طباعة SpaceCAL ثلاثية الأبعاد في الجاذبية الصغرى تُصنّف كنجاح من قبل العلماء على متن فيرجن غالاكتيك 07

مجموعة من الباحثين في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، أكملت مؤخرًا اختبارًا ناجحًا آخر لنظام الطباعة ثلاثية الأبعاد في الجاذبية الصغرى الخاص بهم، SpaceCAL. قد يفتح هذا الجهاز من الجيل التالي الباب أمام السفر إلى الفضاء العميق من خلال تمكين رواد الفضاء من طباعة الأجزاء والأدوات والدواء وحتى الأعضاء عند الحاجة. لا تزال هذه القدرات بعيدًا جدًا، ويشكل هذا الاختبار الأخير علامة فارقة أخرى في رحلتهم.

زاد البحث عن الطباعة في الفضاء خلال السنوات الخمس الأخيرة. تختلف هذه الوحدات عن سابقتها على الأرض لأنها لا تستطيع الاعتماد على الجاذبية للمساعدة في عمليات الطبقة. وبالتالي، اضطر المهندسون إلى تطوير طرق جديدة لتشكيل طبعاتهم.

CAL

يستفيد مشروع SpaceCAL من طريقة جديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد تُسمى CAL “الليثوغرافيا المحورية المحسوبة“. تُدخل هذه الطريقة بوليمرات حساسة تتفاعل مع الضوء. يمكن تشكيل الراتنج الحساس للضوء باستخدام الليزر إلى هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة. ومن الجدير بالذكر أن طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد CAL تم تطويرها في عام 2017 بواسطة هايدن تايلور، الباحث الرئيسي في مشروع SpaceCAL.

طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد CAL مثالية للتصنيع في الجاذبية المنخفضة لأنها لا تعتمد على نهج الطبقة. بدلاً من ذلك، يُوضع المادة في حجرة قبل استخدام ليزرين مزدوجين لتشكيل وتصلب الطباعة. أحد الفوائد الرئيسية لطريقة الطباعة CAL هو أنها تُبسّط التطوير وتحتاج فقط إلى وحدة واحدة.

SpaceCAL

يطبق مشروع SpaceCAL البحث والتطوير الذي حدث منذ عام 2017 على طريقة الطباعة. النتائج هي طريقة مغلقة وآمنة وموثوقة لطباعة مجموعة هائلة من المواد أثناء المدار أو في سيناريوهات الجاذبية الصغرى الأخرى. ومن الجدير بالذكر أن SpaceCAL أكمل بالفعل عدة تجارب في الجاذبية المنخفضة. ومع ذلك، كان هذا الأخير هو الأول الذي دخل المدار.

المصدر – فيرجن غالاكتيك

اختبار SpaceCAL

تم اختبار نظام الطباعة SpaceCAL على متن سفينة فيرجن غالاكتيك VSS Unity في 8 يونيو 2024. نقلت فيرجن غالاكتيك الجهاز إلى الفضاء شبه المداري، مما مكنه من إجراء تجربة لمدة 140 ثانية. اختار المهندسون أربعة نماذج benchys كطبعاتهم. تُستخدم benchys لاختبار دقة وقدرات طابعات ثلاثية الأبعاد.

تتراوح تعقيد هذه الطبعات الاختبارية من تصاميم بسيطة إلى هياكل متعددة المواد معقدة. في هذا الاختبار، حافظ العلماء على بساطة الطبعات إلى حد ما. على وجه التحديد، طبعوا أربعة benchys تشمل مركبة فضائية صغيرة وبعض القوارب السحب. ومن الجدير بالذكر أن الـ benchys طُبعوا باستخدام راتنج بلاستيك حساس للضوء يُدعى PEGDA.

النتائج

ثبت أن نتائج رحلة الاختبار ناجحة. أكمل SpaceCAL الطبعات في النافذة الزمنية الصغيرة المتاحة. كانت دقيقة وفقًا للتصاميم واستغلت ما لا يقل عن 20 ثانية لكل طبعة لإكمالها. وفقًا للباحثين، ستحاول الاختبارات القادمة الطباعة المطولة وتصاميم أكثر تعقيدًا.

