एयरोस्पेस क्षेत्र - जिसमें वाणिज्यिक और उपग्रह, अंतरिक्ष यान, ड्रोन और मानव रहित हवाई वाहन (यूएवी) शामिल हैं - में हाल के वर्षों में कुछ आमूलचूल परिवर्तन हुए हैं। अधिक से अधिक कंपनियाँ अंतरिक्ष की दौड़ में शामिल हो रही हैं, और उनमें से कई को नवीन विनिर्माण तकनीकों की आवश्यकता है।
उत्पादकता बढ़ाने और लागत कम रखने की लेजर प्रसंस्करण की क्षमता एयरोस्पेस उद्योग की इस प्रतिक्रिया को साकार करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती है। लेजर प्रसंस्करण - जो काटने, वेल्डिंग, ब्लास्टिंग और ड्रिलिंग के रूप में संचालन का एहसास कराता है - एयरोस्पेस विनिर्माण का एक अभिन्न अंग बन गया है।
उदाहरण के लिए, लेजर का उपयोग फ्लैप, विंग फास्टनरों, जेट इंजन घटकों और हवाई जहाज के पंखों के 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, लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (एएम) ने भी अंतरिक्ष उड़ान क्षेत्र में लोकप्रियता हासिल की 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 परिशुद्धता, कम सामग्री अपशिष्ट, तेज प्रसंस्करण गति, कम लागत और कम उपकरण रखरखाव प्रदान करती है। इसके अलावा, यह उत्पादकता को अधिकतम करता है क्योंकि मशीनिंग में कोई भी आवश्यक परिवर्तन करना त्वरित और आसान है।
लेजर का उपयोग विंग फास्टनर पार्ट्स, फिक्सचर पार्ट्स, एंड-इफ़ेक्टर पार्ट्स, टूलींग पार्ट्स और बहुत कुछ बनाने के लिए किया जा सकता है। यह छोटे भागों, जैसे ग्राफ्टेड ऑयल गास्केट और टाइटेनियम पायलट ट्यूब मैनिफोल्ड्स, के साथ-साथ बड़े हिस्सों, जैसे एग्जॉस्ट कोन, के लिए भी समान रूप से उपयुक्त है। यह एल्यूमीनियम, हास्टेलॉय (निकल जो मोलिब्डेनम और क्रोमियम जैसे तत्वों के साथ मिश्रित किया गया है), इनकोनेल, नितिनोल, नितिनोल, स्टेनलेस स्टील, टैंटलम और टाइटेनियम सहित विभिन्न प्रकार की एयरोस्पेस सामग्रियों को संसाधित कर सकता है।
लेज़र वेल्डिंग का उपयोग एयरोस्पेस में चिपकने वाले बंधन और यांत्रिक बन्धन जैसे पारंपरिक जुड़ने के तरीकों 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) की लेजर वेल्डिंग का उपयोग ऐसी सामग्रियां हैं जो महत्व प्राप्त कर रही हैं और जहां भी संभव हो रिवेटिंग को बदलने के लिए उपयोग किया जा रहा है। लेजर पेंडुलम वेल्डिंग जैसी तकनीकें भी ईंधन टैंक को जोड़ने, जोड़ों की दक्षता और ताकत में सुधार करने, पुनर्कार्य को कम करने और महत्वपूर्ण लागत बचत प्रदान करने में सफल रही हैं। 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, आंशिक वजन में कमी और बेहतर वेल्ड गुणवत्ता की संभावना के साथ, आज बाजार में कई निर्माता एयरफ्रेम भागों के लिए लेजर वेल्डिंग पर भी विचार करना शुरू कर रहे हैं।
लेज़र सफ़ाई
एयरोस्पेस क्षेत्र में निर्माता प्रसंस्करण 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 हवाई जहाज से पेंट हटाने के लिए लेजर सफाई का उपयोग करते हैं।
सफाई प्रक्रिया के दौरान, लेज़र प्रकाश को धातु की सतह परतों द्वारा अवशोषित और वाष्पित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सतह सामग्री की आंतरिक परतों पर बहुत कम या कोई प्रभाव नहीं पड़ता है और घटक को कोई संपार्श्विक थर्मल क्षति नहीं होती है। किलोवाट वर्ग में स्पंदित फाइबर लेजर तेजी से लेजर सफाई के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं - वे सिरेमिक, कंपोजिट, धातु और प्लास्टिक सहित सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला की कुशल, उच्च परिशुद्धता की सफाई की अनुमति देते हैं।
हाल के वर्षों में विमान में कंपोजिट का उपयोग बढ़ गया है, और इसलिए कंपोजिट में धातुओं को 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 दोनों सतहों को मशीनिंग के लिए सावधानीपूर्वक तैयार किया जाना चाहिए।
