أهم 5 مفاهيم خاطئة حول التصنيع الإضافي
هل الطباعة ثلاثية الأبعاد هي حقًا علاج لجميع مشاكل التصنيع، أم أننا نفتقد شيئًا مهمًا؟ في هذه المقالة، سنستكشف خمسة مفاهيم خاطئة منتشرة حول التصنيع المضاف. من التصور العالمي المتصور...
كيف يمكن للتكنولوجيا التي تبني المواد طبقة تلو الأخرى أن تُحدث ثورة في صناعة الدفاع؟ يُعيد التصنيع المضاف، أو الطباعة ثلاثية الأبعاد، تشكيل القدرات العسكرية من خلال تمكين إنتاج أسرع للمكونات الأساسية، ومواد أخف وزناً وأكثر متانة، وتصاميم مبتكرة. تستكشف هذه المقالة 15 تطبيقًا رائدًا للطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال الدفاع، بدءًا من بناء مدارج الطائرات والأدوات إلى صناعة الخوذات المتطورة وهياكل الغواصات. اكتشف كيف تعمل هذه التكنولوجيا على تعزيز الكفاءة وخفض التكاليف وتلبية الاحتياجات الأساسية لقوات الدفاع الحديثة.
لطالما اشتهرت تكنولوجيا التصنيع المضافة بقدراتها القوية واستُخدمت على نطاق واسع في العديد من القطاعات، بما في ذلك قطاع الملاحة البحرية والفضاء والسيارات.
والجدير بالذكر أنه يتم اعتمادها بشكل متزايد من قبل إدارات الدفاع في جميع أنحاء العالم. في الواقع، بحلول عام 2027، من المتوقع أن تبلغ قيمة صناعة الطباعة العسكرية ثلاثية الأبعاد $1.7 مليار دولار.
وبالنظر إلى طلب الجيش على سرعات أعلى وأوزان أخف وتكاليف أقل، فإن اختيار تكنولوجيا التصنيع المضافة لتحقيق هذه الميزات هو بلا شك الخيار الأنسب.
تسرد هذه المقالة بعض حالات استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في قطاعات الدفاع في مختلف البلدان. ومن هذه الأمثلة العملية، يمكننا أن نقدر أهمية هذه التقنية في مجال الدفاع.
الجيش الأمريكي على قناعة تامة بفوائد التصنيع الإضافي. ففي عام 2021، أعلنوا عن خطط لبناء أكبر طابعة معدنية ثلاثية الأبعاد في العالم. يقوم مركز أنظمة المركبات البرية التابع للجيش الأمريكي DEVCOM ببناء هذه الطابعة الضخمة بمساعدة شركة ASTRO America، وشركة Ingersoll Machine Tools، وشركة Siemens، وشركة MELD Manufacturing التعاونية في ترسانة روك آيلاند. ستصبح هذه الطابعة جزءاً من مشروع الهيكل غير الملحوم، بهدف طباعة هيكل متكامل للمركبات القتالية.
وتشير التقارير إلى أن المشروع سيستغرق حوالي 14 شهراً حتى يكتمل. وعند اكتماله، ستكون الطابعة قادرة على طباعة أجزاء معدنية بطول 30 قدمًا وعرض 20 قدمًا وارتفاع 12 قدمًا (حوالي 9 أمتار في 6 أمتار في 3.6 أمتار).
تطبيق آخر في القطاع العسكري والدفاعي يأتي من شركة ITAMCO (شركات إنديانا للتكنولوجيا والتصنيع)، التي تستخدم التصنيع الإضافي لتطوير مدرج لمطارات الاستكشاف العسكرية. تُعد حصائر المدارج هذه مكونات محورية في المطارات الاستكشافية.
والغرض منها هو وضعها موضع التنفيذ على أرض أضعف، مما يسمح للطائرات العسكرية بالهبوط والإقلاع. في السابق، كانت تستخدم المهابط المحمولة المصنوعة من صفائح الألومنيوم، ولكن مع تقادمها أصبح هذا النوع من المهابط قديمًا، كان على الجيش إيجاد حل مبتكر.
