हाल के वर्षों में, एयरोस्पेस क्षेत्र - जिसमें वाणिज्यिक और सैन्य विमान, उपग्रह, अंतरिक्ष यान, ड्रोन और मानव रहित हवाई वाहन (यूएवी) शामिल हैं - में कुछ व्यापक बदलाव हुए हैं। बड़ी संख्या में कंपनियां अंतरिक्ष की दौड़ में शामिल हो गई हैं, जिनमें से कई को नवीन विनिर्माण प्रौद्योगिकियों की आवश्यकता है।
इसके विपरीत, वाणिज्यिक विमानन पर महामारी के कारण लगे यात्रा प्रतिबंधों के प्रभाव से नागरिक विमान निर्माण दरों में एक तिहाई की गिरावट आई है।
2019 में, यूरोप नागरिक विमान और हेलीकॉप्टर उत्पादन (विभिन्न घटकों और विमान इंजनों सहित) में वैश्विक नेताओं में से एक था, जो लगभग 400,{2}} नौकरियां प्रदान करता था और €130 बिलियन का राजस्व उत्पन्न करता था। जबकि अंतरिक्ष अन्वेषण और रक्षा न्यू क्राउन महामारी से काफी हद तक अप्रभावित हैं, नागरिक विमान उत्पादन और विनिर्माण अभी भी पुनर्प्राप्ति चरण में हैं।
अपने फरवरी 2023 के प्रकाशन में, वाणिज्यिक एयरोस्पेस में अनिश्चितता, प्रमुख परामर्श और अनुसंधान फर्म मैकिन्से ने रिपोर्ट दी है कि दुनिया को 2027 के अंत तक 9,400 यात्री विमान (मुख्य रूप से संकीर्ण-बॉडी जेट) बनाने के ऑर्डर के बैकलॉग को अवशोषित करने की आवश्यकता है। लेकिन अनिश्चितता है हवाई यात्री परिवहन के भविष्य के विकास, आपूर्ति श्रृंखला और कार्यबल की सुदृढ़ता के बारे में। परिणामस्वरूप, निर्माताओं को बैकलॉग को संभालने और मांग में भविष्य में होने वाले बदलावों का जवाब देने के लिए उत्पादकता और लचीलेपन में सुधार करने की आवश्यकता है।
उत्पादकता बढ़ाने और लागत कम रखने की लेजर प्रसंस्करण की क्षमता एयरोस्पेस उद्योग में इस प्रतिक्रिया को सक्षम करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती है। लेजर प्रोसेसिंग - कटिंग, वेल्डिंग, शॉट पीनिंग और ड्रिलिंग ऑपरेशन के रूप में - एयरोस्पेस विनिर्माण का एक अभिन्न अंग बन गया है।
उदाहरण के लिए, लेजर का उपयोग विमान के विंग फ्लैप, विंग फास्टनरों, जेट इंजन घटकों और सीट भागों के निर्माण के साथ-साथ टर्बाइनों की मरम्मत, भागों से पेंट को साफ करने या हटाने और आगे की प्रक्रिया के लिए घटक सतहों को तैयार करने के लिए किया जाता है। हाल के वर्षों में, एयरोस्पेस उड़ान क्षेत्र में लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (एएम) भी तेजी से लोकप्रिय हो गया है। इसके अलावा, बाजार एयरोस्पेस घटकों की ट्रैसेबिलिटी में सुधार करना चाहता है, और इसके साथ ही, लेजर मार्किंग की मांग बढ़ रही है।
लेजर कटिंग और वेल्डिंग
लेजर कटिंग एक तेज़, लागत प्रभावी और सटीक प्रक्रिया है जिसका उपयोग एयरोस्पेस क्षेत्र की मांग वाली विनिर्माण आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए किया जा सकता है।
पारंपरिक प्रसंस्करण की तुलना में, लेजर कटिंग उच्च सटीकता, कम सामग्री अपशिष्ट, तेज प्रसंस्करण गति, कम लागत और कम उपकरण रखरखाव प्रदान करती है। इसके अलावा, उत्पादकता को अधिकतम किया जा सकता है क्योंकि यह प्रक्रिया में किसी भी आवश्यक परिवर्तन को जल्दी और आसानी से करने की अनुमति देता है।
