एक्सट्रूज़न, जो हल्के धातुओं से बने जटिल भागों का उत्पादन कर सकता है, इमारतों से लेकर इलेक्ट्रिक वाहनों तक हर चीज़ के लिए एक महत्वपूर्ण विनिर्माण प्रक्रिया है।पैसिफिक नॉर्थवेस्ट नेशनल लेबोरेटरी (पीएनएनएल) ने पेटेंट करायाशियर असिस्टेड प्रोसेसिंग और एक्सट्रूज़न (ShAPE)तकनीक पारंपरिक एक्सट्रूज़न से एक कदम आगे है, जो असाधारण गुणों वाली सामग्री और घटकों को बनाने में सक्षम है जिन्हें पारंपरिक विनिर्माण के माध्यम से हासिल नहीं किया जा सकता है।

अब, अगली पीढ़ी की ShAPE मशीन PNNL में आ गई है, जहां यह ShAPE तकनीक की क्षमता साबित करने में मदद करेगी।"शेप 2", जो चालू है और चल रहा है, शोधकर्ताओं को बड़े, अधिक जटिल एक्सट्रूज़न का उत्पादन करने की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन किया गया है - जो शेप तकनीक के लिए कई वास्तविक दुनिया के औद्योगिक अनुप्रयोगों की दिशा में एक बड़ा कदम है।

"यह हमें उन चीज़ों के दायरे में ले जाता है जो वास्तविक इमारतों और वास्तविक कारों में जा सकती हैं," ShAPE के सह-डेवलपर और पीएनएनएल के मुख्य सामग्री वैज्ञानिक स्कॉट व्हेलन ने कहा।"शेप 2 पर, हमने पहले से ही ऐसे प्रोफाइल बनाए हैं जो वास्तविक दुनिया के हिस्सों की जरूरतों को पूरा करते हैं। उदाहरण के लिए, हमने दो इंच व्यास और 0.1 इंच की दीवार मोटाई वाली एक ट्यूब निकाली - छत की रेल के समान प्रोफ़ाइलफोर्ड एफ-150 पर।"

आकार में आना

निकाले गए धातु के घटकों को एक पासे में एक छेद के माध्यम से धातु के बिलेट को धकेल कर बनाया जाता है।परंपरागत रूप से, धातु बाहर निकालना डाई के माध्यम से धकेलने से पहले पूरे बिलेट को नरम करने के लिए बाहरी गर्मी का उपयोग करता है।

शेप के साथ ऐसा नहीं है।इसके बजाय, ShAPE विपरीत छोर पर अविश्वसनीय रूप से शक्तिशाली हाइड्रोलिक प्रेस के साथ डाई के पास एक घूमने वाले सिर को जोड़ता है।हाइड्रोलिक प्रेस बिलेट को डाई की ओर धकेलता है, और घूमने वाला सिर घर्षण उत्पन्न करता है जो डाई में प्रवेश करने वाले बिलेट के केवल हिस्से को गर्म और नरम करता है।

यह दृष्टिकोण अपरंपरागत रसायन शास्त्र और माइक्रोस्ट्रक्चर वाले हिस्सों के उत्पादन को सक्षम बनाता है जो बेहतर सामग्री गुणों का उत्पादन करते हैं, साथ ही उपभोक्ता के बाद एल्यूमीनियम स्क्रैप को बाहर निकालते हैं - जो पारंपरिक रीसाइक्लिंग विधियों की तुलना में सन्निहित ऊर्जा और कार्बन उत्सर्जन को 90% तक कम कर सकता है।

कठोर बेहतर तेज़ मज़बूत

पहली पीढ़ी की ShAPE मशीन, जो सात साल पहले शुरू हुई थी, ने अनुसंधान की एक विस्तृत श्रृंखला की मेजबानी की है, जो ऑटोमोटिव घटकों से लेकर अल्ट्रा-कंडक्टर तक के उपयोग के मामलों के लिए ShAPE की प्रयोज्यता को प्रदर्शित करती है।जैसा कि ShAPE 1 ने परीक्षण के बाद भी सफलता हासिल करना जारी रखा, शोधकर्ताओं ने अगले चरण की योजना बनाई: स्केल-अप।

