कई वैज्ञानिकों ने सोचा था कि उनका शोध त्रुटिपूर्ण था क्योंकि उन्होंने जो नए क्रिस्टल आकार खोजे थे, वे क्रिस्टल के सामान्य नियमों के तहत संभव नहीं थे।

लेकिन सावधानीपूर्वक शोध के माध्यम से, शेचमैन ने बिना किसी संदेह के साबित कर दिया कि इस नए प्रकार के क्रिस्टल मौजूद हैं, क्रिस्टलोग्राफी के विज्ञान में क्रांति ला दी और 2011 में रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार जीता।

शेचमैन के साथ दशकों बाद उसी इमारत में काम करते हुए, एंड्रयू इम्स ने थ्री डी-प्रिंटेड एल्युमिनियम में अपने क्वासिक्रिस्टल पाए।

धातुओं को थ्री डी-प्रिंट करने के कुछ अलग-अलग तरीके हैं, लेकिन सबसे आम तरीका पाउडर बेड फ़्यूज़न कहलाता है। यह इस तरह काम करता है कि धातु के पाउडर को एक पतली परत में समान रूप से फैलाया जाता है।

फिर एक शक्तिशाली लेज़र पाउडर के ऊपर चलता है, जो इसे एक साथ पिघला देता है। पहली परत के खत्म होने के बाद, पाउडर की एक नई परत ऊपर फैलाई जाती है और प्रक्रिया दोहराई जाती है। एक बार में एक परत, लेजर पाउडर को पिघलाकर ठोस आकार देता है।

थ्री डी प्रिंटिंग ऐसी आकृतियाँ बनाती है जो किसी अन्य विधि से असंभव होंगी। धातु थ्री डी प्रिंटिंग की सीमाओं में से एक यह है कि यह केवल मुट्ठी भर धातुओं के साथ काम करती है। उच्च शक्ति वाले एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को प्रिंट करना लगभग असंभव है, पेपर के सह-लेखक भौतिक विज्ञानी फैन झांग कहते हैं।

सामान्य एल्युमिनियम लगभग 700 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पिघलता है। थ्री डी प्रिंटर में लेजर को तापमान को बहुत अधिक बढ़ाना चाहिए: धातु के क्वथनांक, 2,470 डिग्री सेल्सियस से भी अधिक।

इससे धातु के बहुत से गुण बदल जाते हैं, खासकर इसलिए क्योंकि एल्युमिनियम अन्य धातुओं की तुलना में तेज़ी से गर्म और ठंडा होता है। 2017 में, कैलिफ़ोर्निया स्थित HRL प्रयोगशालाओं और UC सांता बारबरा की एक टीम ने एक उच्च-शक्ति वाले एल्युमिनियम मिश्र धातु की खोज की जिसे थ्री डी प्रिंट किया जा सकता है। उन्होंने पाया कि एल्युमिनियम पाउडर में ज़िरकोनियम मिलाने से थ्री डी-प्रिंट किए गए भागों में दरार नहीं पड़ती, जिसके परिणामस्वरूप एक मजबूत मिश्र धातु बनती है।