लेजर का उपयोग विंग फास्टनर भागों, फिक्सचर भागों, एंड-इफ़ेक्टर भागों, टूलींग भागों आदि के उत्पादन के लिए किया जा सकता है। यह छोटे भागों, जैसे ग्राफ्ट ऑयल गास्केट और टाइटेनियम पायलट ट्यूब मैनिफोल्ड्स, साथ ही बड़े भागों, जैसे के लिए समान रूप से उपयुक्त है। निकास शंकु के रूप में. यह विभिन्न प्रकार की एयरोस्पेस सामग्रियों को संसाधित कर सकता है, जिनमें एल्यूमीनियम, हास्टेलॉय (निकल जो मोलिब्डेनम और क्रोमियम जैसे तत्वों के साथ मिश्रित किया गया है), इनकोनेल, नितिनोल, नितिनोल, स्टेनलेस स्टील, टैंटलम और टाइटेनियम शामिल हैं।
लेजर वेल्डिंग का उपयोग एयरोस्पेस में पारंपरिक जुड़ने के तरीकों, जैसे चिपकने वाला बंधन और यांत्रिक बन्धन के विकल्प के रूप में भी किया जाता है। उदाहरण के लिए, विमान निर्माण में हल्के एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं और कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर (सीएफआरपी) के लेजर वेल्डिंग के उपयोग को तेजी से महत्व दिया जा रहा है और जहां भी संभव हो रिवेट जोड़ों को बदलने के लिए इसका उपयोग किया जा रहा है। लेज़र स्विंग वेल्डिंग जैसी प्रौद्योगिकियाँ ईंधन टैंक कनेक्शन में भी सफल रही हैं, जिससे कनेक्शन की दक्षता और मजबूती में सुधार हुआ है, पुनः कार्य कम हुआ है और महत्वपूर्ण लागत बचत हुई है। एयरोस्पेस में अन्य वेल्डिंग सफलताओं में टरबाइन ब्लेड के कास्ट कोर को कवर से जोड़ना शामिल है; और नए प्रकार के हल्के विंग फ्लैप का निर्माण कर रहे हैं जो लैमिनर प्रवाह नियंत्रण को बढ़ाते हैं, ड्रैग को कम करते हैं और ईंधन दक्षता को अनुकूलित करते हैं।
पारंपरिक तरीकों की तुलना में लागत बचत, घटक वजन में कमी और बेहतर वेल्ड गुणवत्ता की संभावना के साथ, बाजार में कई निर्माता अब भी एयरफ्रेम भागों के लिए लेजर वेल्डिंग पर विचार कर रहे हैं।
लेजर सफाई
एयरोस्पेस क्षेत्र में निर्माता मशीनिंग की तैयारी में धातु और मिश्रित सतहों से परतों को हटाने, कोटिंग्स या जंग को हटाने और पुन: पेंटिंग से पहले बड़े हिस्सों या पूरे विमान से पेंट हटाने के लिए लेजर सफाई का उपयोग करते हैं।
सफाई प्रक्रिया के दौरान, लेजर प्रकाश को धातु की सतह परत द्वारा अवशोषित और वाष्पित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सतह सामग्री का अपघटन होता है और आंतरिक परत पर बहुत कम या कोई प्रभाव नहीं पड़ता है और घटक को कोई संपार्श्विक थर्मल क्षति नहीं होती है। किलोवाट श्रेणी के स्पंदित फाइबर लेजर विशेष रूप से तेजी से लेजर सफाई के लिए उपयुक्त हैं - वे उच्च दक्षता और परिशुद्धता के साथ सिरेमिक, कंपोजिट, धातु और प्लास्टिक सहित सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला को साफ कर सकते हैं।
हाल के वर्षों में विमान में कंपोजिट का उपयोग बढ़ गया है, और इसलिए धातुओं को कंपोजिट में जोड़ने की आवश्यकता बढ़ गई है। एयरोस्पेस विनिर्माण में, चिपकने वाले पदार्थों का उपयोग इन दो अलग-अलग सामग्रियों को जोड़ने के लिए किया जा सकता है, और एक मजबूत बंधन बनाने के लिए, चिपकने वाले को लागू करने से पहले दो सतहों को प्रसंस्करण के लिए सावधानीपूर्वक तैयार किया जाना चाहिए।
