ISRO ने 3D-प्रिंटेड रॉकेट इंजन का सफल परीक्षण किया

संदर्भ

हाल ही में भारतीय अंतरिक्ष अनुसंधान संगठन (Indian Space Research Organisation- ISRO) ने एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (Additive Manufacturing) तकनीक, जिसे आमतौर पर 3D प्रिंटिंग के रूप में जाना जाता है, की मदद से बनाए गए एक तरल रॉकेट इंजन का सफलतापूर्वक परीक्षण किया।

3D-प्रिंटेड लिक्विड रॉकेट इंजन-PS4 के बारे में

• इंजन, PS4, जिसका उपयोग ध्रुवीय उपग्रह प्रक्षेपण यान (PSLV) के चौथे चरण के लिए इंजन के रूप में किया जाता है, जिसे इसरो द्वारा 3D प्रिंटिंग का उपयोग करके उत्पादन के लिए पुनः डिजाइन किया गया था।
• इसे इसरो के लिक्विड प्रोपल्शन सिस्टम सेंटर (LPSC) द्वारा विकसित किया गया था।
• प्रकार: तरल रॉकेट इंजन
• प्रणोदक (Propellant): यह दबाव-संचालित प्रणाली में प्रणोदक के रूप में पृथ्वी-भंडारणीय द्वि-प्रणोदक संयोजन (Earth-Storable Bipropellant Combinations), नाइट्रोजन टेट्रोक्साइड (Nitrogen Tetroxide) और मोनोमेथिलहाइड्रेजिन (Monomethylhydrazine) का उपयोग करता है।
• थ्रस्ट: लगभग 7.3 kN
• कार्य: चौथा चरण का PSLV अंतिम चरण है।
  • यह उपग्रह पेलोड के लिए सटीक कक्षा प्रविष्टि का कार्य करता है। इसका तरल इंजन सटीक कक्षीय समायोजन की अनुमति देता है।
• PS4 इंजन का उपयोग PSLV रॉकेट के प्रारंभिक चरण (PS1) के रिएक्शन कंट्रोल सिस्टम (RCS) में भी किया जाता है।
  • RCS एक रॉकेट या अंतरिक्ष यान के अभिविन्यास को नियंत्रित करता है, कम थ्रस्ट का उपयोग करके स्थिरता सुनिश्चित करता है, लॉन्च के दौरान गतिविधियों पर नियंत्रण, चरण पृथक्करण के लिए सटीक प्रक्षेपवक्र समायोजन, पेलोड तैनाती और डॉकिंग युद्धाभ्यास जैसे कार्यों के लिए सटीक नियंत्रण सक्षम बनाता है।
• इंजन का निर्माण भारत में मेसर्स WIPRO 3D द्वारा किया गया था।
  • LPSC ने डिजाइन फॉर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (DfAM) दृष्टिकोण के साथ संरेखित करने के लिए इंजन को नया रूप दिया।

इसरो ने PS4 इंजन बनाने के लिए 3D प्रिंटिंग का उपयोग क्यों किया?

• इस प्रौद्योगिकी के द्वारा इसरो ने इंजन में भागों की संख्या 14 से कम करके एक भाग तक लाने में मदद की। जिससे कच्चे माल के उपयोग एवं समय में भी कमी आई है।

3D प्रिंटिंग क्या है?  

• 3D प्रिंटिंग एक ऐसी प्रक्रिया है, जो परत दर परत त्रि-आयामी (Three-Dimensional) वस्तुओं को बनाने के लिए कंप्यूटर-निर्मित डिजाइन का उपयोग करती है।
• यह एक योगात्मक प्रक्रिया है, जिसमें आकार, कठोरता और रंग में भिन्न वस्तुओं के निर्माण के लिए प्लास्टिक, कंपोजिट या जैव-सामग्री जैसी सामग्री की परतें बनाई जाती हैं।
  • प्रयुक्त सामग्री: थर्मोप्लास्टिक्स जैसे एक्रिलोनिट्राइल ब्यूटाडीन स्टाइरीन (Acrylonitrile Butadiene Styrene- ABS), धातु (पाउडर सहित), रेजिन और सिरेमिक शामिल हैं।

3D प्रिंटिंग कैसे की जाती है? 