فوائد SpaceCAL

هناك العديد من الفوائد التي يمكن أن يجلبها مشروع SpaceCAL إلى السوق. أولاً، يتيح للمسافرين طباعة الأجزاء بسرعة ودقة في حالات الطوارئ. توفر الوحدة طباعة مباشرة عند الطلب يمكن التحكم فيها من القاعدة الرئيسية أو من قبل رواد الفضاء أثناء الرحلة. بالنسبة للمسافرين إلى الفضاء العميق، يلغي هذا الخيار الحاجة إلى حزم آلاف الأجزاء الاحتياطية المحتملة.

مواد مختلفة

طريقة طباعة SpaceCAL مرنة للغاية. لقد اختبر الباحثون بالفعل طريقتهم باستخدام أكثر من 60 مادة مختلفة. يمكن لهذه الأجهزة الطباعة باستخدام السيليكون، البلاستيك، مركبات الزجاج، المواد الحيوية، وأكثر. وبالتالي، فهي مثالية للبيئات التي تعاني من نقص الموارد مثل السفن الفضائية حيث يمكن إعادة تدوير كل قطعة نفايات إلى طبعات مفيدة.

يجب على السفر إلى الفضاء أن يأخذ في الاعتبار كل غرام من الوزن. لذلك، من الضروري إنشاء طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد يمكنها التعامل مع طباعة الأجزاء المتينة والأدوات، مع دعم الأنسجة والمواد العضوية أيضًا. قد تجعل مرونة طابعة SpaceCAL الحل المثالي لهذه المهام في المستقبل. بالإضافة إلى ذلك، مع ظهور راتنجات وبوليمرات ومركبات معدنية جديدة، يمكن لهذه الأجهزة دمج المواد المطورة، مما ينتج طبعات قوية وأكثر تعقيدًا في وقت أقل.

طباعة واحدة

فائدة أخرى يجلبها SpaceCAL للمسافرين في الفضاء هي القدرة على الإنشاء باستخدام خطوة طباعة واحدة. تتطلب العديد من طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد الحالية عدة خطوات، مما يزيد من المواد والتعقيد والتكاليف ووزن الأجهزة. يمكن لطابعة SpaceCAL إنشاء أشكال ثلاثية الأبعاد مخصصة ومعقدة في خطوة طباعة واحدة، مما يحسن الكفاءة والسلامة.

طبعات أسرع

طريقة طباعة SpaceCal سريعة جدًا مقارنةً بطرق الطبقة. أظهرت نتائج الاختبار أن الـ benchys المطبوعة ثلاثيًا استغلت حوالي 20 ثانية لكل طبعة فقط. يفتح هذا السرعة الباب أمام حالات استخدام جديدة لهذه الوحدات في المستقبل. تخيل مسافرًا فضائيًا يطبع بسرعة جزءًا للطاقة أو أداة أو أي عنصر مطلوب دون تأخير. ومن الجدير بالذكر أن هذا النهج أسرع بكثير من طرق اليوم التي قد تستغرق ساعات لإكمال طبعة معقدة واحدة.

حرية التصميم

أحد أكبر المزايا التي أظهرها هذا البحث هو أن طابعات ثلاثية الأبعاد في الجاذبية الصغرى يمكنها طباعة عناصر غير ممكنة على الأرض. تحسن بيئات الجاذبية المنخفضة تدفق المواد وتمكن المهندسين من أن يكونوا أكثر إبداعًا في تصاميمهم. وبالتالي، قد يرى المستقبل منتجات تصنيع مضافة مدارية تصبح عناصر حاسمة في الحياة اليومية.

حالات الاستخدام لـ SpaceCAL

هناك عدة حالات استخدام فورية لطابعات SpaceCAL. في المقام الأول، تُعتبر عناصر حاسمة في السفر إلى الفضاء العميق. هناك حتى خطط لاستخدام هذه الأجهزة للمساعدة في استعمار القمر. يثبت هذا الاختبار الأخير أبحاث الفريق ويظهر الأداء المحسن الذي توفره طريقة SpaceCAL. في المستقبل، قد تُستخدم تنوعات هذه الأجهزة لطباعة كل شيء من الأجزاء إلى المنازل.