लेज़र सफ़ाई आदर्श विकल्प है क्योंकि यह एक बहुत कसकर नियंत्रित, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य सतह प्रभाव बनाता है जो एक सुसंगत, पूर्वानुमानित बंधन प्राप्त करने में सक्षम है। परंपरागत रूप से, यह विनाशकारी ब्लास्टिंग तकनीकों या कई रसायनों के अनुप्रयोग के माध्यम से पूरा किया जाएगा। हालाँकि, लेजर सफाई अब एक-चरणीय दृष्टिकोण प्रदान करती है जो न केवल अधिक लागत प्रभावी और उत्पादक है, बल्कि इसका पर्यावरणीय प्रभाव भी बहुत कम है क्योंकि इसमें किसी जहरीले रसायन या ब्लास्टिंग सामग्री की आवश्यकता नहीं होती है। पारंपरिक तरीकों की तुलना में लेजर सफाई भी भागों पर अधिक कोमल होती है।
जब पेंट स्ट्रिपिंग की बात आती है तो धातु और मिश्रित विमान घटकों की लेजर सफाई रासायनिक स्ट्रिपिंग या ब्लास्टिंग तकनीकों की तुलना में अधिक फायदेमंद होती है। अपने जीवनकाल के दौरान, एक विमान को 4-5 बार दोबारा रंगा जा सकता है, और पारंपरिक तकनीकों का उपयोग करके पूरे विमान से पेंट हटाने में एक सप्ताह या उससे अधिक का समय लग सकता है। इसके विपरीत, विमान के आकार के आधार पर, लेजर सफाई इस समय को घटाकर 3-4 दिनों तक कर सकती है, और इससे श्रमिकों को भागों तक आसान पहुंच भी मिलती है। इसके अलावा, जब रासायनिक स्ट्रिपिंग या ब्लास्टिंग के बजाय पेंट हटाने के लिए उपयोग किया जाता है, तो लेजर सफाई से महत्वपूर्ण लागत बचत हो सकती है - प्रति विमान हजारों पाउंड - क्योंकि खतरनाक अपशिष्ट लगभग 90 प्रतिशत या उससे अधिक कम हो जाता है और सामग्री प्रबंधन की आवश्यकताएं कम हो जाती हैं।
लेज़र ब्लास्टिंग/लेज़र इम्पैक्ट पीनिंग
धातु घटकों के भीतर तनाव से जेट इंजनों में पंखे के ब्लेड जैसे विमान घटकों में धातु थकान विफलता हो सकती है, जो संभावित रूप से क्षति या चोट का कारण बन सकती है। इसे लेज़र पीनिंग नामक तकनीक द्वारा कम किया जा सकता है।
इस प्रक्रिया में, लेजर पल्स को उच्च तनाव एकाग्रता वाले क्षेत्र में निर्देशित किया जाता है, और प्रत्येक पल्स घटक सतह और शीर्ष पर छिड़के गए पानी की एक परत के बीच एक छोटे प्लाज्मा विस्फोट को प्रज्वलित करता है। पानी की परत विस्फोट को सीमित कर देती है, जिससे सदमे की लहर घटक में प्रवेश कर जाती है और इसके प्रसार क्षेत्र के विस्तार के रूप में संपीड़ित अवशिष्ट तनाव उत्पन्न होता है। ये तनाव क्रैकिंग और धातु की थकान के अन्य रूपों का प्रतिकार करते हैं। लेजर पीनिंग पारंपरिक प्रक्रियाओं की तुलना में धातु भागों की सेवा जीवन को 10-15 गुना तक बढ़ा सकती है।
एयरोस्पेस उद्योग में लेजर पीनिंग का तेजी से उपयोग किया जा रहा है। उदाहरण के लिए, एलएसपी टेक्नोलॉजीज और एयरबस ने संयुक्त रूप से एक पोर्टेबल लेजर पीनिंग सिस्टम विकसित किया है जिसका हाल ही में टूलूज़, फ्रांस में एयरबस के रखरखाव और मरम्मत सुविधा में परीक्षण और मूल्यांकन किया गया था।
लेपर्ड लेजर पीनिंग प्रणाली चक्रीय कंपन तनाव के कारण होने वाली दरारों के उद्भव और विस्तार को रोककर थकान जीवन को बढ़ाएगी। फाइबर ऑप्टिक बीम डिलीवरी और कस्टम टूलींग का लचीलापन सिस्टम को विमान के दुर्गम क्षेत्रों में लेजर लगाने की अनुमति देता है। साझेदारों के अनुसार, यह प्रणाली लेजर पीनिंग तकनीक में एक बड़ी उपलब्धि है और अन्य चीजों के अलावा जेट इंजन ब्लेड के जीवन को बढ़ाने सहित इसके उपयोग को आगे बढ़ाएगी।
