1. কাগজের ভূমিকা
অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং (এএম), আল্ট্রাশর্ট পালস (ইউএসপি) লেজারগুলি বিভিন্ন উপকরণ প্রক্রিয়াকরণের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে এবং এই প্রযুক্তি ব্যবহার করে তৈরি অংশগুলির আকার এবং আকৃতিকে সম্ভাব্যভাবে হ্রাস করতে পারে। এই কাজটি দেখায় যে ইউএসপি লেজারগুলি লেজার পাউডার বেড ফিউশন (এলপিবিএফ) এর একটি কার্যকর বিকল্প, বিশেষ করে যখন নির্দিষ্ট গুরুত্বপূর্ণ অংশ তৈরিতে উচ্চতর নির্ভুলতার প্রয়োজন হয়। অধ্যয়নটি কাস্টম-নির্মিত এবং স্ব-নির্মিত স্টেইনলেস স্টীল পাউডার কণা ব্যবহার করে কাঙ্খিত ফলাফল অর্জন করেছে, এবং অপ্টিমাইজ করা প্রক্রিয়া পরামিতিগুলির একটি সিরিজের মাধ্যমে সুসংগত বর্গাকার স্তর তৈরি করেছে৷
এই গবেষণাটি নিশ্চিত করে যে এই ধরনের লেজার ব্যবহার করার সময় প্রক্রিয়া পরামিতিগুলি একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে, কারণ যে কোনও একটি প্যারামিটারে এমনকি ছোট বিচ্যুতিগুলি অসম্পূর্ণ গলে যেতে পারে। তাপ সঞ্চয় করতে স্ক্যানের গতি কমিয়ে কম পালস পুনরাবৃত্তি হার (500 kHz) এবং নিম্ন গড় লেজার পাওয়ার মান (0.5-1 W) এ গলনা অর্জন করা হয়েছিল। এটি যন্ত্রাংশের ন্যূনতম আকারকে আরও হ্রাস করার সম্ভাবনা উন্মুক্ত করে এবং এএম-এ ইউএসপি লেজার ব্যবহার করার সময় তা উল্লেখযোগ্য।
2. সম্পূর্ণ টেক্সট ওভারভিউ
সংযোজন উত্পাদন প্রযুক্তির বিকাশের সাথে, ফেমটোসেকেন্ড লেজারগুলির 316L স্টেইনলেস স্টিলের লেজার প্রক্রিয়াকরণে ব্যাপক প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে। এই কাগজটি 316L স্টেইনলেস স্টিলের ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রক্রিয়াকরণে প্রক্রিয়া পরামিতিগুলির অধ্যয়নের উপর একটি গবেষণাপত্রের সংক্ষিপ্তসার এবং প্রবর্তন করে। এই গবেষণার মূল উদ্দেশ্য ছিল প্রক্রিয়াকরণের অবস্থার অপ্টিমাইজ করার জন্য, প্রক্রিয়াকরণের অবস্থার অপ্টিমাইজ করার জন্য লেজার শক্তি, পাউডার কণার আকার, স্ক্যানিং গতি, এবং প্রক্রিয়াকৃত উপাদানের গুণমান এবং কর্মক্ষমতার উপর ছায়া লাইনের দূরত্বের মতো প্রক্রিয়ার পরামিতিগুলির প্রভাবগুলি তদন্ত করা।
গবেষণায়, গবেষণা দলটি প্রথমে 316L স্টেইনলেস স্টিলের বৈশিষ্ট্য এবং প্রযোজ্যতা প্রবর্তন করে এবং ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রক্রিয়াকরণের নীতি ও প্রক্রিয়াগুলিকে বিশদভাবে বর্ণনা করে। পরবর্তীকালে, তারা লেজার পাওয়ার, পাউডার কণার আকার, স্ক্যানিং গতি এবং প্রক্রিয়াকরণের মানের উপর ছায়া লাইনের দূরত্বের মতো মূল প্রক্রিয়ার পরামিতিগুলির প্রভাবের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে।