الاحتياجات الطبية

أحد الجوانب الأكثر إثارة والخيال العلمي في مشروع SpaceCAL هو قدرته على طباعة المواد الحيوية. تخيل رواد الفضاء يطبعون الأعضاء، احتياجات الأسنان، طعوم الجلد، وحتى عدسات جديدة. يرى الباحثون ذلك كالمستقبل النهائي لإنشائهم. يتخيلون يومًا تُستخدم فيه طابعات SpaceCAL لإنشاء أعضاء لا يمكن طباعتها على الأرض. يمكن استخدام هذه الأعضاء من قبل رواد الفضاء أو شحنها إلى الأرض لاستخدامها من قبل السكان.

الباحثون

شمل البحث لهذا المشروع فريقًا من طلاب جامعة كاليفورنيا بيركلي ومختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) بقيادة هايدن تايلور. ساهم الباحثون ديلون بالك، جاكوب جوتسمان، سكايلير تشان، شون تشو، بريان تشونغ، أميرة إلجونيمي، أنتوني مودي، جيك نيكل، ديلان بوتر، أوستن بورتيناوز، أنوسري سريناث، وأودري يونغ في تطوير واختبار مفهوم SpaceCAL أيضًا.

يحظى SpaceCAL بدعم من برنامج فرص الطيران التابع لناسا، وهندسة بيركلي، ومركز الفضاء في بيركلي الذي لا يزال قيد الإنشاء. بالإضافة إلى ذلك، حصل المشروع على منحة بقيمة 1.4 مليون دولار، مما مكن الباحثين من تحسين جهازهم واختباراته.

الشركات التي يمكنها الاستفادة من هذه الدراسة لتحسين الإيرادات

يمكن للعديد من الشركات المصنعة دمج تقنية طباعة SpaceCAL لتقديم منتجات جديدة أو تحسين المنتجات الحالية. تمتلك هذه الشركات بالفعل موقعًا قويًا في أسواقها الخاصة، ويمكن أن يؤدي إدخال طرق طباعة SpaceCAL عالية السرعة والفعالية إلى تحسين عروضها بشكل كبير.

Organovo Holdings

(ONVO )

Organovo Holdings هي شركة رائدة في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد الطبية الحيوية. هدف الشركة هو استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد لمحاكاة الأعضاء والأنسجة البشرية، مما يتيح للباحثين دراسة تأثيرات الأدوية والبيئة والعوامل الأخرى دون تعريض الأشخاص للخطر.

تقع Organovo Holdings في سان دييغو وتعد رائدة في مجال طباعة الأنسجة الحيوية ثلاثية الأبعاد. تمكّن منتجاتها الباحثين من دراسة الأمراض والعدوى وعلاجاتها المحتملة. تفتح القدرة على طباعة الأنسجة والمواد العضوية الباب أمام مستقبل لا تحتاج فيه إلى المتبرعين ويمكن فيه إجراء الإجراءات الطبية الطارئة بسرعة أكبر، مما ينقذ ملايين الأرواح سنويًا.

Organovo Holdings إضافة قوية إلى محفظتك. تحدثت الشركة مؤخرًا عن أبحاثها في أسبوع الأمراض الهضمية لهذا العام (DDW2024). يضع موقع الشركة كرائدة في السوق، إلى جانب الطلب المتزايد على الخدمات الطبية الحيوية المطبوعة، Organovo Holdings في موقع يضمن نجاحًا مستقبليًا.

Proto Labs

(PRLB )

دخلت Proto Labs السوق في عام 1999 ومقرها في مابل بلاين، مينيسوتا. تتخصص الشركة في الطبعات القصيرة الأمد والنماذج الأولية. تقدم خدمات متنوعة، بما في ذلك التصنيع الإضافي سريع التنفيذ وتشكيل الحقن. ساعدت السرعة والمرونة في تمكين الشركة من تأمين موقع مهيمن في سوقها.

تمتلك Proto Labs معلومات تغطي مجموعة واسعة من الصناعات. على وجه التحديد، تقدم الشركة منتجات استهلاكية، وأجهزة طبية، وقطعًا للسيارات. تمكّن الشركة المصنعة المهندسين من البناء في برامج شائعة مثل CAD ثم إرسال طبعاتهم للحصول على نتائج سريعة. تُعيد Proto Labs الطبعات في أيام، مما يجعلها الحل الأول للنماذج الأولية.

ازداد الطلب على خدمات Proto Labs باستمرار على مر السنين. تمتلك الشركة حاليًا قيمة سوقية تبلغ 857.71 مليون دولار. إذا تمكنت Proto Labs من دمج تقنيات SpaceCAL في نموذج أعمالها، يمكنها تقديم نماذج أولية أسرع لعملائها. كما يمكنها تقليل تكاليف الطباعة وإلغاء الحاجة إلى العديد من طابعاتها الحالية.

مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد

يبدو مستقبل الطباعة ثلاثية الأبعاد واعدًا. شهدت الصناعة العديد من التطورات الكبيرة في السنوات القليلة الماضية. الآن تستخدم أحدث طابعات ثلاثية الأبعاد منخفضة الطاقة الليزرية ويمكنها طباعة مواد متعددة باستخدام جهاز واحد. وبالتالي، أصبح من الممكن طباعة أجهزة معقدة وعملية وحتى أجهزة كهربائية.

أبحاث الفضاء العميق

تستمر أبحاث الفضاء العميق في تعزيز جهود البحث والتطوير. مؤخرًا، تم إدخال قلوب مطبوعة ثلاثيًا إلى محطة الفضاء الدولية. كان الهدف هو دراسة تأثير إشعاع الفضاء على الأعضاء. يأتي هذا البحث كجزء من مهمة أكبر حظيت بدعم من جامعة براون وجامعة جونز هوبكنز، بالإضافة إلى ناسا.

واجهات سهلة

تُعد روبوتات الدردشة القائمة على نماذج اللغة الكبيرة (LLM) تطورًا رئيسيًا آخر سيعيد تشكيل تجربة الطباعة ثلاثية الأبعاد. تتيح هذه الواجهات للناس التواصل مع الحواسيب كالبشر. أظهرت برامج مثل ChatGPT قوة هذه الأدوات وكيف يمكنها تحسين الكفاءة، وتوسيع الإمكانات، وخفض التكاليف.

في المستقبل، لن تتطلب الطباعة ثلاثية الأبعاد مهارات تقنية كبيرة. ستحتاج معظم الوحدات فقط إلى توجيهات نصية أو صوتية لإكمال مهام معقدة تعلمتها تدريجيًا على مدار سنوات من البيانات وتحديثات نماذج الذكاء الاصطناعي الخاصة بها. عندما تجمع بين آفاق تقنية طباعة SpaceCAL وقدرات الذكاء الاصطناعي المتقدمة، يبدو أن التقنية تمتلك إمكانات لا حدود لها.

طابعات عالية الكفاءة

مؤخرًا، أنشأ الباحثون طريقة طباعة جديدة باستخدام ليزرين مزدوجين طريقة تقلل من التكلفة والنفايات. حولت هذه الطريقة أحد الليزرات الفمتوثانية المعتادة إلى وحدة ذات طاقة أقل. ثم قدم الفريق صيغة حسابية جديدة مكنتهم من تحديد ضبط أمثل بين الليزرات. النتائج مشابهة لليزرات الفمتوثانية المزدوجة الأصلية.

استخدم النهج الجديد بديلًا ليزريًا أرخص بكثير، مما خفض التكاليف بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تكييف هذا التحديث ليتناسب مع معظم طابعات الليزر ثلاثية الأبعاد الحالية المستخدمة في قطاع التصنيع بأقل جهد. وبالتالي، قد يساعد هذا التحديث في خفض تكاليف الطباعة ثلاثية الأبعاد عالميًا ويفتح الباب أمام أجهزة أكثر تكلفة قريبًا.

اختبار ناجح آخر

يسلط هذا الجولة الأخيرة من الاختبارات الضوء على السرعة التي حققها الفريق في مهمته. يمكنك توقع سماع المزيد عن هذا المشروع بينما يسعى المهندسون إلى طباعة أجهزة معقدة خلال السفر إلى الفضاء. في الوقت الحالي، قد تُحسّن جهود هذا الفريق المبتكر الرائدة في طباعة الجاذبية الصغرى حياة مليارات الأشخاص يومًا ما.

تعرف على مشاريع طباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى المثيرة الآن.