تحریر: Adam Rumjahn، Orion Additive Manufacturing GmbH & Lennart Zeller، Technische Universität Berlin

تعارف

حالیہ برسوں میں 3D پرنٹنگ کے شعبے نے نمایاں ترقی کی ہے، اور کنٹینیوس کاربن فائبر پرنٹنگ زیادہ مضبوط اور ہلکے اجزاء تیار کرنے کے لیے ایک امید افزا ٹیکنالوجی کے طور پر سامنے آئی ہے۔ Technische Universität Berlin کے Lennart Zeller کی Orion Additive Manufacturing GmbH کے اشتراک سے کی گئی ایک حالیہ تحقیق نے اس ٹیکنالوجی کے امکانات پر روشنی ڈالی ہے۔

Orion کا عمل اور کامیابیاں

Zeller اور Orion کی تحقیق میں Suprem کا فراہم کردہ Filaprem CF/PEEK نامی مٹیریل استعمال کیا گیا۔ Suprem کے کسٹمر پراجیکٹ انجینئر Jacques Stadlin نے نتائج پر اطمینان کا اظہار کرتے ہوئے کہا: “ہمیں یہ دیکھ کر بہت خوشی ہے کہ Orion پرنٹنگ سسٹم ہمارے کنٹینیوس فائبر ری انفورسڈ تھرموپلاسٹکس کے ساتھ شاندار نتائج حاصل کر رہا ہے۔ اس سے ہمارے اس وژن کی تصدیق ہوتی ہے کہ Filaprem™ 3D پرنٹنگ ٹیکنالوجی میں اپنا حصہ ڈالے اور دونوں ٹیکنالوجیز کے پیش کردہ نئے دلچسپ مواقع کھولے۔"

Orion کی تھرمل ریڈی ایشن ہیٹنگ (TRH) ٹیکنالوجی سے پراسیس کیے جانے پر اس مٹیریل نے غیر معمولی مکینیکل خصوصیات دکھائیں۔ نیچے دی گئی جدول مختلف حالات میں Filaprem CF/PEEK کی مکینیکل خصوصیات کا موازنہ، نیز Markforged کے Carbon مٹیریل کی خصوصیات پیش کرتی ہے۔

⁽¹⁾ Filaprem CF/PEEK کے 80-120 GPa کے درمیان ہونے کی توقع ہے
⁽²⁾ پیمائش میں غلطیوں کی وجہ سے ٹینسائل ماڈیولس اور ایلانگیشن کا ڈیٹا شامل نہیں کیا گیا

TRH آن ہونے کی صورت میں Filaprem CF/PEEK کی ٹینسائل اسٹرینتھ Markforged Carbon سے 57.6% زیادہ ہے، اور فلیکسرل ماڈیولس 121.6% زیادہ ہے۔ یہ نتائج پرنٹ شدہ مٹیریل کی مکینیکل خصوصیات بہتر بنانے میں Orion کی TRH ٹیکنالوجی کی افادیت کو نمایاں کرتے ہیں۔

تصویر: TRH کے ساتھ Suprem Filaprem™ CFF PEEK پرنٹ کرتا ہوا Orion AM کا عمل

کنٹینیوس کاربن فائبر 3D پرنٹنگ میں چیلنجز اور تحقیق

کنٹینیوس کاربن فائبر 3D پرنٹنگ کو کئی چیلنجز درپیش ہیں، جو بنیادی طور پر کاربن فائبرز کی کنسولیڈیشن اور بانڈنگ سے متعلق ہیں۔ کنٹینیوس فلامنٹ فیبریکیشن (CFF) عمل، جو ایک کولڈ پراسیس ہے، اکثر لیئرز، فائبر اور میٹرکس کے درمیان کمزور بانڈنگ کا باعث بنتا ہے۔ اس کے نتیجے میں مساموں اور خلا کی مقدار زیادہ ہوتی ہے، جو مٹیریل کی مکینیکل خصوصیات کو نمایاں طور پر کم کر سکتی ہے۔ ایک حقیقی کمپوزٹ کی خصوصیات حاصل کرنے کے لیے کہیں زیادہ پراسیسنگ درجۂ حرارت درکار ہوتا ہے۔