تم استخدام طابعة M290 ثلاثية الأبعاد من شركة EOS الألمانية لتصنيع نماذج أخف وزناً وأكثر متانة للمعدات العسكرية للقوات الجوية الأمريكية.
في محاولة للإسراع في تطوير عبوات قوية مطبوعة ثلاثية الأبعاد في المصنع، انخرطت شركة ExOne في هذا المسعى بعد التعاون مع العديد من الشركاء. وعلى وجه التحديد، يتضمن عقدًا بقيمة $1.6 مليون دولار مع وكالة الدفاع اللوجستية (DLA).
وطوال هذه العملية، تم استخدام تقنية Binderjet من ExOne، التي تشتهر بسرعتها ومرونتها المادية وسهولة تشغيلها، للأغراض العسكرية، مما يلبي الاحتياجات الحرجة للجيش بشكل فعال.
يُقال إن هذه الطابعة ثلاثية الأبعاد، المصممة خصيصًا للجيش، قادرة على نفث المادة اللاصقة، وتوزيع أكثر من 20 أنواع المعادنوالسيراميك والمواد المسحوقة الأخرى. علاوة على ذلك، يُقال إن غلافه الفريد من نوعه وميزاته الأخرى تجعله مناسبًا بشكل استثنائي للمنتجات العسكرية.
تستفيد البحرية الأمريكية أيضاً من قوة التصنيع المضاف. فقد اكتشف سلاح البحرية الأمريكية إمكانات الطباعة ثلاثية الأبعاد في تطوير أدوات جديدة لصيانة المركبات.
بالتعاون مع معسكرات الإمداد وشركاء الصناعة، أنتجت قيادة أنظمة سلاح البحرية مشبكاً للتصنيع الإضافي من خلال تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. تم تصميم هذا المشبك لفصل عجلات القيادة عن المعادن - وهي مشكلة شائعة في صيانة المركبات البحرية.
ويساعد التصنيع الإضافي في تقليل وقت الصيانة وإعداد الأدوات، ونجح في تقليل وقت الانتظار الفعلي لهذه الأجزاء إلى حوالي 25 يومًا.
في مجال تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتعاون الجيش الأمريكي بانتظام ليس فقط مع الشركات ذات الصلة، ولكن أيضًا مع مختلف الجامعات. في الآونة الأخيرة، نجح علماء من جامعة جنوب فلوريدا في طباعة ثلاثية الأبعاد سبائك المغنيسيوم المعروف بـ WE43
لم يكن تطوير هذه المادة وليد الصدفة، بل كان مدفوعاً بالاحتياجات العسكرية. فغالبًا ما يجد الجنود الأمريكيون أنفسهم مثقلين بأحمال ومعدات ثقيلة للغاية، لذا فإن الأبحاث التي تهدف إلى تخفيف حملهم لها أهمية قصوى.
ومع ذلك، بمساعدة WE43 وعملية اندماج طبقة المسحوق، ربما يكون الجيش الأمريكي وجامعة جنوب فلوريدا قد اكتشفا حلاً.
في السنوات الأخيرة، استخدمت شركة Naval Group الفرنسية الشهيرة تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لتلبية مجموعة متنوعة من الاحتياجات. واعتباراً من يناير 2021، وبفضل عملية التصنيع المضاف بالقوس السلكي (WAAM)، نجحت Naval Group في طباعة مروحة ثلاثية الأبعاد.
تتألف المروحة من خمس شفرات تزن كل منها 200 كجم، ثم تم تركيبها على سفينة كاسحة الألغام "بيرسيوس". وكشف الفريق الذي يقف وراء هذا المشروع أنه باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، اختصروا وقت البناء بشكل كبير وقللوا من كمية المواد المستخدمة.
يمكن أن يساعد التصنيع الإضافي الأجزاء في تحقيق صلابة وقوة عالية وسمات استثنائية أخرى. ومن خلال التعزيز الداخلي للألياف، طوّر الباحثون مجموعة متنوعة من الأدوات والأجزاء النهائية التي يمكنها تحمل ظروف الأداء الصارمة المطلوبة في حالات الضغط الكبير على الأجزاء، دون أي هامش للخطأ.
