تعارف

3D پرنٹنگ، خاص طور پر فیوزڈ فلامنٹ فیبریکیشن (FFF) یا فیوزڈ ڈیپوزیشن ماڈلنگ (FDM)، اپنی کم لاگت، لچک اور قابلِ استعمال مٹیریلز کی وسیع رینج کی وجہ سے مختلف صنعتوں میں مقبولیت حاصل کر رہی ہے۔ پولی ایتھر ایتھر کیٹون (PEEK) جیسے ہائی پرفارمنس پولیمرز اپنی مضبوطی اور پائیداری کی وجہ سے خاص طور پر پرکشش ہیں، اور ایسے مشکل شعبوں میں استعمال ہوتے ہیں جیسے ایرو اسپیس اور میڈیکل ڈیوائسز کی تیاری¹,²۔

تاہم ان اہم ایپلی کیشنز کے لیے 3D پرنٹنگ کو اپنانے میں FFF عمل کی فطری کمزوریاں رکاوٹ رہی ہیں۔ تیار ہونے والی ساختیں اکثر کمزور اور مسام دار ہوتی ہیں اور ڈی لیمینیشن کا شکار ہوتی ہیں جو پارٹ کی مکینیکل خصوصیات کو متاثر کرتی ہے³۔ خصوصیات میں یہ عدم یکسانیت بہت سی ایپلی کیشنز کے لیے پارٹس کی سرٹیفکیشن کو مشکل بناتی ہے، کیونکہ 3D پرنٹڈ پارٹس آسانی سے روایتی طور پر تیار کردہ پارٹس کی جگہ نہیں لے سکتے⁴۔

تصویر: متعدد 3-پوائنٹ بینڈنگ ٹیسٹس جن میں اسپیسیمن (c) ناقص تھرمل مینجمنٹ کی وجہ سے افقی پرنٹنگ نمونے میں انٹر لیئر ڈی بانڈنگ دکھاتا ہے۔ ماخذ: Zhen, H.

Zhang et al. (2023) کی تحقیق بعنوان "Effect of 3D Printing Process Parameters and Heat Treatment Conditions on the Mechanical Properties and Microstructure of PEEK Parts" ان چیلنجز کو اجاگر کرتی ہے۔ متعدد پراسیس پیرامیٹرز اور ہیٹ ٹریٹمنٹ کی شرائط کو آپٹیمائز کرنے کے باوجود تحقیق سے معلوم ہوا کہ 3D پرنٹڈ PEEK پارٹس میں اب بھی فلامنٹس اور لیئرز کے درمیان خلا موجود تھے، جو انٹر لیئر ڈی بانڈنگ یا ڈی لیمینیشن کا باعث بنے۔ مزید یہ کہ ہیٹ ٹریٹمنٹ کے بعد بھی پارٹس کی مکینیکل خصوصیات انتہائی اینائسوٹروپک اور پرنٹ اسٹریٹیجی پر بہت زیادہ منحصر تھیں⁵۔ نتائج میں یہ عدم یکسانیت ان حقیقی ایپلی کیشنز کے لیے ایک بڑا چیلنج ہے جہاں پارٹس کو پیداوار کے لیے پرنٹ کرنا ہوتا ہے اور ایک کوالیفائیڈ عمل درکار ہوتا ہے۔

Orion کا تھرمل ریڈی ایشن ہیٹنگ (TRH) عمل

تصویر: Orion سسٹم پر 3D پرنٹ کیا گیا PEEK کرینیئل امپلانٹ

ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ میں ایک رہنما کمپنی Orion AM نے پیٹنٹ کے زیرِ التوا ایک ایسا ہائی ٹمپریچر 3D پرنٹنگ عمل تیار کیا ہے جس میں استعمال ہوتی ہے تھرمل ریڈی ایشن ہیٹنگ (TRH)۔ یہ جدید عمل 3D پرنٹنگ کے عام مسائل، جیسے کمزور انٹر لیئر بانڈنگ، مسام اور اینائسوٹروپک رویہ، کو حل کرتا ہے جو اکثر FFF 3D پرنٹنگ میں دیکھے جاتے ہیں۔

تصویر: TRH استعمال نہ کرنے کی صورت میں PEEK سے
3D پرنٹ شدہ پارٹ میں مساموں کا مظاہرہ

Orion کا TRH عمل ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ کے میدان میں ایک انقلابی پیش رفت ہے۔ TRH عمل کی جدید تھرمل مینجمنٹ یقینی بناتی ہے کہ پرنٹنگ کے دوران پرنٹ لائنز اور لیئرز آپس میں فیوز ہو جائیں، جس سے خلا یا انٹر لیئر گیپس سے پاک یکساں ساخت بنتی ہے اور انجیکشن مولڈنگ جیسی مضبوطی اور کثافت حاصل ہوتی ہے۔ اس سے وہ اینائسوٹروپک رویہ ختم ہو جاتا ہے جو عام طور پر 3D پرنٹڈ پارٹس سے وابستہ ہے، یعنی انفل اینگل، جو 3D پرنٹنگ اسٹریٹیجیز کا ایک عام پیرامیٹر ہے، پرنٹس کی مضبوطی پر کوئی اثر نہیں ڈالتا۔ تیار شدہ پارٹس میں خلا کی مقدار 0.05% سے کم یا ریلیٹو ڈینسٹی 99.95% ہوتی ہے، جس کا مطلب ہے کہ وہ انجیکشن مولڈڈ پارٹس کی طرح برتاؤ کرتے ہیں، اور یہ تقریباً آئسوٹروپک رویے میں مزید معاون ہے۔