लेजर सफाई एक आदर्श विकल्प है क्योंकि यह एक बहुत ही कसकर नियंत्रित, प्रतिकृति योग्य सतह फिनिश 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 पर्यावरण पर भी कम प्रभाव डालती है क्योंकि किसी जहरीले रसायन या ब्लास्टिंग सामग्री की आवश्यकता नहीं होती है। भागों पर लेजर सफाई का प्रभाव भी पारंपरिक तरीकों की तुलना में बहुत हल्का होता है।
जब पेंट स्ट्रिपिंग की बात आती है तो धातु और मिश्रित विमान भागों की लेजर सफाई रासायनिक स्ट्रिपिंग या ब्लास्टिंग तकनीकों की तुलना में अधिक अनुकूल होती है। एक विमान को उसके जीवनकाल के दौरान 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 कम करके 3-4 दिनों तक कर सकती है, और इससे श्रमिकों के लिए भागों तक पहुंच भी आसान हो जाती 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 - लगभग 90% या उससे अधिक के खतरनाक कचरे में कमी और सामग्री प्रबंधन आवश्यकताओं में कमी के कारण।
लेजर शॉट पीनिंग/लेजर इम्पैक्ट पीनिंग
धातु घटकों के भीतर तनाव से विमान के घटकों (जैसे जेट इंजन में पंखे के ब्लेड) में धातु थकान विफलता हो सकती है, जिससे क्षति या चोट लगने की संभावना होती 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 की 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 कारण संपीड़ित अवशिष्ट तनाव पैदा होता है। ये तनाव धातुओं में दरार और अन्य प्रकार के थकान प्रतिरोध की संभावना में सुधार करते हैं। पारंपरिक प्रक्रियाओं की तुलना में लेजर पीनिंग धातु भागों की सेवा जीवन को 10-15 गुना तक बढ़ा सकती है।
एयरोस्पेस उद्योग में लेजर ब्लास्टिंग 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 अनुकूलित टूलींग का लचीलापन सिस्टम को लेजर बीम क्षेत्रों तक पहुंचने की अनुमति देता है जहां विमान तक पहुंचना मुश्किल होता है। साझेदारों के अनुसार, यह प्रणाली लेजर पीनिंग तकनीक में एक बड़ी उपलब्धि है, जो इसके उपयोग को आगे बढ़ाएगी, जिसमें अन्य चीजों के अलावा जेट इंजन ब्लेड के जीवन का विस्तार भी शामिल है।
लेजर ड्रिलिंग
आधुनिक एयरो-इंजन में लगभग 500,{2}} छेद होते हैं, जो 1980 के दशक में बने इंजनों से लगभग 100 गुना अधिक होते हैं। इसी समय, विमान निर्माता बढ़ती संख्या में अन्य घटकों का उत्पादन कर रहे हैं जिनमें रिवेट और स्क्रू कनेक्शन के लिए बड़ी संख्या में छेद किए गए हैं। इसलिए, एयरोस्पेस क्षेत्र में, लेजर ड्रिलिंग की बाजार में काफी 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 कम हो जाता है और ईंधन की खपत कम हो जाती है।
चूंकि लेजर ड्रिलिंग संपर्क रहित है, इसलिए संसाधित की जा रही सामग्री को उसी तरह से ठीक करने की आवश्यकता नहीं है जैसे कि इसे पारंपरिक उपकरणों के साथ संसाधित किया गया हो। संपर्क रहित होने 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 के लिए बहुत अधिक अपघर्षक हो 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 बढ़ रहा है। इस तकनीक में, एक लेज़र आकार बनाने के लिए पाउडर की क्रमिक परतों को पिघलाता है। कैलिफ़ोर्निया स्थित एक रॉकेट कंपनी ने हाल ही में हल्के, तेज़ और मजबूत अंतरिक्ष घटकों का निर्माण करके अपने अंतरिक्ष मिशनों को अधिक लागत प्रभावी और कुशल बनाने के लिए दो लेजर-बीम 3 डी प्रिंटर का ऑर्डर दिया है।
जबकि इनमें से कई परियोजनाएं अभी भी परीक्षण चरण में हैं, मंगल ग्रह पर दो मिशनों पर लेजर एडिटिव विनिर्माण का सफलतापूर्वक उपयोग किया जा चुका है। नासा का क्यूरियोसिटी रोवर, जो अगस्त 2012 में उतरा, 3डी मुद्रित भागों को ले जाने वाला मंगल ग्रह पर पहला मिशन था। यह सैंपल एनालिसिस फॉर मार्स (एसएएम) उपकरण के भीतर एक सिरेमिक घटक है, जो एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक की विश्वसनीयता की जांच के लिए चल रहे परीक्षण कार्यक्रम का हिस्सा है।