تصویر: Orion TRH عمل سے تیار کردہ ٹینسائل ٹیسٹ اسپیسیمنز

Goh et al. (2020) کی ایک تحقیق پولیمر ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ میں پراسیس، ساخت اور خصوصیات کے باہمی تعلق کی پیچیدگی کو نمایاں کرتی ہے¹۔ یہ تحقیق مطلوبہ نتائج حاصل کرنے کے لیے مختلف پیرامیٹرز کے محتاط کنٹرول کی ضرورت پر زور دیتی ہے۔ اسی طرح Li et al. (2019) کی ایک تحقیق فائبر ری انفورسڈ پولیمر کمپوزٹس کی ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ کے چیلنجز پر بحث کرتی ہے²۔ یہ تحقیق پرنٹنگ پیرامیٹرز اور پرنٹ شدہ مٹیریل کی حاصل ہونے والی مکینیکل خصوصیات کے درمیان باہمی تعلق کو سمجھنے کی اہمیت پر زور دیتی ہے۔

Markforged کا Carbon مٹیریل، اگرچہ انڈسٹری میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتا ہے، دیگر مٹیریلز کے مقابلے میں نسبتاً کمزور مکینیکل خصوصیات کا حامل پایا گیا ہے۔ اس کی بڑی وجہ مٹیریل میں مساموں کی زیادہ مقدار اور خلا کی موجودگی ہے، جو اس کی مضبوطی اور سختی کو نمایاں طور پر کم کر سکتی ہے۔ Antonino Squillace (2021) کی ایک تحقیق میں Markforged کی کنٹینیوس فلامنٹ فیبریکیشن (CFF) تکنیک سے تیار کردہ کمپوزٹس کی مکینیکل خصوصیات پر فائبر اورینٹیشن کے اثر کا جائزہ لیا گیا³۔ تحقیق سے معلوم ہوا کہ لیئر بہ لیئر پرنٹ ڈیپوزیشن کا عمل اکثر لیئرز کے درمیان خلا پیدا کرتا ہے، جو مٹیریل کی مضبوطی کو نمایاں طور پر کم کر سکتا ہے۔

Orion کا حل: تھرمل ریڈی ایشن ہیٹنگ (TRH)

ان چیلنجز کا Orion کا حل اپنے کنٹینیوس کاربن فائبر پرنٹنگ عمل میں تھرمل ریڈی ایشن ہیٹنگ (TRH) کا استعمال ہے۔ TRH کاربن فائبرز کی کنسولیڈیشن اور بانڈنگ کو نمایاں طور پر بہتر بناتی ہے، جس کے نتیجے میں کہیں زیادہ مضبوطی اور سختی والا مٹیریل حاصل ہوتا ہے۔ جیسا کہ جدول میں دکھایا گیا ہے، TRH آن ہونے کی صورت میں Filaprem CF/PEEK کی ٹینسائل اسٹرینتھ Markforged Carbon سے نمایاں طور پر زیادہ ہے، جو 800 MPa کے مقابلے میں 1261 MPa تک پہنچتی ہے۔ یہ ٹینسائل اسٹرینتھ میں 57.6% اضافہ ہے۔ اسی طرح TRH آن ہونے پر Filaprem CF/PEEK کا فلیکسرل ماڈیولس 113 GPa ہے، جو Markforged Carbon کے 51 GPa سے دگنے سے بھی زیادہ ہے، یعنی سختی میں 121.6% اضافہ۔

تصویر: PEEK کے لیے Orion کا ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ سسٹم