यूएस नेवी फ्लीट रेडीनेस सेंटर ईस्ट (एफआरसीई) ने भी हाल ही में लेजर प्रभाव को मजबूत करने की प्रक्रिया का सत्यापन पूरा किया है जिसका एफ -35बी लाइटनिंग II विमान पर सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है। एफआरसीई ने बिना कोई अतिरिक्त सामग्री या वजन जोड़े एफ-35बी लाइटनिंग II के फ्रेम को मजबूत करने के लिए इस प्रक्रिया का उपयोग किया, जो अन्यथा इसकी ईंधन या हथियार ले जाने की क्षमता को सीमित कर देता। यह पांचवीं पीढ़ी के लड़ाकू विमान, यूएस मरीन कॉर्प्स द्वारा उपयोग किए जाने वाले छोटे टेकऑफ़ और लैंडिंग संस्करण की जीवन प्रत्याशा को बढ़ाने में मदद करता है।
लेजर ड्रिलिंग
आधुनिक एयरो इंजनों में लगभग 500,000 छेद होते हैं, जो 1980 के दशक में निर्मित इंजनों की संख्या से लगभग 100 गुना अधिक है। इसी समय, विमान निर्माता अधिक से अधिक अन्य घटकों का उत्पादन कर रहे हैं जिनमें रिवेट और स्क्रू कनेक्शन के लिए बड़ी संख्या में ड्रिल किए गए छेद हैं। इसलिए एयरोस्पेस क्षेत्र में लेजर ड्रिलिंग की बाजार में बड़ी संभावनाएं हैं क्योंकि यह एक सटीक, दोहराने योग्य, तेज और लागत प्रभावी प्रक्रिया प्रदान करती है।
उदाहरण के लिए, बड़े टाइटेनियम एचएलएफसी (हाइब्रिड लैमिनर फ्लो कंट्रोल) पैनलों की कुशल और सटीक माइक्रो-ड्रिलिंग के लिए नए हाई-पावर फेमटोसेकंड लेजर सिस्टम विकसित किए जा रहे हैं जिन्हें विंग या टेल स्टेबलाइजर्स पर लगाया जाएगा। ये पैनल छोटे छिद्रों के माध्यम से हवा खींचते हैं, जिससे घर्षण ड्रैग कम होता है और ईंधन की खपत कम होती है।
सीएफआरपी विमान घटकों की ड्रिलिंग के लिए इमेज लेजर का तेजी से उपयोग किया जा रहा है
(छवि क्रेडिट: लेजर सेंटर हनोवर)
चूंकि लेजर ड्रिलिंग संपर्क रहित है, इसलिए संसाधित की जाने वाली सामग्री को उसी तरह से पकड़ने की आवश्यकता नहीं होती है जैसे कि इसे पारंपरिक उपकरणों के साथ संसाधित किया जा रहा हो। संपर्कहीनता का एक अन्य लाभ यह है कि कोई उपकरण घिसता नहीं है, जो ड्रिलिंग सीएफआरपी घटकों के संचालन में एक विशेष लाभ का प्रतिनिधित्व करता है। अपनी कठोरता के कारण, सीएफआरपी घटक पारंपरिक उपकरणों पर बहुत अधिक घिसाव पैदा कर सकते हैं। लेज़र ड्रिलिंग बहुत तेज़ गति से भी की जा सकती है, ताकि गर्मी से अत्यधिक क्षति संसाधित होने वाली सामग्री को नुकसान न पहुँचाए।
योगात्मक विनिर्माण
एयरोस्पेस उद्योग में लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (एएम) भी तेजी से गति पकड़ रहा है। इस तकनीक में, एक लेज़र आकार बनाने के लिए पाउडर की निरंतर परतों को पिघलाता है। कैलिफोर्निया स्थित एक रॉकेट कंपनी ने हाल ही में हल्के, तेज और मजबूत अंतरिक्ष घटकों का निर्माण करके अपने अंतरिक्ष मिशनों को अधिक किफायती और कुशल बनाने के लिए दो लेजर बीम 3डी प्रिंटर का ऑर्डर दिया है।
जबकि कई परियोजनाएं अभी भी परीक्षण चरण में हैं, मंगल ग्रह पर दो मिशनों पर लेजर एडिटिव विनिर्माण का सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है। नासा का क्यूरियोसिटी रोवर, जो अगस्त 2012 में उतरा, मंगल ग्रह पर 3डी मुद्रित भागों को ले जाने वाला पहला मिशन था। यह मंगल ग्रह पर नमूना विश्लेषण (एसएएम) उपकरण के अंदर एक सिरेमिक घटक है, जो एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक की विश्वसनीयता की जांच के लिए चल रहे परीक्षण कार्यक्रम का हिस्सा है।