जीआरकॉप के साथ नासा निर्मित द्विधात्विक दहन कक्ष -42 एल-पीबीएफ गैसकेट और नासा एचआर -1 एलपी-डीईडी शीथिंग
इस बीच, नासा का दृढ़ता रोवर, जो फरवरी 2021 में मंगल ग्रह पर उतरा, उसमें लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग से बने 11 धातु के हिस्से शामिल हैं। इनमें से पांच हिस्से पर्सिवरेंस के प्लैनेटरी इंस्ट्रूमेंट फॉर एक्स-रे पेट्रोकेमिस्ट्री (PIXL) 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 का उपयोग करके उत्पादित नहीं किया जा सके।
नासा रॉकेट घटकों के लिए लेजर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के उपयोग का 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 लगभग आधी लागत और पारंपरिक मशीनिंग, जुड़ाव और असेंबली के लिए आवश्यक समय के छठे हिस्से में 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 विनिर्माण अनुप्रयोग वर्तमान में अपने शुरुआती चरण में हैं, अगले 20 वर्षों में उनके बढ़ने की उम्मीद है।
लेजर ग्रॉसिंग
एयरोस्पेस उद्योग में लेजर ग्रॉसिंग भी एक बहुत नया अनुप्रयोग है। इस प्रक्रिया में, प्रत्यक्ष लेजर हस्तक्षेप पैटर्निंग (डीएलआईपी) नामक तकनीक के माध्यम से विमान की सतहों पर सूक्ष्म और नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए अल्ट्राफास्ट लेजर का उपयोग किया जाता है, जिसका उपयोग प्राकृतिक "कमल प्रभाव" बनाने के लिए किया जाता है जो नैनोस्ट्रक्चर बनाता है जो सतह के प्रदूषण को रोकने में मदद करता है साथ ही विमान पर बर्फ जमा हो गई।
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 संरचनाएं "स्तंभों" या तरंगों के सूक्ष्म "हॉल" से मिलती जुलती हैं। "स्तंभों" के बीच की दूरी लगभग 150 एनएम और 30 माइक्रोन के बीच है - इस संरचना का मतलब 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 विमान के वायु प्रतिरोध को बढ़ा सकते हैं, जिससे ईंधन की खपत बढ़ सकती है। इस लेजर 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। यह ज्ञात है कि यह समय के साथ पुराना हो जाता है और क्षति के प्रति संवेदनशील होता है। इसके अलावा, डीएलआईपी विधि से निर्मित लेजर संरचनाएं वर्षों तक चल सकती हैं और पर्यावरणीय समस्याएं पैदा नहीं करती हैं।
लेजर निरीक्षण और तनाव विनियमन
उपरोक्त कार्यों के अलावा, जटिल धातु संरचनात्मक घटकों के निरीक्षण और तनाव विनियमन के लिए लेजर और अल्ट्रासाउंड के संयोजन का उपयोग किया जा सकता है। परीक्षण की जाने वाली वस्तु की सतह पर उच्च-ऊर्जा स्पंदित लेजर क्रिया का उपयोग, स्थानीय तापमान में परिवर्तन की सतह, जिसके कारण वस्तु का थर्मल विस्तार की सतह परत में परीक्षण किया जाता है, अल्ट्रासाउंड की उत्तेजना, अल्ट्रासाउंड ले जाएगा सामग्री की सतह और आंतरिक उपयोगी जानकारी, प्राप्त करने के लिए एक डिटेक्टर के साथ अल्ट्रासाउंड सिग्नल, दोषों की उपस्थिति या अनुपस्थिति को निर्धारित करने के लिए जांच की जाने वाली वस्तु का डेटा प्रोसेसिंग और विश्लेषण।
इसके अलावा, लेजर अल्ट्रासाउंड के कारण उच्च अस्थायी और स्थानिक रिज़ॉल्यूशन होता है, स्विचिंग और लेजर उत्तेजना पैरामीटर समायोजन के बाद एक समृद्ध तरंग, अल्ट्रासाउंड की विस्तृत बैंडविड्थ इत्यादि का उत्पादन कर सकता है, लेजर अल्ट्रासाउंड किसी भी निर्दिष्ट भाग के हिस्सों में हो सकता है सभी तन्य तनाव को दूर करने के लिए, सतह की अखंडता को नष्ट न करने की स्थिति में, हीटिंग के बिना, संपीड़ित तनाव प्रबलित परत की एक निश्चित मोटाई का गठन। डिज़ाइन आवश्यकता सीमा तक तनाव मान को विनियमित करना भी संभव है, जो स्थानीय स्थिति की थकान और दरार प्रतिरोध को महत्वपूर्ण रूप से अनुकूलित कर सकता है।