في مدريد، ذكر رئيس ورشة عمل المروحيات التابعة للقوات الجوية الإسبانية أنهم يحاولون الآن تصنيع كل جزء من خلال التصنيع الإضافي، وتجنب طرق الإنتاج التقليدية. وتشمل هذه الأجزاء أدوات قياس التحكم في التسرب لتروس الهبوط للطائرات المروحية والمفاتيح المخصصة للدوارات الرئيسية للطائرات المروحية.
وقّعت شركة General Lattice، وهي شركة برمجيات تصميم ثلاثية الأبعاد، عقدًا مع الجيش الأمريكي لتعزيز قدرات امتصاص الصدمات في خوذات القتال من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد والأشكال الهندسية الشبكية المتقدمة. ومن أجل هذا المشروع، ابتكرت الشركة مجموعة من أدوات النمذجة التنبؤية لتصميم وتوليد مواد الخوذات.
ولتعزيز حماية الجنود في ساحة المعركة وزيادة احتمالية نجاتهم بعد التعرض لصدمات الرأس، سيتم اختبار المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد في ظروف العالم الحقيقي للتحقق من صحة متطلبات الأداء التي حددها مركز قيادة الجنود.
قام الجيش الأسترالي بتصميم العشرات من قطع الغيار لإحدى مركباته المدرعة باستخدام حل الطباعة ثلاثية الأبعاد بالرش البارد الذي طورته شركة SPEE3D. وقد اجتازت هذه المكونات اختبارات وشهادات استخدام ميدانية متعددة، مما يعزز من مرونة الجيش الأسترالي.
على سبيل المثال، تشمل الأجزاء المطبوعة غطاء عجلة يتم إنتاجه في 29 دقيقة فقط، بتكلفة إجمالية تبلغ 100 دولار أسترالي. ومن خلال إدخال تكنولوجيا التصنيع المضاف، أصبح الجيش قادراً على تقليل وقت تعطل المركبات المدرعة، وبالتالي التعامل بفعالية أكبر مع حالات الطوارئ.
تقوم البحرية الأمريكية منذ عدة سنوات بتنفيذ العديد من مشاريع التصنيع المضاف. والهدف من ذلك هو تعزيز مرونة وكفاءة الفرق التي تقوم بمهام في المحيطات المفتوحة، خاصة فيما يتعلق بتصنيع قطع الغيار. ولهذا السبب استثمرت مدرسة الدراسات العليا البحرية (NPS) في آلة Xerox ElemX المعدنية.
ويستخدمون هذه المعدات لتصميم قطع الغيار والأدوات للغواصات والسفن، مما يسمح لشركة زيروكس بالحصول على سلسلة توريد أقصر وتصنيع مكونات مخصصة. ومع ذلك، فإن NPS ليست المنظمة الوحيدة التي تطلق مبادرات الطباعة ثلاثية الأبعاد في القطاع البحري.
وبالفعل، وقّعت شركة ماتر هاكرز عقداً مدته خمس سنوات مع البحرية الأمريكية لتوريد جميع المعدات ثلاثية الأبعاد المطلوبة، إلى جانب دورات تدريبية وصيانة.
يعمل مشروع طاقة المستقبل من المملكة المتحدة في مجال الأبحاث، واختبار المتفجرات، وتصنيع المتفجرات الجديدة، ونمذجة المتفجرات، والتركيب الكيميائي، والتوصيف الحراري، واختبار المخاطر.
يهدف المشروع إلى ابتكار مواد حيوية جديدة وطرق تشخيصية للتحقق من هذه المواد الجديدة. وسيتم استخدام التصنيع الإضافي لتطوير تركيبات جديدة للمتفجرات، مما يوفر العديد من المزايا للمستخدمين المحتملين، مثل تقليل تكاليف التخزين والنقل وتعزيز الأداء.
يمكن تكييف التكاليف بدقة وفقًا للمتطلبات وتصنيعها في تصميمات مبتكرة ومعقدة، وهو مفهوم لم يكن من الممكن تصوره من قبل. وتستخدم عملية التصنيع خلاط LabRAM الصوتي الرنيني، الذي يستخدم الطاقة الصوتية بدلاً من الشفرات المادية لخلط المواد، مما يجعل العملية أكثر أماناً.