পরীক্ষামূলক গবেষণার মাধ্যমে, গবেষণা দল অত্যধিক বিলুপ্তি এবং উপাদান ক্ষতি এড়াতে একটি উপযুক্ত লেজার শক্তি পরিসীমা নির্ধারণ করে। তারা প্রক্রিয়াকরণের মানের উপর বিভিন্ন পাউডার কণার আকারের প্রভাবও অধ্যয়ন করেছে, খুঁজে পেয়েছে যে সূক্ষ্ম পাউডার কণার আকারগুলি আরও ভাল গলিত পুল নিয়ন্ত্রণ এবং উচ্চতর গঠন নির্ভুলতা অর্জন করতে পারে। তদ্ব্যতীত, গবেষণা দলটি উপাদানগুলির পৃষ্ঠের গুণমান এবং প্রক্রিয়াকরণ দক্ষতার উপর স্ক্যানিং গতি এবং ছায়া রেখার দূরত্বের প্রভাবগুলি অন্বেষণ করেছে। স্ক্যানিং গতি এবং ছায়া লাইনের দূরত্ব সামঞ্জস্য করে, তারা সফলভাবে পৃষ্ঠের ত্রুটি এবং অকার্যকর গঠন, এবং উন্নত প্রক্রিয়াকরণের গুণমান এবং দক্ষতা কমিয়েছে।
অবশেষে, গবেষণা দল 316L স্টেইনলেস স্টিলের লেজার প্রক্রিয়াকরণে ফেমটোসেকেন্ড লেজারগুলির প্রয়োগের সম্ভাবনা নিয়ে আলোচনা করেছে এবং বর্তমান গবেষণা এবং ভবিষ্যতের উন্নয়নের দিকনির্দেশের চ্যালেঞ্জগুলি নির্দেশ করেছে।
3. গ্রাফিক্যাল অ্যানালাইসিস আল্ট্রাশর্ট পালস (ইউএসপি) লেজারগুলি অত্যন্ত ছোট পালস প্রস্থ তৈরি করতে পারে, সাধারণত ফেমটোসেকেন্ড (10⁻¹⁵ সেকেন্ড) থেকে পিকোসেকেন্ড (10⁻¹² সেকেন্ড) এর টাইমস্কেলের মধ্যে। ইউএসপি লেজারের নীতিটি অপটিক্যাল ননলাইনার ইফেক্ট এবং আল্ট্রাফাস্ট অপটিক্স প্রযুক্তির উপর ভিত্তি করে।
একটি ইউএসপি লেজারের মূল উপাদান হল একটি লেজার অনুরণিত গহ্বর, যার মধ্যে একটি লেজার মাধ্যম (যেমন একটি Nd:YAG ক্রিস্টাল বা একটি Ti:sapphire ক্রিস্টাল) এবং একটি লেজার লাভ মাধ্যম (যেমন একটি লেজার ডায়োড বা ফ্ল্যাশ ল্যাম্প) আলোকে প্রশস্ত করে।
লেজারের পরিবর্ধন প্রক্রিয়া উদ্দীপিত নির্গমনের মাধ্যমে অর্জন করা হয়। উত্তেজনা উত্সের (যেমন লেজার ডায়োড বা ফ্ল্যাশ ল্যাম্প) এর ক্রিয়ায়, লেজার মাধ্যমের পরমাণু বা আয়নগুলি উচ্চ শক্তি স্তরে উত্তেজিত হয়। যখন তারা স্থল অবস্থায় ফিরে আসে, তারা উদ্দীপিত নির্গমনের মাধ্যমে ফোটন মুক্ত করে। এই ফোটনগুলি অনুরণিত গহ্বরে সামনে পিছনে প্রতিফলিত হয়, লাভ মাধ্যম দ্বারা প্রসারিত হয় এবং অবশেষে একটি শক্তিশালী লেজার আউটপুট গঠন করে।
ইউএসপি লেজার আলো এবং আল্ট্রাফাস্ট অপটিক্সের অরৈখিক প্রভাবগুলি ব্যবহার করে আল্ট্রাশর্ট ডাল তৈরি করতে সক্ষম। লেজার মাধ্যমে, আলোর বিস্তার অরৈখিক প্রভাবকে প্ররোচিত করে যেমন স্ব-ফেজ মড্যুলেশন এবং অপটিক্যাল অরৈখিক প্রতিসরণ। এই প্রভাবগুলি পালস বর্ণালীতে পরিবর্তন ঘটায়, এটিকে আরও বিস্তৃত করে। অনুরণিত গহ্বরে অপটিক্যাল অরৈখিক উপাদানগুলি (যেমন ফ্রিকোয়েন্সি- দ্বিগুণ স্ফটিক বা অপটিক্যাল ফাইবার) প্রবর্তন করে, পালস বর্ণালীকে আরও সংমিশ্রিত করা যেতে পারে, এটিকে সংকুচিত করে এবং আল্ট্রাশর্ট ডাল তৈরি করে।
