এই গবেষণায় লেজার প্লাজমা এক্সিলারেটরের জন্য গ্যাস জেট নজল উৎপাদনে অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং প্রযুক্তির প্রয়োগ নিয়ে অধ্যয়ন করা হয়েছে। এটির মূল চ্যালেঞ্জ হল প্লাজমা ঘনত্ব বন্টন নিখুঁতভাবে নিয়ন্ত্রণ করা, যা লেজার ওয়েকফিল্ড এক্সিলারেশনে ইলেকট্রন ইনজেকশন, ত্বরণ এবং বিম স্টিয়ারিং অপ্টিমাইজ করার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। ঐতিহ্যগত উৎপাদন প্রযুক্তি প্রায়শই পরীক্ষামূলক কার্যক্রমের জন্য প্রয়োজনীয় জটিল এবং দ্রুত বিবর্তনশীল নজল ডিজাইনের চাহিদা পূরণ করতে পারে না। এই গবেষণায় তিনটি প্রধান থ্রিডি প্রিন্টিং প্রযুক্তি—ফিউড ডিপোজিশন মডেলিং, স্টেরিওলিথোগ্রাফি এবং সিলেক্টিভ লেজার সিন্টারিং—এর পারফরম্যান্স বেসিক এবং জটিল নজল ডিজাইন তৈরিতে তুলনা করা হয়েছে। নজলগুলিকে ইন্টারফেরোমেট্রি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়েছে এবং অ্যাপ্লাইড অপটিক্স ল্যাবরেটরির "Salle Jaune" টেরাওয়াট লেজার সিস্টেমে ইলেকট্রন এক্সিলারেশন পরীক্ষার মাধ্যমে বৈধতা যাচাই করা হয়েছে।
কণা ত্বরক হল বিজ্ঞান ও শিল্পক্ষেত্রের একটি মৌলিক সরঞ্জাম। প্রচলিত রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি ত্বরক ক্ষেত্র নির্গমন এবং ভ্যাকুয়াম ব্রেকডাউনের সীমাবদ্ধতার কারণে তাদের ত্বরণ গ্রেডিয়েন্টের ঊর্ধ্বসীমা প্রায় 100 MV/m। প্লাজমা-ভিত্তিক ত্বরক, যেমন লেজার ওয়েকফিল্ড ত্বরণ, প্রাক-আয়নিত মাধ্যম ব্যবহার করে 100 GV/m-এর বেশি ত্বরণ গ্রেডিয়েন্ট বজায় রাখে, যা আরও কমপ্যাক্ট ও সাশ্রয়ী উচ্চ-শক্তি ত্বরক যন্ত্রের সম্ভাবনা তৈরি করে।
লেজার ওয়েকফিল্ড এক্সিলারেশনে, একটি উচ্চ-তীব্রতার লেজার পালস একটি আন্ডার-ডেন্স প্লাজমায় প্রবাহিত হয়। লেজারের পন্ডেরোমোটিভ বল ইলেকট্রনগুলিকে বিকর্ষণ করে, চার্জ বিচ্ছিন্নতা সৃষ্টি করে, যা একটি অনুসরণকারী প্লাজমা তরঙ্গ গঠন করে। ইলেকট্রনগুলিকে এই তরঙ্গের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে ইনজেক্ট করা যেতে পারে এবং সেখানে ত্বরিত হয়ে মিলিমিটার স্কেলে আপেক্ষিকতাবাদী শক্তি অর্জন করতে পারে।
আয়নায়নের পর প্রাথমিক গ্যাস ঘনত্ব বণ্টন প্লাজমা বণ্টনে পরিণত হয়, যা একটি গুরুত্বপূর্ণ নিয়ন্ত্রণ প্যারামিটার। এই বণ্টন কাস্টমাইজ করে নিম্নলিখিতগুলি অর্জন করা সম্ভব:
