ایلومینیم اور ٹائٹینیم: ایرو اسپیس ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ کے لیے بہترین انتخاب

جدید ترین سائنسی تلاش اور ترقی کے نقطہ نظر کی بنیاد پر، سائنس نے ایک بار ایک مضمون شائع کیا جس میں بتایا گیا کہ جدید صنعت کو اعلی طاقت، فریکچر کی سختی، اور سختی کے لیے ساختی مواد کی ضرورت ہوتی ہے، اور اس کے ساتھ ہی وزن کو جتنا ممکن ہو کم کیا جائے۔ اس معاملے میں، ایلومینیم اور ٹائٹینیم کی نمائندگی کرنے والے ہلکے وزن کے اعلیٰ طاقت والے مرکبات، اور بوجھ برداشت کرنے والے حرارت سے بچنے والے مرکبات جن کی نمائندگی Ni-based superalloys کے ذریعے کی گئی ہے، مختلف مواد کی تحقیق اور ترقی کے منصوبوں میں تیار کردہ کلیدی مواد میں سے ایک بن گئے ہیں۔ ممالک، اور لیزر additive مینوفیکچرنگ کے عمل میں بھی ہیں. اہم اطلاق شدہ مواد۔

ٹائٹینیم اور ایلومینیم کے درمیان فوائد اور فرق

ایلومینیم الائے اور ٹائٹینیم الائے، اپنی بہترین کم کثافت اور ساختی طاقت کی وجہ سے، ایرو اسپیس، آٹوموبائل، مشینری مینوفیکچرنگ اور دیگر شعبوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں، چاہے تھری ڈی پرنٹنگ ہو یا CNC پروسیسنگ، خاص طور پر ہوا بازی کی صنعت میں۔ یہ ہوا بازی کی صنعت کا بنیادی ساختی مواد ہے۔

ٹائٹینیم اور ایلومینیم دونوں ہلکے ہیں، لیکن دونوں کے درمیان اب بھی فرق موجود ہے۔ اگرچہ ٹائٹینیم ایلومینیم سے تقریباً دو تہائی بھاری ہے، لیکن اس کی موروثی طاقت کا مطلب ہے کہ مطلوبہ طاقت کم استعمال کرکے حاصل کی جاسکتی ہے۔ ٹائٹینیم مرکبات ہوائی جہاز کے جیٹ انجنوں اور مختلف قسم کے خلائی جہازوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں، اور ان کی طاقت اور کم کثافت ایندھن کے اخراجات کو کم کر سکتی ہے۔ ایلومینیم کھوٹ کی کثافت اسٹیل کی صرف ایک تہائی ہے، اور یہ اس مرحلے پر آٹوموبائل کے لیے سب سے زیادہ استعمال ہونے والا اور عام ہلکا پھلکا مواد ہے۔ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ 540 کلوگرام تک کی گاڑی میں ایلومینیم کے مرکب استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ وزن میں 40 فیصد کمی کے ساتھ، آڈی، ٹویوٹا، اور دیگر برانڈ کی گاڑیوں کی آل ایلومینیم باڈی ایک اچھی مثال ہے۔

ایلومینیم اور ٹائٹینیم کی مادی خصوصیات

چونکہ دونوں مواد میں زیادہ طاقت اور کم کثافت ہوتی ہے، اس لیے یہ فیصلہ کرتے وقت دیگر اختلافات پر غور کیا جانا چاہیے کہ کون سا مرکب استعمال کرنا ہے۔

طاقت/وزن: نازک حالات میں، حصہ کا ہر گرام شمار ہوتا ہے، لیکن اگر زیادہ طاقت والے حصے کی ضرورت ہو تو ٹائٹینیم بہترین انتخاب ہے۔ اس وجہ سے، ٹائٹینیم مرکبات طبی آلات/ امپلانٹس، پیچیدہ سیٹلائٹ اسمبلیوں، فکسچر اور سٹینٹس کی تیاری میں استعمال ہوتے ہیں۔

لاگت: ایلومینیم مشینی یا تھری ڈی پرنٹنگ کے لیے سب سے زیادہ لاگت والی دھات ہے۔ ٹائٹینیم مہنگا ہے لیکن پھر بھی قیمت میں چھلانگ لگا سکتا ہے۔ ہوائی جہاز یا خلائی جہاز کے ہلکے وزن والے پرزوں کے ایندھن کی بچت بہت زیادہ ہوگی جبکہ ٹائٹینیم کے پرزے زیادہ دیر تک چلیں گے۔