इस बीच, फरवरी 2021 में मंगल ग्रह पर उतरने वाले नासा के ट्रेलब्लेज़र रोवर में 11 लेजर एडिटिव निर्मित धातु के हिस्से शामिल हैं। इनमें से पांच हिस्से ट्रेल के प्लैनेटरी इंस्ट्रूमेंट फॉर एक्स-रे लिथोकेमिस्ट्री (पीआईएक्सएल) में हैं, जो मंगल ग्रह पर माइक्रोबियल जीवाश्म जीवन के संकेतों की तलाश कर रहा है। इन हिस्सों को इतना हल्का होना चाहिए कि उन्हें पारंपरिक फोर्जिंग, मोल्डिंग और कटिंग तकनीकों द्वारा उत्पादित नहीं किया जा सके।
नासा रॉकेट घटकों के लेजर एडिटिव निर्माण के साथ भी प्रयोग कर रहा है। एक अध्ययन में, रॉकेट इंजन का दहन कक्ष तांबे की मिश्र धातु से बनाया गया था। लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के इस निरंतर विकास के परिणामस्वरूप एक ऐसा घटक तैयार हुआ है जिसे पारंपरिक मशीनिंग, जॉइनिंग और असेंबली के लिए आवश्यक लगभग आधी लागत और एक-छठे समय पर निर्मित किया जा सकता है। क्योंकि उपयोग की जाने वाली तांबे की मिश्र धातुएं इन्फ्रारेड लेजर के लिए अत्यधिक परावर्तक होती हैं, नासा अब जांच कर रही है कि हरे या नीले लेजर कैसे दक्षता और उत्पादकता में सुधार कर सकते हैं।
जबकि एयरोस्पेस में एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का उपयोग अभी भी शुरुआती चरण में है, अगले 20 वर्षों में इसके बढ़ने की उम्मीद है।
लेजर कमाई
एयरोस्पेस उद्योग में लेजर ग्रॉसिंग भी एक बहुत नया अनुप्रयोग है। इस प्रक्रिया में, डायरेक्ट लेजर इंटरफेरोमेट्रिक पैटर्निंग (डीएलआईपी) नामक तकनीक के माध्यम से विमान की सतहों पर सूक्ष्म-नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए अल्ट्राफास्ट लेजर का उपयोग किया जाता है, जिसका उपयोग प्राकृतिक "कमल प्रभाव" बनाने के लिए किया जाता है, जिससे नैनोस्ट्रक्चर बनते हैं जो सतह के प्रदूषण और बर्फ को रोकने में मदद करते हैं। विमान पर निर्माण.
नवोन्मेषी प्रकाशिकी एक शक्तिशाली अल्ट्राफास्ट लेजर पल्स को कई आंशिक बीमों में विभाजित करती है, जिन्हें फिर संसाधित होने वाली सतह पर संयोजित किया जाता है। जब माइक्रोस्कोप के नीचे देखा जाता है, तो परिणामी सूक्ष्म संरचना "स्तंभों" या तरंगों के सूक्ष्म "हॉल" जैसा दिखती है। "स्तंभों" के बीच की दूरी लगभग 150nm और 30µm के बीच है - एक संरचना जिसका अर्थ है कि पानी की बूंदें अब सतह को गीला नहीं करती हैं और उससे चिपकती नहीं हैं क्योंकि सतह पर उनकी पकड़ पर्याप्त नहीं है।
विमान के लिए इस सामग्री के लाभों में पानी, बर्फ और कीड़ों का बढ़ा हुआ प्रतिकर्षण शामिल है। ये विमान की सतह पर चिपक सकते हैं और हवा के प्रति विमान के प्रतिरोध को बढ़ा सकते हैं, जिससे ईंधन की खपत बढ़ सकती है। इस लेज़र बनावट के अनुप्रयोग से बर्फ़ से बचने के लिए वर्तमान में विमान की सतहों पर लागू होने वाले जहरीले रासायनिक उपचार की आवश्यकता कम हो जाएगी। ऐसा माना जाता है कि यह समय के साथ खराब हो जाता है और इसके क्षतिग्रस्त होने का खतरा रहता है। इसके अलावा, डीएलआईपी विधि द्वारा उत्पादित लेजर संरचनाएं कई वर्षों तक चल सकती हैं और पर्यावरणीय समस्याएं पैदा नहीं करती हैं।