অধিকন্তু, ইউএসপি লেজার পালস সংকোচন অর্জনের জন্য আল্ট্রাফাস্ট অপটিক্স ব্যবহার করে। গ্রেটিং, অপটিক্যাল ফাইবার এবং ননলাইনার ক্রিস্টালের মতো উপাদান ব্যবহার করে, পালসকে সময়মতো সংকুচিত করা যায়, ফেমটোসেকেন্ড এবং পিকোসেকেন্ড পরিসরে নাড়ির প্রস্থ অর্জন করা যায়।
চিত্র 1 বিভিন্ন লেজার শক্তি মান অধীনে তাপমাত্রা বিবর্তন দেখায়. যখন বিদ্যুতের মান খুব বেশি হয় (লাল বক্ররেখা), তাপমাত্রা গলে যাওয়া এবং বিমোচনের জন্য থ্রেশহোল্ড অতিক্রম করে; যখন শক্তি মান খুব কম (সবুজ বক্ররেখা), তাপমাত্রা গলে যাওয়া প্রান্তিকে পৌঁছায় না। সর্বোত্তম শক্তি মান (নীল বক্ররেখা) এ, তাপমাত্রা বিমোচন না করে উপাদানটিকে গলানোর জন্য যথেষ্ট।
Ceit AM জন্য কাস্টম ধাতু গুঁড়ো প্রদান করতে সক্ষম. এই সুবিধাটি ব্যবহার করে, Ceit তার নিজস্ব তৈরি গ্যাস-পরমাণুযুক্ত ধাতব পাউডার কণা ব্যবহার করা শুরু করেছে। ফলাফলগুলিতে পাউডার কণার আকারের প্রভাব তদন্ত করার জন্য, দুটি ভিন্ন পাউডার আকার নির্বাচন করা হয়েছে এবং নামকরণ করা হয়েছে, ক্রমানুসারে, মোটা পাউডার (20-45µm কণা আকার বিতরণ) এবং সূক্ষ্ম পাউডার (<20µm particle size distribution) to distinguish them, as shown in Figure 2.
কাঙ্খিত সূক্ষ্ম পাউডার জমা করার চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা করার জন্য, সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠকে প্রথমে লেজার দিয়ে চিকিত্সা করা হয়েছিল{0}}এর রুক্ষতা বাড়ানোর জন্য এবং সাবস্ট্রেট এবং পাউডারের মধ্যে আনুগত্য বাড়াতে। লেজার অ্যাবলেশন প্রক্রিয়া অনুসরণ করে, চিকিত্সা করা এলাকাটি একটি 3D অপটিক্যাল প্রোফাইলোমিটার (সেনসোফার এস নিওক্স) ব্যবহার করে প্রোফাইল করা হয়েছিল, যার একটি Sa মান 3.3 µm এবং 51.499 µm গভীরতা পাওয়া যায়। একটি প্রথম স্তর তারপর খাঁজ ছাড়া একটি ব্লেড ব্যবহার করে এই এলাকায় প্রয়োগ করা হয়, পাউডারটি পূরণ করতে এবং সাবস্ট্রেটের সাথে লেগে থাকতে দেয়। পরবর্তীকালে, পরবর্তী স্তরগুলি 250 µm পুরু অবধি কাঠামো তৈরি করে যুক্ত খাঁজের সাথে ব্লেডগুলির সংমিশ্রণ ব্যবহার করে প্রয়োগ করা হয়েছিল। এই পদ্ধতিটি অভিন্ন স্তরের পুরুত্ব অর্জন করেছে: মোটা পাউডারের জন্য 100 এবং 200 µm এবং সূক্ষ্ম পাউডারের জন্য 50 µm। পাউডার আবরণ প্রক্রিয়া একটি ফলক ব্যবহার করে সঞ্চালিত হয়েছিল, যেমন চিত্র 3 এ দেখানো হয়েছে।