حرارتی خصوصیات: ایلومینیم کے مرکب میں تھرمل چالکتا زیادہ ہے اور اکثر ریڈی ایٹرز بنانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ ہائی ٹمپریچر ایپلی کیشنز کے لیے، ٹائٹینیم کا ہائی پگھلنے کا نقطہ اسے زیادہ موزوں بناتا ہے، اور ایرو انجنوں میں ٹائٹینیم کے مرکب کے اجزاء کی ایک بڑی تعداد ہوتی ہے۔

سنکنرن مزاحمت: ایلومینیم اور ٹائٹینیم دونوں میں بہترین سنکنرن مزاحمت ہے۔

ٹائٹینیم کی سنکنرن مزاحمت اور کم رد عمل اسے سب سے زیادہ بایو ہم آہنگ دھات بناتا ہے، اور یہ بڑے پیمانے پر طبی ایپلی کیشنز جیسے جراحی کے آلات میں استعمال ہوتا ہے۔ Ti64 نمکین ماحول کو بھی اچھی طرح سے مزاحمت کرتا ہے اور اکثر سمندری ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتا ہے۔

ایرو اسپیس ایپلی کیشنز میں ایلومینیم مرکب اور ٹائٹینیم مرکب بہت عام ہیں۔ ٹائٹینیم الائے میں زیادہ طاقت اور کم کثافت ہے (اسٹیل کا صرف 57 فیصد)، اور اس کی مخصوص طاقت (طاقت/کثافت) دیگر دھاتی ساختی مواد کی نسبت بہت زیادہ ہے۔ یہ اعلی یونٹ طاقت، اچھی سختی، اور ہلکے وزن کے ساتھ حصوں کو پیدا کر سکتا ہے. ٹائٹینیم مرکبات ہوائی جہاز کے انجن کے اجزاء، کنکال، کھالیں، فاسٹنرز اور لینڈنگ گیئر میں استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ تھری ڈی پرنٹنگ ٹیکنالوجی کے حوالے سے اعداد و شمار سے پتا چلا ہے کہ ایلومینیم مرکبات 200 ڈگری سینٹی گریڈ سے نیچے کے ماحول میں کام کرنے کے لیے موزوں ہیں۔ Airbus A380 باڈی میں استعمال ہونے والا ایلومینیم مواد 1/3 سے زیادہ ہے، اور C919 بھی بڑی تعداد میں روایتی اعلی درجے کا استعمال کرتا ہے۔ کارکردگی ایلومینیم کھوٹ مواد۔ ہوائی جہاز کی کھالیں، بلک ہیڈز، پسلیاں وغیرہ ایلومینیم کے مرکب سے بنی ہو سکتی ہیں۔

ٹائٹینیم ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ اور ایرو اسپیس انڈسٹری

جیسا کہ ڈیلوئٹ کے ذریعہ شائع کردہ 2019 گلوبل ایرو اسپیس اینڈ ڈیفنس انڈسٹری آؤٹ لک بتاتا ہے، جیسا کہ ایرو اسپیس اور دفاعی صنعت مسلسل بڑھ رہی ہے، اسی طرح پیداوار کی طلب بھی بڑھے گی۔ اور، ایرو اسپیس اور دفاعی ایپلی کیشنز کے لیے ڈیزائن کرتے وقت، مواد کا انتخاب اہم ہے۔ غیر زمینی اجزاء کے لیے، اجزاء کی تعداد اور وزن کو کم کرنا کلیدی حیثیت رکھتا ہے۔ ان علاقوں میں، وزن میں کمی کا ہر 1 گرام بہت فائدہ پہنچا سکتا ہے.

ٹائٹینیم کا پگھلنے کا نقطہ انتہائی اونچا ہے، 1600 ڈگری سے زیادہ، اور یہ عام طور پر مشین سے چلنے والا ایک مشکل مواد بھی ہے، جس کی بنیادی وجہ یہ ہے کہ یہ دوسری دھاتوں کے مقابلے زیادہ مہنگا ہے۔ Ti6Al4V فی الحال سب سے زیادہ استعمال ہونے والا ٹائٹینیم مرکب مواد ہے۔ یہ نہ صرف وزن میں ہلکا ہے بلکہ اس میں اعلی طاقت اور اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت بھی ہے۔ یہ خصوصیات اسے ایرو اسپیس کے میدان میں بہت مقبول بناتی ہیں۔ عام ایپلی کیشنز میں انجن کے پنکھے اور کمپریسرز کے کم درجہ حرارت والے حصے کے لیے بلیڈ، ڈسکس، کیسنگ اور دیگر حصوں کی تیاری شامل ہے، آپریٹنگ درجہ حرارت کی حد 400-500 ڈگری کے ساتھ؛ ایئر فریم اور کیپسول کے اجزاء، راکٹ انجن کیسز اور ہیلی کاپٹر روٹر ہب وغیرہ کی تیاری میں بھی استعمال کیا جاتا ہے۔ تاہم، اس کے اعلی درجہ حرارت اور سنکنرن مزاحمت کے باوجود، ٹائٹینیم کی برقی چالکتا کم ہے، جو اسے برقی ایپلی کیشنز کے لیے ناقص انتخاب بناتی ہے۔ ٹائٹینیم بھی دیگر ہلکی پھلکی دھاتوں جیسے ایلومینیم کے مقابلے زیادہ مہنگا ہے۔