অগ্রসর নজল ডিজাইনের অভ্যন্তরীণ জটিলতার সাথে মোকাবিলা করতে প্রচলিত যান্ত্রিক প্রক্রিয়াকরণ অক্ষম। এই ধরনের কাস্টমাইজড যন্ত্রাংশের ডেলিভারি লিড টাইম সাধারণত সপ্তাহ থেকে মাস পর্যন্ত হয়, যা বড় লেজার সুবিধার পরীক্ষামূলক ক্রিয়াকলাপের প্রয়োজনীয় চটপটে, পুনরাবৃত্তিমূলক প্রকৃতির সাথে অসামঞ্জস্যপূর্ণ।
এই গবেষণায় তিনটি অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং প্রযুক্তির মূল্যায়ন করা হয়েছে, যার প্রতিটিই এই প্রয়োগে স্বতন্ত্র সুবিধা প্রদান করে।
প্রক্রিয়া: থার্মোপ্লাস্টিক ফিলামেন্টের স্তর-বাই-স্তর এক্সট্রুশন দ্বারা গঠন।
প্রয়োগের দৃশ্যকল্প: মৌলিক, পরিপক্ব গ্যাস ইনজেকশন নকশা প্রতিলিপি করতে ব্যবহৃত হয়। কম খরচে এবং দ্রুত টার্নওভার, তবে সাধারণত কম রেজোলিউশন এবং পৃষ্ঠের মসৃণতা থাকে।
প্রক্রিয়া: অতিবেগুনী লেজার দ্বারা তরল ফটোসেনসিটিভ রেজিন নির্বাচনীভাবে কঠিনীকরণ।
প্রয়োগের দৃশ্যকল্প: আরও জটিল নজল ডিজাইনের জন্য ব্যবহৃত। এটি উৎকৃষ্ট বৈশিষ্ট্য রেজোলিউশন এবং মসৃণ পৃষ্ঠতল প্রদান করে, যা সুনির্দিষ্ট গ্যাস গতিবিদ্যার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
প্রক্রিয়া: লেজার দ্বারা গুঁড়া পদার্থ সিন্টারিং।
প্রয়োগের দৃশ্যকল্প: জটিল নকশার জন্যও ব্যবহৃত হয়। শক্তিশালী, একীভূত অংশ তৈরি করে, সহায়ক কাঠামো ছাড়াই, জটিল অভ্যন্তরীণ জ্যামিতি বাস্তবায়নের অনুমতি দেয়।
CAD সফ্টওয়্যার ব্যবহার করে নজল ডিজাইন করা হয়, জ্যামিতি সহজ সুপারসনিক নজল থেকে শুরু করে নির্দিষ্ট ঘনত্বের ঢাল বা বন্টন তৈরি করার জন্য ডিজাইন করা আরও জটিল আকৃতির পর্যন্ত হয়। ডিজাইন সম্পন্ন হওয়ার পর, যথাক্রমে FDM, SLA এবং SLS ডিভাইস ব্যবহার করে প্রিন্ট করা হয়।
প্রতিটি প্রিন্টেড নজল থেকে নির্গত গ্যাসের ঘনত্ব বন্টন চিহ্নিত করতে ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করা হয়। একটি প্রোব লেজার রশ্মি গ্যাস জেটের মধ্য দিয়ে যায়, ফলে সৃষ্ট ফেজ শিফট পরিমাপ করা হয় যা গ্যাসের ঘনত্বের সমানুপাতিক। এটি কাঙ্ক্ষিত টার্গেট বন্টন তৈরি করতে প্রতিটি নজলের কার্যকারিতা মূল্যায়নের জন্য একটি সরাসরি, পরিমাণগত ভিত্তি প্রদান করে।
নজলটি অ্যাপ্লাইড অপটিক্স ল্যাবরেটরির "Salle Jaune" টেরাওয়াট লেজার সিস্টেমের ভ্যাকুয়াম চেম্বারে সংহত করা হয়। প্রধান লেজার পালস গ্যাস জেটের উপর ফোকাস করা হয়, এটিকে আয়নিত করে এবং ওয়েকফিল্ড চালিত করে। উৎপন্ন ইলেকট্রন বিম চিহ্নিত করতে একটি ম্যাগনেটিক স্পেকট্রোমিটার এবং একটি সিনটিলেশন স্ক্রিন ব্যবহার করা হয়।
SLA < SLS < FDM