AM-তে ইউএসপি লেজার প্রয়োগ করার সময়, একটি বড় চ্যালেঞ্জ হল ফেমটোসেকেন্ড লেজারের ডালের উচ্চ শক্তি মেটাল পাউডারগুলিতে সরবরাহ করা যাতে বিলুপ্ত হওয়া এড়ানো যায়। শক্তি খুব বেশি হলে বা প্রসবের হার ভুল হলে অ্যাবলেশন ঘটে। পাউডার কণা বা সাবস্ট্রেটে বিলুপ্তি ঘটতে পারে। পরবর্তীটি প্রক্রিয়াকরণ এলাকা থেকে আশেপাশের অবলুপ্ত অঞ্চলে কণাকে বের করে দেয়, যেমন চিত্র 4a) থেকে c) এ দেখানো হয়েছে।
বিমোচন পরিসরের সর্বাধিক গ্রহণযোগ্য মানের নীচে শক্তি হ্রাস করার মাধ্যমে, একটি সম্পূর্ণ ক্ষয়িত সাবস্ট্রেট থেকে একটি অপেক্ষাকৃত দ্রুত পরিবর্তন সাবস্ট্রেট বা পাউডারের উপর কোন প্রভাব ফেলতে পারে না। এটি গ্রোইনিংডিক এবং মায়ার তাদের পরীক্ষায় প্রাপ্ত ফলাফলের সাথে খুব সামঞ্জস্যপূর্ণ। দীর্ঘ ডাল ব্যবহার করার সময়ও এই রূপান্তরটি বিদ্যমান, তবে ফেমটোসেকেন্ড ডালের ক্ষেত্রে প্রক্রিয়া উইন্ডোটি উল্লেখযোগ্যভাবে সংকীর্ণ। সূক্ষ্ম পাউডার ব্যবহার করে পরীক্ষায়, একটি নিম্ন সীমাও পাওয়া গেছে যার নীচে পাউডারটি অপ্রভাবিত। এই ক্ষেত্রে, চিত্র 4-d-এ পরিলক্ষিত ফলাফলের অনুরূপ) যখন শক্তি 0.5 W এর নিচে ছিল তখন পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল। যখন এই মানের উপরে শক্তি বৃদ্ধি পায়, তখন পাউডারটি গলতে শুরু করে এবং কণাগুলি একত্রিত হয়ে বড় গোলক তৈরি করে।
প্রথমত, লেজারের শক্তি 0.68W এবং 0.765W এর পাওয়ার মান ব্যবহার করে উইন্ডো প্রক্রিয়ার নিম্ন সীমাতে সামঞ্জস্য করা হয়েছিল। তারপরে, স্ক্যানের গতি 5 মিমি/সেকেন্ড থেকে সর্বনিম্ন সম্ভাব্য মান পর্যন্ত হ্রাস করা হয়েছিল। প্রথম পরীক্ষার জন্য, আমরা 0.68W ব্যবহার করেছি। প্রতি ইউনিট এলাকায় ডালের সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে তাপ সঞ্চয়ন বৃদ্ধি পায়, ধাতব গুঁড়ো গলতে শুরু করে, কণা একে অপরের সাথে লেগে থাকে এবং সমষ্টির মাধ্যমে বড় কণা তৈরি হয়।
চিত্র 6-এ, যখন স্ক্যানের গতি তার আসল মানের অর্ধেকে হ্রাস করা হয়েছিল, তখন আমরা কণার আকারের বৃদ্ধি লক্ষ্য করতে পারি, যার ফলে প্রক্রিয়া এলাকায় বৃহত্তর পাউডার সমষ্টি তৈরি হয়। আকারের এই বৃদ্ধির ফলে Sa 5.43µm থেকে 6.75µm পর্যন্ত বৃদ্ধি পেয়েছে। বিপরীতভাবে, 0.765W এ পরিচালিত পরীক্ষায়, স্ক্যানের গতি হ্রাস করার ফলে 6.89µm থেকে Sa-তে সামান্য হ্রাস পেয়েছে। উভয় পাওয়ার লেভেলে, স্ক্যানের গতি কমিয়ে ভালো ফলাফল পাওয়া যায়, সা মান 3.9–4.1µm এ কমে যায়। এর কারণ হল গতি কমার সাথে সাথে সমষ্টিগুলি একটি একক স্তরে একত্রিত হতে থাকে, যার ফলে আরও অভিন্ন গঠন হয়।