• आवश्यक तथ्य: 3D प्रिंटिंग करने के लिए, किसी को 3D प्रिंटर से जुड़े एक पर्सनल कंप्यूटर की आवश्यकता होती है।
• पारंपरिक प्रिंटर के साथ समानता: (3D) प्रिंटर प्रत्यक्ष 3D प्रिंटिंग प्रक्रिया में आम तौर पर पारंपरिक इंकजेट प्रिंटर के समान ही कार्य करता है।
  • इसमें एक नोजल मोम या प्लास्टिक जैसे पॉलिमर को परत-दर-परत फैलाते हुए संचालित होता है या एक परत के सूखने का इंतजार करता है, फिर अगली परत को   जोड़ता है।
• प्रक्रिया  
  • कंप्यूटर-एडेड डिजाइन (CAD) सॉफ्टवेयर पर आवश्यक वस्तु का 3D मॉडल डिजाइन करें और ‘प्रिंट’ दबाएँ। 3D प्रिंटर शेष कार्य स्वयं करता है।
  • लेयरिंग विधि: 3D प्रिंटर लेयरिंग विधि का उपयोग करके वांछित वस्तु का निर्माण करते हैं, जो सबट्रेक्टिव विनिर्माण प्रक्रियाओं के पूर्ण विपरीत है।
    • दूसरी ओर, 3D प्रिंटर परत दर परत जमा करके नीचे से ऊपर की ओर तब तक निर्माण करते हैं जब तक कि वस्तु बिल्कुल वैसी न दिखने लगे जैसी उसकी कल्पना की गई थी।
    • यह त्रि-आयामी वस्तु बनाने के लिए एक दूसरे के ऊपर सैकड़ों या हजारों 2D प्रिंट जोड़ता है।
  • सामान्य 3D प्रिंट प्रौद्योगिकियों में शामिल हैं:
    • फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडलिंग (FDM): एक प्रिंट तकनीक, जो परत-दर-परत मॉडल बनाने के लिए थर्मोप्लास्टिक फिलामेंट को बाहर निकालती है।
    • सेलेक्टिव लेजर सिंटरिंग (SLS): एक पॉलिमर पाउडर प्रिंट तकनीक, जिसे इसके गलनांक सीमा तक पहले से गर्म किया जाता है, इसे CO2 लेजर के साथ चुनिंदा रूप से पिघलाया जाता है, जिससे कणों को एक साथ जोड़कर एक ठोस भाग बनाया जाता है।
    • स्टीरियोलिथोग्राफी (SLA): एक प्रिंट तकनीक, जहाँ एक प्रकाश संवेदनशील तरल को पराबैंगनी लेजर के तहत ठोस बनाया जाता है।
    • पॉलीजेट: एक प्रिंट तकनीक, जो तरल फोटोपॉलिमर का उपयोग करती है और प्रिंट हेड के माध्यम से एक बिल्ड प्लेटफॉर्म पर इन तरल फोटोपॉलिमर की अल्ट्राफाइन बूँदों को जमा करके भागों का निर्माण करती है।
  • उपयोगिता  
    • इसमें गेंद या चम्मच जैसी सामान्य वस्तुओं से लेकर काज और पहिये जैसे जटिल गतिमान हिस्सों तक कुछ भी प्रिंट करने की क्षमता है।
    • यह किसी भी उपकरण का उपयोग किए बिना, पूरी बाइक (हैंडलबार, सैडल, फ्रेम, पहिए, ब्रेक, पैडल और चेन ) का असेंबल प्रिंट कर सकता है।

योगात्मक बनाम घटाव विनिर्माण तुलना

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग	सब्ट्रैक्टिव मैन्युफैक्चरिंग
किसी वस्तु को बनाने के लिए सामग्री की परतें जोड़ना शामिल है।	किसी वस्तु से सामग्री हटाता है।
प्रक्रिया में 3D प्रिंटिंग, डायरेक्ट डिजिटल मैन्युफैक्चरिंग, रैपिड प्रोटोटाइपिंग या एडिटिव और लेयर्ड फैब्रिकेशन शामिल हैं।	प्रक्रिया में मैन्युअल निष्कासन, पारंपरिक मशीनिंग या CNC मशीनिंग शामिल है।
उत्पाद या प्रोटोटाइप बनाने के लिए कंप्यूटर और विशेषज्ञ 3D प्रिंटिंग उपकरण का उपयोग करता है।	मानक मशीनिंग प्रक्रियाओं, जैसे टर्निंग, ड्रिलिंग या मिलिंग में सहायता के लिए कंप्यूटर और रोबोटिक्स का उपयोग करता है।
लेयरिंग अक्सर थोड़ी सी ‘स्टेप्ड’ या खुरदरी सतह छोड़ती है, जिसे प्रिंटिंग के बाद सैंडिंग या ब्लोइंग द्वारा समाप्त करने की आवश्यकता होती है।	विभिन्न प्रकार की सतह को मशीनीकृत करके संरचना दी जा सकती है, जिसमें चिकनी, सीढ़ीदार, धब्बेदार आदि शामिल हैं।
जटिल एवं खोखली वस्तुओं को आसानी से परतों में बनाया जा सकता है।	इसमें अंडरकट्स और जटिल आकृतियों को मिलाना कठिन हो सकता है।
विशेष रूप से प्लास्टिक में छोटी वस्तुओं या भागों के लिए सबसे उपयुक्त है।	भारी वस्तुओं एवं भागों के निर्माण के लिए सबसे उपयुक्त है, विशेष रूप से धातु में।
वस्तु के आकार के आधार पर, 3D प्रिंटिंग एक धीमी प्रक्रिया हो सकती है।	अपेक्षाकृत तेज प्रक्रिया
डिजाइन को सीधे 3D प्रिंटर से लिंक करने के लिए सॉफ्टवेयर उपलब्ध है, इसलिए मशीन ऑपरेटर की आवश्यकता नहीं है।	मशीन को संचालित करने और उत्पादन की देखरेख के लिए एक CNC मशीनिस्ट की आवश्यकता होती है। हालाँकि, नए स्वचालित सॉफ्टवेयर का अर्थ है कि प्रोग्रामिंग मशीन-निष्पादन योग्य कोड की अब आवश्यकता नहीं है।
कुल मिलाकर, 3D प्रिंटिंग काफी सस्ती प्रक्रिया है।	आम तौर पर, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग की तुलना में अधिक महंगा है।

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