تصویر: مسابقتی ٹیکنالوجیز کے مقابلے میں Orion کا TRH عمل
99.95% ریلیٹو ڈینسٹی حاصل کرتا ہے

یہ آئسوٹروپک رویہ پارٹس کی پیداوار پر اہم اثرات رکھتا ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ بہترین مضبوطی کے لیے پرنٹنگ کے دوران پارٹس کی اورینٹیشن طے کرنے کی ضرورت نہیں، اور پارٹ کی مضبوطی پر سمجھوتا نہیں کرنا پڑتا۔ اس سے پارٹس کا تجزیہ آسان ہو جاتا ہے، جس کے نتیجے میں پارٹس کی کوالیفکیشن اور سرٹیفکیشن آسان ہوتی ہے، جو ایرو اسپیس اور میڈیکل ایپلی کیشنز جیسی صنعتوں میں ایک اہم عنصر ہے۔

مزید یہ کہ TRH عمل نہ صرف پوسٹ پراسیسنگ یا ہیٹ ٹریٹمنٹ کے بغیر اِن سیٹو زیادہ کرسٹلینیٹی حاصل کرنے کے قابل ہے، بلکہ یہ لیئرز کے درمیان PEEK کی کرسٹلائزیشن کو بھی ممکن بناتا ہے۔ Orion کے TRH عمل کی یہ غیر معمولی کامیابی پرنٹنگ کے دوران زیادہ درجۂ حرارت کی درست تھرمل مینجمنٹ کا نتیجہ ہے۔ اس انٹر لیئر کرسٹلائزیشن کا ثبوت ZX اورینٹیشن میں حاصل ہونے والی زیادہ ٹینسائل اسٹرینتھ اور ماڈیولس میں نظر آتا ہے، جیسا کہ نیچے دی گئی خلاصہ جدول میں دکھایا گیا ہے۔ یہ انٹر لیئر کرسٹلائزیشن 3D پرنٹڈ پارٹس کی اعلیٰ مکینیکل خصوصیات میں نمایاں کردار ادا کرتی ہے، اور Orion کے TRH عمل کی افادیت کی مزید تصدیق کرتی ہے۔

یہ جدول Orion کے TRH عمل سے مختلف اقسام کے PEEK فلامنٹس پر کیے گئے ٹیسٹس کے نتائج پیش کرتی ہے۔ ڈیٹا اس عمل کی کارکردگی کو ظاہر کرتا ہے، جس میں ٹینسائل اسٹرینتھ، ماڈیولس اور ایلانگیشن کی ویلیوز انجیکشن مولڈنگ کے برابر ہیں۔

یہ نتائج Orion کے TRH عمل کی افادیت کا ثبوت ہیں جو اعلیٰ معیار کے اور یکساں 3D پرنٹڈ پارٹس کی تیاری میں ظاہر ہوتی ہے، اور 3D پرنٹنگ کو وسیع تر صنعتی سطح پر اپنانے کی راہ ہموار کرتی ہے۔

کوالیفکیشن اور سرٹیفکیشن کی اہمیت

تصویر: Orion کے TRH عمل سے پرنٹ کیے گئے 3D پرنٹڈ PEEK اسپیسیمنز کے ٹینسائل اسٹرینتھ ٹیسٹ

پارٹس کی کوالیفکیشن اور سرٹیفکیشن 3D پرنٹنگ کو صنعتی سطح پر اپنانے کے لیے نہایت اہم ہے۔ ایرو اسپیس اور میڈیکل ڈیوائسز کی تیاری جیسے شعبوں میں، جہاں تقاضے سخت ہیں، استعمال ہونے والے پارٹس کو معیار اور یکسانیت کے اعلیٰ معیارات پر پورا اترنا ہوتا ہے۔ Orion کے TRH عمل سے حاصل ہونے والا ڈیٹا صنعتی استعمال کے لیے 3D پرنٹنگ عمل کی پری کوالیفکیشن کی جانب ایک اہم قدم ہے⁶۔

Emirates Lunar Mission میں Orion کا حصہ

PEEK کے ساتھ 3D پرنٹنگ میں Orion کی مہارت کو European Space Agency (ESA) نے اس وقت تسلیم کیا جب Orion کو Emirates Lunar Mission میں حصہ ڈالنے کے لیے منتخب کیا گیا۔ اس مشن کا حصہ Rashid روور اپنے پہیوں کے بیرونی کناروں پر چھوٹے نمونہ پینلز رکھتا ہے تاکہ جانچا جا سکے کہ مختلف مٹیریلز چاند کی کھردری سطح کا کیسے مقابلہ کرتے ہیں6۔ PEEK میں 3D پرنٹنگ کی مہارت کی وجہ سے Orion کا انتخاب کیا گیا، اور اس نے اس تجربے کے لیے اعلیٰ معیار کا نمونہ فراہم کیا⁷۔