शेप 2 दर्ज करें। नई मशीन को बॉन्ड टेक्नोलॉजीज द्वारा डिजाइन और निर्मित किया गया था और पिछले साल के अंत में पीएनएनएल की एप्लाइड एनर्जी प्रयोगशाला में वितरित किया गया था।मशीन ने तुरंत अपना पहला सफल एक्सट्रूज़न तैयार किया।

व्हेलन ने बताया, "शेप 1 की तुलना में, शेप 2 हमें तीन गुना मोटर शक्ति, चार गुना टॉर्क और 50% अधिक रैम बल देता है।"

महत्वपूर्ण रूप से, बहुत बड़ी शेप 2 मशीन बड़े एक्सट्रूज़न के उत्पादन को सक्षम बनाती है।जहां ShAPE 1 केवल 1/2 से 3/4-इंच व्यास सीमा में एक्सट्रूज़न का उत्पादन कर सकता है, वहीं ShAPE 2 1.5 या 2 इंच तक के व्यास वाले एक्सट्रूज़न को सक्षम करेगा।

कई अन्य अनुप्रयोगों के लिए, ShAPE 2 संभवतः लगभग आधे पैमाने पर घटकों का उत्पादन कर सकता है, जिसमें कई औद्योगिक रूप से निकाले गए घटकों के लिए लगभग चार इंच व्यास की आवश्यकता होती है।

"पीएनएनएल में, हमारा व्यवसाय अनुसंधान और विकास है," व्हेलन ने जोर दिया।"लेकिन स्केल-अप और अन्य विनिर्माण प्रश्नों को संबोधित करने से यह सुनिश्चित करने में मदद मिलती है कि ShAPE जैसी प्रौद्योगिकियां इसे प्रयोगशाला से बाहर और वास्तविक दुनिया में लाती हैं। लगभग आधे पैमाने पर, ShAPE 2 पहले से कहीं अधिक औद्योगिक रूप से प्रासंगिक है। यह इतना बड़ा है कि हितधारक और अधिकारी ऐसा कर सकते हैंलाभ और संभावनाओं में विश्वास करें।"

एक्सट्रूज़न आकार में वृद्धि के लिए धन्यवाद, शेप 2 शोधकर्ताओं को अपने एक्सट्रूज़न में अधिक जटिल विशेषताएं - जैसे जटिल बद्धी - बनाने की भी अनुमति देगा।

धातु का पैडल

पहला सवाल जो शेप 2 से पूछा जाएगा वह यह है कि क्या तकनीक को बढ़ाने से एक्सट्रूज़न के माइक्रोस्ट्रक्चर या भौतिक गुणों में कोई अप्रत्याशित परिवर्तन होता है।

पीएनएनएल के शोध इंजीनियर स्कॉट टेसम ने कहा, "हमें उम्मीद है - हालांकि अभी तक यह साबित नहीं हुआ है कि समान परिचालन स्थितियों को देखते हुए, ShAPE 1 और ShAPE 2 समान माइक्रोस्ट्रक्चर का उत्पादन करेंगे।"

एक-दूसरे के विरुद्ध ShAPE 1 और ShAPE 2 के आउटपुट का परीक्षण करके, शोधकर्ता यह प्रोजेक्ट करने की योजना बना रहे हैं कि एक पूर्ण, औद्योगिक पैमाने की ShAPE मशीन कैसे स्केल करने की संभावना है।

"यह एक नई प्रक्रिया है, और हमें लगता है कि हम समझते हैं कि इसका पैमाना कैसे होगा, लेकिन हमें ShAPE 1 और ShAPE 2 की सीमाओं को आगे बढ़ाकर प्रायोगिक डेटा के साथ अपने गणितीय अनुमानों को मान्य करने की आवश्यकता है," व्हेलन ने कहा।

शुरुआती परीक्षण में शेप 2 की ऊपरी सीमाओं का परीक्षण करने पर ध्यान केंद्रित किया जाएगा - दोनों गोल एक्सट्रूज़न और अधिक जटिल एक्सट्रूज़न के लिए - और उपभोक्ता के बाद एल्यूमीनियम स्क्रैप जैसी अधिक चुनौतीपूर्ण सामग्री पेश करने पर।

व्हेलन ने कहा, "हम एल्युमीनियम स्क्रैप से बड़े घटक बनाने के लिए उत्साहित हैं जिन्हें हम फिनिशिंग घरों में भेज सकते हैं, यह देखने के लिए कि हमारी पुनर्नवीनीकरण सामग्री एनोडाइजिंग, पेंटिंग, पाउडर कोटिंग इत्यादि पर कैसे प्रतिक्रिया करती है।"