ایرو اسپیس انڈسٹری میں ٹائٹینیم کا استعمال

اضافی مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی کا استعمال پروسیسنگ کے اخراجات اور خام مال کے فضلے کو کم کرنے کے لیے سازگار ہے، جس کے اہم اقتصادی فوائد ہیں۔ ٹائٹینیم پر مبنی مرکبات بھی اضافی مینوفیکچرنگ ریسرچ کے لیے سب سے زیادہ منظم اور پختہ مرکب نظام ہیں۔ اضافی طور پر تیار کردہ ٹائٹینیم مرکب اجزاء کو ایرو اسپیس فیلڈ میں بوجھ برداشت کرنے والے ڈھانچے کے طور پر استعمال کیا گیا ہے۔ 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کے حوالہ جات کے سروے کے مطابق، ریاستہائے متحدہ کی ایرو میٹ کمپنی نے بوئنگ F/A-18E/F کیریئر پر مبنی مشترکہ لڑاکا/حملے کے لیے ٹائٹینیم الائے سب-لوڈ بیئرنگ سٹرکچرل ٹیسٹ کے ٹکڑے تیار کرنا شروع کیے 2001 میں چھوٹے بیچوں میں ہوائی جہاز اور 2002 میں LMD ٹائٹینیم الائے کو حاصل کرنے میں برتری حاصل کی۔ F/A تصدیقی مشین پر ثانوی بوجھ برداشت کرنے والے ساختی حصوں کا اطلاق۔ بیجنگ یونیورسٹی آف ایروناٹکس اینڈ ایسٹروناٹکس نے ٹائٹینیم مرکبات کی لیزر ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ کی کلیدی ٹیکنالوجی میں کامیابیاں حاصل کی ہیں۔ مرکب دھاتوں کی جامع مکینیکل خصوصیات نمایاں طور پر جعل سازی سے زیادہ ہیں۔ بڑے پیمانے پر مین بیئرنگ ٹائٹینیم الائے فریم اور تیار کردہ دیگر اجزاء ہوائی جہاز پر نصب اور لگائے گئے ہیں۔ نارتھ ویسٹرن پولی ٹیکنیکل یونیورسٹی نے COMAC کے لیے C919 ہوائی جہاز کے مرکزی ونگ ریب کے اوپری اور نچلے کنارے کی پٹی کے نمونے تیار کرنے کے لیے لیزر ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی کا استعمال کیا، جس کا سائز 3000mm × 350mm × 450mm اور 196 کلو گرام ہے۔

ایلومینیم کی بنیاد پر مرکب دھاتیں کم کثافت، اعلی مخصوص طاقت، مضبوط سنکنرن مزاحمت، اچھی فارمیبلٹی، اور اچھی جسمانی اور میکانی خصوصیات ہیں. وہ صنعت میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والے الوہ دھاتی ساختی مواد ہیں۔ لیزر ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ کے لیے، ایلومینیم پر مبنی مواد عام طور پر مشین سے مشکل مواد ہوتے ہیں، جن کا تعین ان کی خاص جسمانی خصوصیات (کم کثافت، کم لیزر جذب، اعلی تھرمل چالکتا، آسان آکسیکرن وغیرہ) سے ہوتا ہے۔ اضافی مینوفیکچرنگ بنانے کے عمل کے نقطہ نظر سے، ایلومینیم کھوٹ کی کثافت نسبتاً چھوٹی ہے، پاؤڈر کی روانی نسبتاً کم ہے، ایس ایل ایم بنانے والے پاؤڈر بستر پر بچھانے کی یکسانیت ناقص ہے، یا ایل ایم ڈی میں پاؤڈر کی نقل و حمل کا تسلسل۔ عمل غریب ہے. لہذا، لیزر ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ آلات میں پاؤڈر پھیلانے/پاؤڈر فیڈنگ سسٹم کی درستگی اور درستگی نسبتاً زیادہ ہے۔