تم اختيار منظمة أبحاث العلوم التطبيقية والتكنولوجيا، والمعروفة أيضًا باسم ASTRO America، من قبل الجيش الأمريكي لمشروع الهيكل السلس.
وبدعم من معاهد الابتكار في التصنيع، التي تستفيد من وزارة الدفاع الأمريكية، تعد هذه الخطة جزءًا من جهد لتطوير وتسليم هياكل المركبات المدرعة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد.
وهي تهدف إلى تقليل وقت التصنيع وخفض تكاليف الإنتاج، مع تخفيف وزن المركبات وتعزيز أدائها وقدرتها على البقاء.
تعاونت شركة ICON، وهي شركة إنشاءات ثلاثية الأبعاد تشتهر بمشاركتها في المشاريع العسكرية، مع إدارة تكساس العسكرية وشركة لوجان للهندسة المعمارية وشركة فورت ستركتشرز لإنشاء أكبر هيكل مطبوع ثلاثي الأبعاد في أمريكا الشمالية.
تم بناء معسكر التدريب، الذي يقع في مركز سويفت للتدريب في معسكر سويفت في باستروب بولاية تكساس، باستخدام نظام البناء Vulcan من شركة ICON، وهو عبارة عن طابعة روبوتية يتم تشغيلها عبر جهاز لوحي قادر على استخدام مواد أسمنتية.
وقد أسفرت هذه الشراكة الناجحة بين الشركة والجيش عن أول ثكنات عسكرية مطبوعة ثلاثية الأبعاد لإقامة الجنود. ويتكون الهيكل النهائي من مبنى تبلغ مساحته 3800 قدم مربع، وهو قادر على استيعاب ما يصل إلى 72 جندياً أو طياراً لإعدادهم لمهامهم التالية.
لسنوات، وجدت وزارة الدفاع الأمريكية طرقًا لتطبيق الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجالات مختلفة - في البر والجو والبحر. في الواقع، يتعمق أحد أحدث مشاريع الجيش الأمريكي في منطقة مجهولة نسبيًا من الطباعة ثلاثية الأبعاد: تحت الماء.
في مسعى رائد في عام 2017، تعاون مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) مع مختبر التكنولوجيا التخريبية التابع للبحرية الأمريكية، مما أدى إلى إنتاج أول هيكل غواصة مطبوع ثلاثي الأبعاد في التاريخ العسكري.
وباستخدام تقنية التصنيع الإضافي بالترسيب المندمج بنمذجة الترسيب المندمج في منطقة كبيرة (FDM BAAM)، قام الفريق بصنع هيكل تصوري بطول 30 قدماً يتكون من ستة أقسام من ألياف الكربون المركبة، مما يدل على سرعة الإنتاج وانخفاض التكاليف مقارنة بطرق التصنيع التقليدية.
على الرغم من أنها لا تزال قيد الاختبار، إلا أن المؤشرات تشير إلى أننا سنشهد قريباً المزيد من الغواصات المطبوعة ثلاثية الأبعاد التي تغوص في المحيطات.
في مارس من هذا العام، قامت جامعة ماين (UMaine)، في مركز الهياكل والمركبات المتقدمة في أورونو، بطباعة سفينتين كبيرتين ثلاثية الأبعاد، يقال إن إحداهما هي أكبر سفينة مصنعة بالإضافات في التاريخ.
تم تطوير هذه السفن النموذجية لسلاح مشاة البحرية الأمريكية (المارينز)، وصممت كسفن دعم لوجستي، وستخضع للاختبار للاستخدام العسكري الفعلي. وتستطيع أكبر السفينتين أن تستوعب حاويتين للشحن بطول 20 قدماً، بينما تستطيع الأخرى نقل ما يكفي لثلاثة أيام من الطعام والماء والإمدادات الأخرى لفرقة كاملة من البنادق.
تمت طباعة كلا الوعاءين الجديدين بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من مزيج متعدد المواد يعتمد على مركبات معززة بألياف البوليمر. ووفقًا لجامعة أومين، فقد تمكنوا من تصنيع وتجميع أحد هذين الوعاءين في شهر واحد فقط - وهي عملية قد تستغرق ما يصل إلى عام باستخدام طرق التصنيع التقليدية.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR