التصنيع في المدار يتقدم باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية

تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية قطعت شوطًا كبيرًا خلال السنوات الخمس الأخيرة. أدت التقدمات في علوم المواد، وطرق التوصيل، والأتمتة إلى جعل الطباعة ثلاثية الأبعاد أكثر انتشارًا في الاقتصاد. الآن، أصبحت الطباعة ثلاثية الأبعاد جاهزة لاستكشاف ما خارج الغلاف الجوي. إليك ما تحتاج إلى معرفته.

الطباعة ثلاثية الأبعاد هي عمل تجاري كبير

تستمر صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد في توسيع عملياتها. توقع الباحثون من BGC أن تتجاوز قيمة الصناعة 95 مليار دولار بحلول عام 2032. تمثل هذه الزيادة نموًا هائلًا مقارنةً بعام 2022 عندما كانت قيمة السوق 18 مليار دولار. الآن، يستعد السوق للارتفاع إلى مستويات جديدة مع سعي فرق استكشاف الفضاء الرائدة في العالم لإيجاد حلول لمشاكل رحلاتهم.

الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية

هناك العديد من أساليب الطباعة ثلاثية الأبعاد المستخدمة اليوم. ومن الجدير بالذكر أن الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية شهدت بعض أهم التحسينات في السنوات الأخيرة. تُصنع طابعات ثلاثية الأبعاد المعدنية عن طريق إضافة طبقات متتالية من المعدن المسخن وفق نمط محدد مسبقًا قبل السماح له بالتبريد لتشكيل الشكل. يمكن لهذه الطريقة إنتاج عناصر معقدة وخفيفة الوزن يمكن استخدامها في مكونات الطائرات والطب.

المصدر – ESA

الطباعة في الفضاء

تحتاج فرق استكشاف الفضاء المستقبلية إلى استخدام أجهزة مثل هذه لتعويض نقص مواردها. لذلك، تم تكثيف الجهود لدراسة الطباعة ثلاثية الأبعاد تحت ظروف جوية خارج الأرض. وبناءً على ذلك، أراد باحثو ESA دراسة تأثيرات قوى الجاذبية المختلفة على المواد والعمليات.
للطباعة في الفضاء القدرة على دفع جهود البشرية إلى وجهات جديدة. تساعد هذه الأجهزة على تقليل النفايات، وتحسين المرونة، وخفض الوزن. بالطبع، تواجه الطباعة في الفضاء مشكلات تحتاج إلى حل قبل أن تصل إلى إمكاناتها الحقيقية. على وجه الخصوص، يؤدي نقص الضغط وقوى الجاذبية إلى صعوبة طبقة المواد.

أول طباعة ثلاثية الأبعاد معدنية على محطة الفضاء

يُعد هذا الشهر علامة فارقة كبرى لقطاع الطباعة ثلاثية الأبعاد في الفضاء حيث أعلنت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) عن نجاح طباعة عدة مكونات معدنية ثلاثية الأبعاد في ظروف الجاذبية الصغرى لمحطة الفضاء الدولية. تُعد هذه الأخبار واحدة من أولى المرات التي تدخل فيها صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى ساحة الفضاء. حاليًا، تقود الاتحاد الأوروبي هذا السوق بأحدث أبحاثه التي توفر إمكانات لإحداث ثورة في الصناعة.

عارض تقنية الطابعة ثلاثية الأبعاد المعدنية

أنشأت فريق البحث المبتكر في ESA طابعة ثلاثية الأبعاد معدنية مُصممة خصيصًا لتناسب سيناريوهات الجاذبية الصغرى لهذا الاختبار. يستخدم الجهاز الذي يزن 180 كجم سلكًا من الفولاذ المقاوم للصدأ لإنشاء منتجات معدنية صلبة وأدوات، بطبقات صغيرة تُطبق بالتتابع. بعد ذلك، تم دمج ليزر قوي لتسخين السلك. هذا الليزر قوي بما يكفي لتحويل المعدن إلى سائل، يتساقط في حمام صهر يغذي أداة الطباعة.

ميزات السلامة

بعض ميزات السلامة الرئيسية المدمجة في هذه الطابعة فريدة من نوعها للسفر إلى الفضاء. على سبيل المثال، يُغلق الجهاز بالكامل داخل صندوق صُمم لامتصاص الحرارة ومنعها من التسرب إلى المقصورة. كما تمنع هذه الحماية الأدخنة من الانتشار داخل المركبة، وهو ما قد يكون مميتًا للمستكشفين في الفضاء العميق.

المراقبة الافتراضية

ميزة أخرى رائعة للطابعة ثلاثية الأبعاد المطورة هي الأتمتة الكاملة والتحكم من مركز التحكم الأرضي. يمكن للطاقم الاسترخاء بينما يتولى فريق الأرض جميع المتطلبات التقنية. الخطوة الوحيدة التي يحتاج الرواد إلى إكمالها هي فتح صمام غاز النيتروجين لضمان تهوية مناسبة داخل المركبة.
أحد الأسباب الرئيسية لأهمية طريقة التحكم هذه هو أنها تمكّن من إجراء رحلات فضائية طويلة، حتى إذا لم يتمكن باحث معين من المتابعة. يمكن لفريق الأرض توفير اللوجستيات والدعم المادي المناسب لأعضاء الطاقم الباقين عند الحاجة.

الاختبار

تم تصميم أربعة قطع وإرسالها إلى طابعة محطة الفضاء من الأرض كجزء من عملية الاختبار. تم بدء عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق كامل، وتم التحكم فيها ومراقبتها ومراجعتها بنجاح من قبل فريق التحكم الأرضي. الآن تتجه الوحدات المطبوعة إلى مزيد من الاختبارات.
على وجه التحديد، سيذهب اثنان من الوحدات الأربعة إلى المركز الأوروبي للرواد ومؤسسة الدنمارك التقنية (DTU). وسيتم اختبار القطعتين الأخريين في مختبر المواد والمكونات الكهربائية المرموق في ESTEC بهولندا. هناك، سيُقارنون بالإصدارات المطبوعة على الأرض لفحص أي اختلافات في الجودة أو المتانة أو التناسق أو عوامل أخرى قد تُعرّض المهمات المستقبلية للخطر.

تركيب الطابعة ثلاثية الأبعاد

جانب آخر رائع للطابعة المتقدمة ثلاثية الأبعاد المعدنية هو قابلية تركيبها. صُممت الطابعة لتتناسب مباشرة مع رف السحب الأوروبي Mark II داخل وحدة كولومبوس. تجعل هذه الطريقة الوحدات جاهزة للاستخدام عبر جميع وكالات الفضاء المتوافقة. ومن الجدير بالذكر أن رائد الفضاء في ESA، أندرياس موغنسن، كان المسؤول عن التركيب.

محطة الفضاء الدولية

أُطلقت في نوفمبر 2000، تُعد محطة الفضاء الدولية (ISS) رمزًا للتعاون الدولي. تتميز هذه المركبة الضخمة التي تزن 460 طن بوجود 6 غرف نوم وصالة رياضية كاملة، وتبلغ طولها حوالي 100 ياردة. ومن الجدير بالذكر أن هذا المختبر العلمي يدور حول الأرض 16 مرة يوميًا بسرعة مذهلة تبلغ 28,800 كلم/ساعة. تعني هذه السرعة أن الركاب يشهدون 16 شروق شمس كل 24 ساعة على متن المركبة. وما هو أفضل هو أنهم يستطيعون الاستمتاع بهذه اللحظات الخلابة من النافذة الكبيرة ذات 360 درجة على محطة الفضاء.

أنشطة البحث العلمي

اليوم، تُعد محطة الفضاء الدولية عنصرًا حيويًا في البحث واختبار التقنيات الجديدة في الفضاء. يوفر المختبر العائم موقعًا فريدًا لاختبار العناصر تحت تأثير الجاذبية الصغرى المطولة. تم إجراء آلاف التجارب والاختبارات منذ إطلاق المحطة ولا تزال واحدة من الأماكن القليلة التي توفر تجربة جاذبية صغرى مطولة حقًا.

فحص الجودة في الجاذبية المنخفضة

السبب الرئيسي لأهمية هذه الاختبارات في الاستكشاف المستقبلي هو أن الباحثين يمتلكون بيانات محدودة حول كيفية عمل طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد في الفضاء. في ظروف الجاذبية العادية، يمكن للأجهزة طبقة موادها المركبة بسهولة. يصبح هذا العملية أكثر صعوبة عند التعامل مع الجاذبية الصغرى، والاضطرابات، وغيرها من الظروف.
جانب رئيسي يرغب الباحثون في اختباره هو مدى متانة الأجهزة المطبوعة مقارنةً بنظيراتها التي تُصنع على الأرض. يطمحون لمعرفة ما إذا كانت ظروف الجاذبية الصغرى قد تؤثر سلبًا على المادة المعدنية، خاصةً أثناء عملية الطبقة. وبالتالي، هناك توقع كبير حول المراجعة النهائية لهذه العناصر المطبوعة.

مزايا الطابعات ثلاثية الأبعاد المعدنية في الفضاء

إن اكتشاف وجود طابعات ثلاثية الأبعاد معدنية تعمل بالفعل في الفضاء يُعد مفاجأة. فوائد هذه الأجهزة هائلة لدرجة أن وكالات الفضاء وشركات الطباعة ثلاثية الأبعاد تعاونت لسنوات لمحاولة فك تعقيدات إنشاء العناصر في جاذبية منخفضة.
ومن الجدير بالذكر أن إحدى المزايا الرئيسية للطباعة ثلاثية الأبعاد هي إمكانية إنشاء العناصر المطلوبة في الموقع. بالنسبة للمسافرين إلى الفضاء، سيكون هذا هو الخيار الأفضل. على عكس مسلسلات استكشاف الفضاء التلفزيونية، فإن فرص أن ينزل أحد أفراد الطاقم إلى كوكب لتجديد الإمدادات ضئيلة للغاية. في معظم الحالات، سيحتاج الرواد إلى القدرة على إنشاء احتياجاتهم من ما هو موجود على المركبة. إليك بعض الفوائد الأخرى التي يجب معرفتها.

وزن/تكلفة أقل

تكلفة نقل رطل واحد إلى الفضاء تصل إلى آلاف الدولارات. وبالتالي، لا يتوفر ميزانية كبيرة لأجهزة الصيانة منخفضة التقنية مثل المفاتيح، ومفكات البراغي، وغيرها من الأدوات الضرورية التي قد لا تكون مطلوبة دائمًا. توفر الطباعة ثلاثية الأبعاد بديلاً قابلًا للتطبيق يكون أسرع وأقل تكلفة من إرسال صاروخ محمل بالإمدادات إلى المدار.

تصميم أدوات جديدة

ميزة رائعة أخرى لهذه الطابعة ثلاثية الأبعاد المعدنية هي القدرة على إنشاء أنواع جديدة من الأدوات والآلات مع اختراعها. من المحتمل أن يحتاج المسافرون إلى الفضاء في المستقبل إلى أدوات مخصصة للتعامل مع بيئات نادرة ولا يمكن تصورها. ستمكن طابعات ثلاثية الأبعاد المعدنية هذه الفرق من أن تكون مرنة وتتكيف عند الحاجة لإكمال متطلبات مهمتهم.

تقليل النفايات

من المفارقات أن التخلص من النفايات يُعد أحد أهم مكونات عمليات السفر إلى الفضاء المستقبلية. على عكس الأرض، حيث يمكنك إلقاء القمامة على جانب الطريق وتنتظر أن تتحلل ببطء في البيئة، يمكن أن تتسبب حطام الفضاء في مشاكل خطيرة للمسافرين المستقبليين.

أصغر قطعة من حطام الفضاء تسافر بسرعة كافية لتسبب أضرارًا للأقمار الصناعية، والمركبات الفضائية، وغيرها من العناصر الحساسة بما في ذلك الرواد. للأسف، مدار الأرض المنخفض مليء بالفعل بحطام الفضاء. يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تساعد في تقليل النفايات، مما سيسهم بدوره في منع حطام الفضاء.

يمكن استخدام طابعات ثلاثية الأبعاد المعدنية المتقدمة لصهر العناصر التي تم إنتاجها مسبقًا وإعادة استخدام موادها لصنع أجهزة أخرى. تخيل رائد فضاء يستخدم مفتاحًا ثم يصهر العنصر مرة أخرى ويطبعه كأداة قيمة أخرى مطلوبة لإكمال المهمة. هذه الرؤية تُقضي على النفايات غير الضرورية وتفتح الباب لسفر فضائي أكثر أمانًا في المستقبل.

الباحثون

أجرى باحثون من ESA بما في ذلك روب بوستما، سيباستيان جيرولت، ومهندسون مرموقون آخرون هذه الاختبارات لاكتشاف المجالات الرئيسية للتحسين في طباعة المعادن ثلاثية الأبعاد في الفضاء. ومن الجدير بالذكر أن المشروع كان ممكنًا بفضل تمويل من إيرباص. إيرباص هي واحدة من أبرز الشركات الآلية في العالم والمرشح الرائد في الاتحاد الأوروبي.

مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية

يبدو مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية واعدًا. هذه التطورات الأخيرة، إلى جانب المزيد من دمج الذكاء الاصطناعي، تستمر في خفض الحواجز التقنية والمالية لهذه التقنية. ومن الجدير بالذكر أن بعض الباحثين يتصورون مستقبلًا يتم فيه طباعة المساكن، والأدوات، وقطع الغيار، وحتى الأعضاء البشرية.

الشركات الرائدة في الطباعة ثلاثية الأبعاد

صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد ليست مجرد مصنّعي الطباعة. العديد من الشركات تتخصص في منتجات الطباعة ثلاثية الأبعاد المتقدمة. هناك مزودو الخيوط، والمصممون، ومطورو البرمجيات، وأكثر من ذلك. جميع هذه المكونات تعمل معًا للمساعدة في دفع تكامل الطباعة ثلاثية الأبعاد. إليك بعض الشركات التي قد تستفيد من أحدث الأبحاث في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد في الفضاء.

1. Desktop Metal

Desktop Metal هي واحدة من روّاد مزودي أجهزة الطباعة ثلاثية الأبعاد في العالم. تأسست الشركة في عام 2015 بهدف جمع مكونات صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد في ذلك الوقت. ومن الجدير بالذكر أن الشركة حصلت على تمويل بقيمة 438 مليون دولار من مستثمرين رائدين بما في ذلك Google Ventures، وBMW، وشركة فورد للسيارات.

هذا المُصنّع المقيم في ماساتشوستس يصمم طابعات ثلاثية الأبعاد من المعدن وألياف الكربون للعملاء الصناعيين. حاليًا، لديه عملاء في شركات السيارات والفضاء الكبرى. وبالتالي، حظيت الشركة باعتراف كبير بما في ذلك إدراجها ضمن قائمة “أذكى 50 شركة” في مراجعة MIT للتكنولوجيا ودعمها من المنتدى الاقتصادي العالمي.

يُعتبر سهم DM خيارًا جيدًا للشراء بسبب موقع الشركة في السوق وتوسع قطاع الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية. هذه العوامل، إلى جانب الدعم القوي للمشروع، تجعل Desktop Metal إضافة ذكية ذات إمكانات.

2. Eastman Chemical Company

EMN مخطط السعر

توفر شركة Eastman Chemical Company (EMN ) المواد الكيميائية وغيرها من المواد المطلوبة للطباعة ثلاثية الأبعاد. تتمتع هذه الشركة بسمعة لتقديم خدمات ومنتجات عالية الجودة للعملاء الصناعيين منذ تأسيسها في عام 1920 على يد جورج إيستمان. اليوم، لا تزال قوة رائدة في السوق.
ومن الجدير بالذكر أن شركة Eastman Chemical Company حصلت على عدة جوائز تقديرية لإنجازاتها السابقة. على سبيل المثال، في عام 2013، منحتها الجمعية الأمريكية للكيمياء (ACC) جائزة “شركة الرعاية المسؤولة للعام”. تجعل هذه العوامل Eastman Chemical Company إضافة ذكية لأي محفظة متوازنة.

الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية المتقدمة – تقنية جاهزة للنشر

هناك العديد من الأسباب التي تجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدنية الخيار المثالي للمسافرين إلى الفضاء ولمن هم في مواقع يصعب الوصول إليها. القدرة على إنشاء وإنتاج تصاميم شبه لا نهائية تجعل هذه الأدوات أصلًا قيمًا لأي عملية. في المستقبل، سيستمر سعر الطابعات ثلاثية الأبعاد في الانخفاض، بفضل التحسينات المستمرة في المواد والعمليات. وبالتالي، من الحكمة البقاء على اطلاع دائم على صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد للحصول على المزيد من الفرص في المستقبل.

تعرف على تقنيات التصنيع الأخرى Tech