اثرات اور ایپلی کیشنز

TRH کے ساتھ Orion کے عمل سے حاصل ہونے والی اعلیٰ مکینیکل خصوصیات مختلف صنعتوں کے لیے اہم اثرات رکھتی ہیں۔ مثال کے طور پر خلائی صنعت میں اس عمل سے تیار کردہ مٹیریلز کی زیادہ مضبوطی اور ہلکا وزن انہیں ہلکے ڈھانچوں، سینڈوچ پینلز، کھلنے والے سولر ایریز اور سیٹلائٹ ڈھانچوں میں استعمال کے لیے مثالی بناتے ہیں۔

میڈیکل شعبے میں بھی ممکنہ ایپلی کیشنز اتنی ہی دلچسپ ہیں۔ مثال کے طور پر ٹراما پلیٹس ان مٹیریلز کی زیادہ مضبوطی اور ہلکے وزن سے فائدہ اٹھا سکتی ہیں۔ مزید یہ کہ Suprem کی سسٹر کمپنی icotec پہلے ہی کاربن فائبر سے امپلانٹس تیار کرتی ہے۔ Orion کے عمل سے ان امپلانٹس کو 3D پرنٹ کرنے کی صلاحیت میڈیکل ڈیوائسز کی مینوفیکچرنگ میں انقلاب لا سکتی ہے۔ جیسا کہ icotec کی ویب سائٹ پر بیان کیا گیا ہے، ان کے امپلانٹس ایک منفرد مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی سے تیار کیے جاتے ہیں، جو ریڑھ کی ہڈی کے رسولی امراض کے آپریٹو علاج کے لیے بے مثال کمپوزٹ امپلانٹس فراہم کرتے ہیں⁴۔

نتیجہ

Lennart Zeller اور Orion Additive Manufacturing GmbH کی تحقیق نے کنٹینیوس کاربن فائبر 3D پرنٹنگ کے نمایاں امکانات ثابت کیے ہیں، خاص طور پر جب اسے تھرمل ریڈی ایشن ہیٹنگ (TRH) کے ساتھ ملایا جائے۔ اس عمل سے حاصل ہونے والی اعلیٰ مکینیکل خصوصیات خلا سے لے کر میڈیکل تک مختلف صنعتوں کے لیے دلچسپ امکانات کھولتی ہیں۔ جیسے جیسے ایڈیٹیو مینوفیکچرنگ کا شعبہ ترقی کرتا رہے گا، Orion کی خدمات اس کے مستقبل کی تشکیل میں کلیدی کردار ادا کرنے کا امکان رکھتی ہیں۔

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

یہ وائٹ پیپر Lennart Zeller، Technische Universität Berlin اور Orion Additive Manufacturing GmbH نے تیار کیا ہے۔ مزید معلومات کے لیے براہِ کرم Orion Additive Manufacturing GmbH, Berlin, Germany سے info@orion-am.com پر رابطہ کریں۔

حوالہ جات:

1. Goh, G. K. M., Yap, Y. C., Tan, H. H., Sing, S. L., & Yeong, W. Y. (2020). Process–Structure–Properties in Polymer Additive Manufacturing via Material Extrusion: A Review. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 45(2), 113–133. https://doi.org/10.1080/10408436.2018.1549977 ↩
   
2. Li, G., Yap, Y. C., Agarwala, S., & Yeong, W. Y. (2019). Recent Progress in Additive Manufacturing ofFiber Reinforced Polymer Composite. Advanced Materials Technologies, 4(1), 1800271. https://doi.org/10.1002/admt.201800271 ↩
   
3. Squillace, A., Prisco, U., Astarita, A., & Nele, L. (2021). Effect of Fiber Orientation on Mechanical Properties of 3D Printed CF-PEEK Composites. Polymers, 13(15), 2524. https://doi.org/10.3390/polym13152524 ↩
   
4. icotec AG. (2023). Carbon/PEEK Composite Implants. دستیاب: https://www.icotec-medical.com/en/ ↩