تصویر: Rashid روور کے پہیوں سے جوڑے گئے تجرباتی نمونے۔ ماخذ: ESA

یہ اشتراک Orion کے TRH عمل پر کیے گئے اعتماد اور خلا کے سخت حالات برداشت کرنے والے پارٹس تیار کرنے کی اس کی صلاحیت کا ثبوت ہے۔ جیسا کہ ESA کی ExPeRT (Exploration Preparation, Research, and Technology) ٹیم کے Aidan Cowley نے کہا، “یہ حقیقی معنوں میں چاند کو چھونے کا موقع ہے، تاکہ دیکھا جا سکے کہ جن مٹیریل ٹیکنالوجیز پر ہم پہلے سے کام کر رہے ہیں وہ چاند کے اصل ماحول میں کیسا برتاؤ کرتی ہیں"۔

مستقبل کی سمت اور نتیجہ

3D پرنٹنگ کا مستقبل اعلیٰ معیار کے یکساں پارٹس تیار کرنے کی صلاحیت میں ہے جو ایرو اسپیس اور میڈیکل ڈیوائسز کی تیاری جیسی صنعتوں کے سخت معیارات پر پورا اتر سکیں۔ PEEK کے لیے Orion کا پیٹنٹ کے زیرِ التوا TRH عمل اس سمت میں ایک اہم قدم ہے، جو کمزور انٹر لیئر بانڈنگ اور مساموں کے ان مسائل کا حل پیش کرتا ہے جنہوں نے اب تک 3D پرنٹڈ PEEK کے امکانات کو محدود رکھا تھا۔

اس عمل کی تیاری نہ صرف Orion کی جدت اور تکنیکی صلاحیتوں کا ثبوت ہے، بلکہ یہ 3D پرنٹنگ کے میدان میں ایک نمایاں پیش رفت بھی ہے۔ انجیکشن مولڈنگ سے تیار کردہ پارٹس کے برابر مضبوطی اور کثافت والے پارٹس تیار کرنے کی صلاحیت کے ساتھ 3D پرنٹڈ PEEK کے استعمال کے امکانات تیزی سے بڑھ رہے ہیں۔

PEEK کے ساتھ 3D پرنٹنگ کا مستقبل امید افزا نظر آتا ہے، اور مختلف صنعتوں میں نمایاں پیش رفت کے امکانات موجود ہیں۔ Orion کے TRH عمل جیسے پراسیسز کی مسلسل ترقی اور بہتری کے ساتھ اس ہمہ جہت مٹیریل کی پوری صلاحیت کو بروئے کار لایا جا سکتا ہے۔

* اس وائٹ پیپر کو PDF کی صورت میں ڈاؤن لوڈ کرنے کے لیے یہاں کلک کریں

حوالہ جات:

1. All3DP. (2021). PEEK 3D Printing – The Ultimate Guide. Retrieved from https://all3dp.com/1/peek-3d-printer/
   
2. ESA. (2021). 3D printing for space: the additive revolution. Retrieved from https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Research/3D_printing_for_space_The_Additive_Revolution
   
3. Ziemian, C., Sharma, M., & Ziemian, S. (2019). Effects of the Fused Deposition (FDM) 3D Printing Process on the Physicochemical Properties of PEEK Medical Devices. Polymers, 11(5), 799. Retrieved from https://www.mdpi.com/2073-4360/11/5/799/pdf?version=1556962902
   
4. Sood, A. K., Ohdar, R. K., & Mahapatra, S. S. (2012). Parametric appraisal of mechanical property of fused deposition modelling processed parts. Materials & Design, 31(1), 287–295. Retrieved from https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0261306912000797 ​
5. Zhang, Y.; Zhang, Y.; Zhang, H.; Zhang, G.; Li, D.; Shi, Y.; Li, Z.; Li, D. Effect of 3D Printing Process Parameters and Heat Treatment Conditions on the Mechanical Properties and Microstructure of PEEK Parts. Polymers 2023, 15, 2209. https://www.mdpi.com/2073-4360/15/9/2209
   
6. Cantrell, J. T., Rohde, S., Damiani, D., Gurnani, R., DiSandro, L., Anton, J., Young, A., Jerez, A., Steinbach, D., Kroese, C., & Ifju, P. (2017). Experimental characterization of the mechanical properties of 3D-printed ABS and polycarbonate parts. Rapid Prototyping Journal, 23(4), 811–824. Retrieved from https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127517301478
   
7. ESA. (2023). ESA to touch Moon from wheels of UAE Rashid rover. Retrieved from https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/ESA_to_touch_Moon_from_wheels_of_UAE_Rashid_rover