فی الحال، اضافی مینوفیکچرنگ میں استعمال ہونے والے ایلومینیم مرکب بنیادی طور پر السی مرکب ہیں، جن میں سے اچھی روانی کے ساتھ AlSi10Mg اور AlSi12 کا وسیع پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے۔ تاہم، السی الائے کاسٹ ایلومینیم الائے کی مادی نوعیت کی وجہ سے، اگرچہ یہ ایک بہترین لیزر ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ پروسیس کے ذریعے تیار کیا گیا ہے، تناؤ کی طاقت کا 400MPa سے تجاوز کرنا مشکل ہے، جو ایرو اسپیس اور دیگر شعبوں میں اس کی خدمات کی کارکردگی کو محدود کرتا ہے۔ زیادہ بوجھ اٹھانے والے ممبروں پر استعمال کریں۔

ہوائی جہاز میں استعمال ہونے والے ایلومینیم کے مرکب کی مقدار زیادہ سے زیادہ 20 فیصد ہے۔

اعلی مکینیکل خصوصیات کو مزید حاصل کرنے کے لیے، حالیہ برسوں میں اندرون اور بیرون ملک بہت سی کمپنیاں اور یونیورسٹیوں نے تحقیق اور ترقی کی رفتار کو تیز کیا ہے، اور اضافی مینوفیکچرنگ کے لیے وقف اعلیٰ طاقت والے ایلومینیم مرکبات کی ایک بڑی تعداد کو درج کیا گیا ہے۔ Airbus نے Scalmalloy تیار کیا ہے، جو اضافی مینوفیکچرنگ کے لیے دنیا کا پہلا اعلیٰ طاقت والا ایلومینیم الائے پاؤڈر مواد ہے، جس میں کمرے کے درجہ حرارت پر 520MPa کی ٹینسائل طاقت ہے، جس کا اطلاق A320 ہوائی جہاز کے کیبن ساختی حصوں کی اضافی تیاری پر کیا گیا ہے۔ ریاستہائے متحدہ میں ہیوز ریسرچ لیبارٹری (HRL) کے ذریعہ تیار کردہ 3D پرنٹنگ کے لئے اعلی طاقت والے 7A77.60L ایلومینیم مرکب کی طاقت 600Mpa سے تجاوز کر گئی ہے، جس سے یہ پہلا جعلی مساوی اعلی طاقت والا ایلومینیم مرکب ہے جو اضافی مینوفیکچرنگ کے لئے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ناسا مارشل اسپیس فلائٹ سینٹر شروع ہو گیا ہے یہ مواد بڑے پیمانے پر ایرو اسپیس حصوں کی تیاری میں استعمال ہوتا ہے۔ 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی کے حوالے سے ایک نئی قسم کی اعلی طاقت والے ایلومینیم الائے کی بھی اطلاع دی گئی ہے جسے گھریلو CRRC انڈسٹری ریسرچ انسٹی ٹیوٹ نے 3D پرنٹنگ کے لیے ڈیزائن اور تیار کیا ہے، جو ایئربس کی پیٹنٹ پابندیوں کو توڑتا ہے۔ استحکام 560MPa سے زیادہ ہے، جو Airbus Scalmalloy® ایلومینیم الائے پاؤڈر کی پرنٹنگ کارکردگی سے نمایاں طور پر بہتر ہے، جو گھریلو ریل ٹرانزٹ آلات اور ایرو اسپیس جیسے اعلیٰ درجے کے مینوفیکچرنگ حصوں کی 3D پرنٹنگ کی ضروریات کو پورا کر سکتا ہے۔ مواد مینوفیکچرنگ ایپلی کیشنز.

جدید ایرو اسپیس اجزاء کو ہلکا پھلکا، اعلی کارکردگی، اعلی وشوسنییتا، اور کم لاگت جیسی مطالباتی ضروریات کی ایک سیریز کو پورا کرنے کی ضرورت ہے، اور اجزاء کی ساخت زیادہ پیچیدہ اور ڈیزائن اور تیار کرنا زیادہ مشکل ہے۔ ایرو اسپیس میں ایلومینیم، ٹائٹینیم، اور نکل پر مبنی اجزاء کی لیزر ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ کے لیے کلیدی ٹیکنالوجیز کو اختراع اور تیار کرنا، نہ صرف مواد کے انتخاب میں ہلکے وزن اور اعلیٰ کارکردگی کی ترقی کی سمت کو ظاہر کرتا ہے بلکہ خود اضافی مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی کی درستگی کو بھی نمایاں کرتا ہے۔ ، خالص شکل کی ترقی کا رجحان مادی ساخت کی کارکردگی کی مربوط اضافی مینوفیکچرنگ اور ایرو اسپیس میں اضافی مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی کی بڑی انجینئرنگ ایپلی کیشن کو محسوس کرسکتا ہے۔