SLA সবচেয়ে মসৃণ অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠ তৈরি করে।
SLS/SLA > FDM
SLS এবং SLA আরও জটিল অভ্যন্তরীণ বৈশিষ্ট্য অর্জন করতে পারে।
আনুমানিক কয়েক ঘন্টা থেকে কয়েক দিন
যান্ত্রিক প্রক্রিয়াকরণের তুলনায় সমস্ত 3D প্রিন্টিং পদ্ধতি পুনরাবৃত্তি সময় ব্যাপকভাবে হ্রাস করে।
SLA নজল সর্বোত্তম পৃষ্ঠের মসৃণতা প্রদর্শন করে, যা স্তরিত গ্যাস প্রবাহ এবং পূর্বাভাসযোগ্য ঘনত্ব বণ্টনের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। SLS অংশগুলি শক্তিশালী এবং টেকসই, তবে তাদের পৃষ্ঠ কিছুটা দানাদার। FDM অংশগুলিতে স্পষ্ট স্তরীয় দাগ দৃশ্যমান, যা গ্যাস প্রবাহে ব্যাঘাত ঘটাতে পারে।
ইন্টারফেরোমেট্রি নিশ্চিত করেছে যে, SLA এবং SLS নজল ডিজাইনকৃত ঘনত্ব বণ্টন, গ্রেডিয়েন্ট এবং প্ল্যাটফর্ম অঞ্চল সহ, সঠিকভাবে পুনরুৎপাদন করতে সক্ষম। FDM নজল আদর্শ বণ্টনের জন্য যথেষ্ট, কিন্তু আরও বেশি পরিবর্তনশীলতা এবং কম তীক্ষ্ণ বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে।
স্ট্যান্ডার্ড নজলের তুলনায়, ঘনত্ব হ্রাস ঢাল ইনজেকশনের জন্য অপ্টিমাইজড SLA/SLA নজল ব্যবহার করে পরিচালিত পরীক্ষাগুলি উন্নত ইলেকট্রন বিম বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে: উচ্চতর চার্জ, কম শক্তি প্রসারণ এবং ছোট বিচ্যুতি। এটি সরাসরি উন্নত নজল উৎপাদনকে উন্নত এক্সিলারেটর কর্মক্ষমতার সাথে সংযুক্ত করে।
লেজার প্রচারের জন্য সমালোচনামূলক ঘনত্ব নিম্নলিখিত সমীকরণ দ্বারা দেওয়া হয়:
মূল অন্তর্দৃষ্টি: এই নিবন্ধটি কেবল 3D প্রিন্টিং নজল সম্পর্কে নয়; এটি পরীক্ষামূলক প্লাজমা পদার্থবিদ্যায় চটপটে, ডিজিটাল উৎপাদন প্রয়োগ করে গুরুত্বপূর্ণ বাধা অতিক্রমের একটি আদর্শ উদাহরণ। লেখক সঠিকভাবে উল্লেখ করেছেন যে লেজার ওয়েকফিল্ড এক্সিলারেশনের উদ্ভাবনের গতি ধারণার সীমাবদ্ধতা দ্বারা নয়, বরং জটিল টার্গেট জ্যামিতি বাস্তবায়নের সক্ষমতার সীমাবদ্ধতা দ্বারা প্রভাবিত হয়। 3D প্রিন্টিং গ্রহণের মাধ্যমে, তারা "ডিজাইন, অপেক্ষা, পরীক্ষা" প্যারাডাইম থেকে "ডিজাইন, রাতারাতি প্রিন্ট, পরের দিন পরীক্ষা" প্যারাডাইমে স্থানান্তরিত করেছে। এটি অন্যান্য ক্ষেত্রে র্যাপিড প্রোটোটাইপিং যে বিপ্লব এনেছে তার অনুরূপ।
যৌক্তিক কাঠামো: যুক্তি উপস্থাপনা আকর্ষণীয় এবং কাঠামোগতভাবে সুস্পষ্ট। এটি মৌলিক শারীরিক চাহিদা থেকে শুরু করে, উৎপাদন সংকট প্রতিষ্ঠা করে, একটি সমাধান হিসেবে থ্রিডি প্রিন্টিং উপস্থাপন করে, পদ্ধতির তুলনামূলক প্রযুক্তিগত-অর্থনৈতিক বিশ্লেষণ প্রদান করে এবং গুরুত্বপূর্ণভাবে ইলেকট্রন বিমের গুণমান সম্পর্কে কঠোর পরীক্ষামূলক তথ্যের মাধ্যমে পদ্ধতিটির বৈধতা যাচাই করে। এটি এই কাজটিকে কেবল একটি প্রযুক্তিগত প্রদর্শনী থেকে কার্যক্ষমতা-ভিত্তিক স্বীকৃতির স্তরে উন্নীত করেছে।
সুবিধা ও সীমাবদ্ধতা: প্রধান সুবিধা হল এন্ড-টু-এন্ড যাচাই: CAD ফাইল থেকে পরিমাপিত ইলেকট্রন শক্তি বর্ণালী পর্যন্ত। বিভিন্ন প্রিন্টিং প্রযুক্তির তুলনা এই ক্ষেত্রের সম্প্রদায়ের জন্য অত্যন্ত মূল্যবান। প্রাথমিক প্রয়োগ গবেষণায় একটি সাধারণ ঘাটতি হল দীর্ঘমেয়াদী স্থায়িত্ব তথ্যের অভাব। পুনরাবৃত্ত উচ্চ-চাপ গ্যাস পালস এবং শত শত লেজার-প্ররোচিত অবক্ষয়ের অধীনে এই পলিমার-ভিত্তিক নজলগুলি কীভাবে কাজ করে? ধাতব SLS উল্লেখ করা হয়েছে কিন্তু গভীরভাবে আলোচনা করা হয়নি; এটি দৃঢ়, উচ্চ-তাপীয় লোড অ্যাপ্লিকেশনের দিকে একটি স্পষ্ট পরবর্তী পদক্ষেপের প্রতিনিধিত্ব করে।
কার্যকরী সুপারিশ: লেজার প্লাজমা ত্বরণে নিযুক্ত যে কোনও গবেষণা দলের জন্য: 1) অবিলম্বে বিনিয়োগ করুনএকটি SLA প্রিন্টার, জটিল নজলের জন্য দ্রুত প্রোটোটাইপিংয়ের জন্য। লেজার সিস্টেমের খরচের তুলনায় এর খরচ নগণ্য।2) প্রতিষ্ঠা করুনযাচাইকৃত নজল CAD ফাইলের ডিজিটাল লাইব্রেরি – এটি একটি শেয়ারযোগ্য, ক্রমবিকাশমান জ্ঞানভাণ্ডার তৈরি করে।3) অনুসন্ধান শুরু করুনচূড়ান্ত উচ্চ পুনরাবৃত্তি হার টার্গেট সিস্টেমের জন্য ধাতব সংযোজন উৎপাদন। টার্গেটের ভবিষ্যৎ ডিজিটাল, বিতরণকৃত এবং চটপটে, এই নিবন্ধটি শুরু করার জন্য একটি স্পষ্ট রোডম্যাপ প্রদান করে।
কেস: ঘনত্ব হ্রাসকারী ঢালু ইনজেকশনের জন্য নতুন নজল ডিজাইন মূল্যায়ন
ধাপ 1 – শারীরিক লক্ষ্য সংজ্ঞায়িত করুন: একটি তীব্র অনুভূমিক ঘনত্ব হ্রাস ঢাল তৈরি করুন, যা আয়নীকরণ-প্ররোচিত ইনজেকশন ট্রিগার করবে।
ধাপ ২ – CAD মডেলিং: CAD সফটওয়্যার ব্যবহার করে একটি নির্দিষ্ট অভ্যন্তরীণ কনট্যুর সহ একটি নজল ডিজাইন করুন, যা গণনামূলক ফ্লুইড ডাইনামিক্স সিমুলেশন দ্বারা পূর্বাভাসিত কাঙ্ক্ষিত গ্যাস বিতরণ তৈরি করে।
ধাপ ৩ – উৎপাদন সিদ্ধান্ত গাছ:
ধাপ 4 – চিহ্নিতকরণ ও পুনরাবৃত্তি:
ধাপ ৫ – পরীক্ষামূলক সংহতকরণ: যাচাইকৃত নজলটি লেজার প্লাজমা চেম্বারে ইনস্টল করে ত্বরণ পরীক্ষা পরিচালনা করুন এবং সিমুলেশন ফলাফলের ভিত্তিতে ইলেকট্রন বিম ডেটা বিশ্লেষণ করুন।
এই কাঠামোটি 3D প্রিন্টিং দ্বারা বাস্তবায়িত চটপলে উন্নয়ন চক্রকে প্রাতিষ্ঠানিক রূপ দেয়।