"इमारत के लिए औरनिर्माण उद्योग, यह दिखाना महत्वपूर्ण होगा कि ये कोटिंग्स ShAPE-एक्सट्रूडेड एल्यूमीनियम स्क्रैप पर भी उतना ही अच्छा प्रदर्शन करती हैं जितना वे पारंपरिक रूप से एक्सट्रूडेड प्राथमिक मिश्र धातुओं पर करती हैं।

जबकि ShAPE 2 पर किए गए अधिकांश प्रारंभिक शोध स्वयं मशीन के मूल्यांकन पर केंद्रित होंगे, अन्य अनुसंधान परियोजनाएं वर्ष के अंत तक मशीन का उपयोग करना शुरू कर देंगी।आखिरकार, ShAPE 2 का उपयोग इमारतों, ऑटोमोटिव विनिर्माण, औद्योगिक डीकार्बोनाइजेशन और अन्य अनुप्रयोगों में फैले अनुसंधान क्षेत्रों के लिए किया जाएगा - उनमें से कुछ परियोजनाएं ShAPE 1 पर अनुसंधान से स्थानांतरित हो रही हैं।

सभी आकार और आकार

इस बीच, शेप 1 कहीं नहीं जा रहा है।व्हेलन ने कहा, "शेप 1 अभी भी एक शानदार मंच है जिसका उपयोग हम विज्ञान के क्षेत्र में हमेशा करते रहेंगे।"

टीम प्रक्रिया की वैज्ञानिक समझ को आगे बढ़ाने और अंततः काम को ShAPE 2 तक बढ़ाने के इच्छुक शोधकर्ताओं की सहायता के लिए कम जोखिम वाले कदम के रूप में ShAPE 1 का उपयोग करने की भी उम्मीद करती है।

"यदि आप किसी विदेशी धातु या कठिन-से-निकालने वाले मिश्र धातु का उपयोग करने जा रहे हैं और आप अभी भी यह पता लगा रहे हैं कि आप किस तापमान पर चलाना चाहते हैं, तो आइए कुछ बड़ी चीज़ पर जाने से पहले इसे किसी छोटी और सस्ती चीज़ पर आज़माएँ," टेसमकहा।"यदि आप गलती से किसी पासे को नष्ट कर देते हैं, तो यह शेप 2 पर महंगे पासे के बजाय शेप 1 पर सस्ता पासा है। और हम एक अनुसंधान एवं विकास संगठन हैं जो सीमाओं को आगे बढ़ाते हैं, इसलिए कभी-कभी हम कूड़ेदान को नष्ट कर देते हैं - यह सिर्फ एक हैअनुसंधान का हिस्सा।"

आगे बढ़ना

व्हेलन ने कहा, "शापे 2 हमें सहयोग करने की हमारी क्षमता बढ़ाने में सक्षम बनाएगा।""जब मैं संभावित अनुसंधान भागीदारों से बात करता हूं, तो वे हम जो कर रहे हैं उससे प्रभावित होते हैं, लेकिन वे हमेशा पूछते हैं: 'पूर्ण-स्तरीय भागों का मार्ग क्या है?'यह लोगों को यह समझने में मदद करने की दिशा में एक कदम है कि ShAPE को बढ़ाया जा सकता है।"

और, निःसंदेह, टीम के मन में अतिरिक्त शेप मशीनों के लिए पहले से ही विचार हैं।वे भविष्य के पुनरावृत्ति बड़े नहीं हो सकते हैं: इसके बजाय, वे विशेष सामग्रियों से विभिन्न प्रकार के एक्सट्रूज़न का उत्पादन करने, नए प्रकार के घटकों का लाभ उठाने, या अधिक विशिष्ट सेवा प्रदान करने पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैंऔद्योगिक अनुप्रयोग.

"एक राष्ट्रीय प्रयोगशाला में शोधकर्ताओं के रूप में, हमारा एक उद्देश्य उद्योग को अपनाने के लिए प्रौद्योगिकियों को जोखिम से मुक्त करना है, चाहे वह स्केलिंग हो, थ्रूपुट हो, या भौतिक गुण हों।"व्हेलन ने कहा।"हम जितना संभव हो उतने क्षेत्रों को जोखिम से मुक्त करने का प्रयास कर रहे हैं।"