जापान में हिरोशिमा विश्वविद्यालय की वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने हाल ही में घोषणा की है कि उसने सीमेंटेड कार्बाइड टंगस्टन कार्बाइड-कोबाल्ट की 3डी प्रिंटिंग के लिए एक नई प्रक्रिया सफलतापूर्वक विकसित की है, जिससे अत्यधिक कामकाजी परिस्थितियों में उपयोग किए जाने वाले उच्च-स्तरीय उपकरणों के निर्माण के लिए एक नया रास्ता खुल गया है। यह सफलता एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के क्षेत्र में लंबे समय से चली आ रही प्रमुख समस्या पर काबू पाती है: आंतरिक संरचना को नुकसान पहुंचाए बिना अल्ट्रा-हार्ड मिश्रित सामग्रियों को जटिल रूप से कैसे आकार दिया जाए।
अनुसंधान टीम का मुख्य विचार सामग्री को पारंपरिक अर्थों में पूरी तरह से पिघलने के बजाय नियंत्रित परिस्थितियों में "नरम" होने देना है। वे टंगस्टन कार्बाइड वेल्डिंग तार को लेजर के साथ प्लास्टिक अवस्था में गर्म करने के लिए "हॉट-वायर लेजर विकिरण" नामक एक प्रक्रिया का उपयोग करते हैं, जिससे अत्यधिक उच्च कठोरता बनाए रखते हुए दोषों को कम किया जाता है। इस पद्धति से कटिंग, ड्रिलिंग और इंजीनियरिंग निर्माण जैसे क्षेत्रों में कठोर उपकरणों के निर्माण के तरीके में बदलाव आने की उम्मीद है।
मुख्यधारा की धातु 3डी प्रिंटिंग के विपरीत, जो आम तौर पर पूरी तरह से पिघलने वाले धातु पाउडर या वेल्डिंग तार पर निर्भर करती है, हिरोशिमा विश्वविद्यालय की टीम ने टंगस्टन कार्बाइड वेल्डिंग तार को सटीक रूप से गर्म करने के लिए एक लेजर का उपयोग किया ताकि यह पिघली हुई अवस्था के बजाय केवल प्लास्टिक तक पहुंच सके। यह तापमान नियंत्रण असामान्य अनाज वृद्धि और घटक अपघटन जैसी समस्याओं से बचाता है जो उच्च तापमान पर आम हैं, जिससे सामग्री की सूक्ष्म संरचना की रक्षा होती है। बहु-परत बनाने वाली संरचनाओं के बीच विश्वसनीय धातुकर्म संबंध प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने समग्र संरचना को सघन बनाने के लिए मुद्रण प्रक्रिया के दौरान मध्यवर्ती परत के रूप में निकल-आधारित मिश्र धातु की एक परत पेश की।
परीक्षण के नतीजे बताते हैं कि इस नई प्रक्रिया द्वारा उत्पादित घटकों की सतह की कठोरता 1,400 एचवी से अधिक है, जो नीलम जैसी रत्न-ग्रेड सामग्री की कठोरता के स्तर के करीब है। हिरोशिमा विश्वविद्यालय में ग्रेजुएट स्कूल ऑफ एडवांस्ड साइंस एंड इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर कीता मारुमोटो, जो परियोजना के प्रभारी हैं, ने कहा कि यह विधि वास्तव में धातु सामग्री बनाने के लिए एक नया विचार है। हालाँकि यह वर्तमान में मुख्य रूप से WC-Co द्वारा प्रस्तुत सीमेंटेड कार्बाइड पर लक्षित है, सिद्धांत रूप में इसे अन्य कठिन-से-मशीन मिश्रित सामग्रियों तक विस्तारित किए जाने की उम्मीद है।
अत्यधिक उच्च पहनने के प्रतिरोध और घर्षण, उच्च तापमान और मजबूत यांत्रिक तनाव वातावरण में स्थिर प्रदर्शन के कारण टंगस्टन कार्बाइड-कोबाल्ट का व्यापक रूप से औद्योगिक काटने के उपकरण, ड्रिल बिट्स और निर्माण इंजीनियरिंग उपकरणों में उपयोग किया जाता है। हालाँकि, यह "लगभग अजेय" गुण है जो पारंपरिक प्रक्रियाओं का उपयोग करके सामग्री को जटिल आकार में संसाधित करना बेहद कठिन बना देता है। वर्तमान में, आम प्रथा पाउडर को सांचे में भरना और उसे सिंटर करना है, जो न केवल ज्यामितीय संरचना की जटिलता को सीमित करता है, बल्कि सामग्री की बड़ी बर्बादी का कारण भी बनता है। सिद्धांत रूप में, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग संरचनात्मक जटिलता और सामग्री उपयोग दोनों मुद्दों को हल कर सकता है, लेकिन केवल तभी जब सामग्री स्वयं मुद्रण प्रक्रिया का सामना कर सकती है।
हिरोशिमा विश्वविद्यालय टीम द्वारा प्रस्तावित समाधान वेल्डिंग और 3डी प्रिंटिंग के बीच एक "मध्यम मार्ग" अपनाता है। लेज़र पावर और वायर फ़ीड गति को सटीक रूप से समायोजित करके, उन्होंने कार्बाइड को इतना नरम कर दिया कि इसकी मूल सूक्ष्म संरचना को नष्ट किए बिना परत दर परत बनाई जा सके। यह नियंत्रित चरण परिवर्तन प्रक्रिया न केवल दरार को रोकती है, बल्कि सामग्री के भीतर कोबाल्ट बॉन्डिंग चरण का उचित वितरण भी बनाए रखती है, कठोरता और कठोरता के बीच संतुलन बनाए रखती है।
अनुसंधान टीम ने इस बात पर भी जोर दिया कि इस तकनीक में अभी भी सुधार किया जा रहा है, और वे स्थानीय क्रैकिंग जैसी अवशिष्ट समस्याओं को पूरी तरह से खत्म करने के लिए प्रक्रिया विंडो को अनुकूलित करना जारी रख रहे हैं। अगला चरण अधिक जटिल ज्यामितियों पर इस पद्धति की प्रयोज्यता और स्थिरता को सत्यापित करने पर केंद्रित होगा। एक बार जब इन तकनीकी बाधाओं का समाधान हो जाता है, तो भविष्य में जटिल आकार, लंबे जीवनकाल और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के माध्यम से अधिक कुशल सामग्री उपयोग के साथ औद्योगिक उपकरण बनाना एक वास्तविकता बन जाएगा। यह भी एक ऐसा लक्ष्य है जिसका इंजीनियरों ने लंबे समय से पीछा किया है लेकिन अति-कठोर मिश्रित सामग्रियों का सामना करते समय वे असफल रहे हैं।