الطباعة ثلاثية الأبعاد تتخطى جذورها المبتكرة

ديفينس ، ماساتشوستس. – يبلغ ارتفاع الآلات 20 قدمًا ووزنها 60 ألف رطل وتمثل الحدود التكنولوجية للطباعة ثلاثية الأبعاد.

تنشر كل آلة 150 حزمة ليزر ، مُسقطة من جسر جسري وتتحرك بسرعة ذهابًا وإيابًا ، مما يجعل أجزاء عالية التقنية للعملاء من الشركات في مجالات تشمل الفضاء ، وأشباه الموصلات ، والدفاع ، والغرسات الطبية.

يتم إنشاء أجزاء التيتانيوم والمواد الأخرى طبقة تلو طبقة ، كل منها رقيق مثل شعرة الإنسان ، حتى 20000 طبقة ، اعتمادًا على تصميم الجزء. الآلات محكمة الغلق. في الداخل ، يتكون الغلاف الجوي بشكل أساسي من الأرجون ، وهو أقل الغازات تفاعلًا ، مما يقلل فرصة الشوائب التي تسبب عيوبًا في جزء منها.

إن مسبك الطباعة ثلاثية الأبعاد في ديفينس بولاية ماساتشوستس ، على بعد حوالي 40 ميلاً شمال غرب بوسطن ، مملوك لشركة فولكان فورمز ، وهي شركة ناشئة انبثقت عن معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. لقد جمعت 355 مليون دولار في تمويل المشاريع. وقد قفزت قوتها العاملة ستة أضعاف في العام الماضي إلى 360 ، مع مجندين من كبرى الشركات المصنعة مثل جنرال إلكتريك وبرات آند ويتني وشركات التكنولوجيا بما في ذلك جوجل وأوتوديسك.

قال جون هارت ، المؤسس المشارك لشركة VulcanForms وأستاذ الهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “لقد أثبتنا نجاحنا في التكنولوجيا. ما علينا أن نظهره الآن هو المالية القوية كشركة وأنه يمكننا إدارة النمو.”

بالنسبة للطباعة ثلاثية الأبعاد ، التي تعود أصولها إلى ثمانينيات القرن الماضي ، قد تكون الاتجاهات التكنولوجية والاقتصادية والاستثمارية في مكانها أخيرًا في مكانها للاختراق التجاري لهذه الصناعة ، وفقًا لخبراء التصنيع ومدراء الأعمال والمستثمرين.

يقولون إن الطباعة ثلاثية الأبعاد ، التي تسمى أيضًا التصنيع الإضافي ، لم تعد تقنية جديدة لعدد قليل من المنتجات الاستهلاكية والصناعية ، أو لعمل مفاهيم تصميم النموذج الأولي.

قال Jörg Bromberger ، خبير التصنيع في McKinsey & Company: “إنها الآن تقنية بدأت في تقديم جودة منتج من الدرجة الصناعية والطباعة من حيث الحجم”. وهو المؤلف الرئيسي لتقرير صدر مؤخرًا عن الشركة الاستشارية بعنوان ، “تعميم تصنيع المواد المضافة.”

تشير الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى عمل شيء ما من الألف إلى الياء ، طبقة واحدة في كل مرة. تعمل أشعة الليزر الموجهة بالكمبيوتر على إذابة مساحيق المعدن أو البلاستيك أو المواد المركبة لإنشاء الطبقات. في التصنيع التقليدي “الطرحي” ، يتم صب كتلة من المعدن ، على سبيل المثال ، ثم يتم نحت جزء منها إلى شكل باستخدام أدوات آلية.

READ  تعلن Blizzard Albany ، Vicarious Visions سابقًا ، عن محاولة الانضمام إلى نقابات

في السنوات الأخيرة ، استخدمت بعض الشركات تقنية المواد المضافة لصنع أجزاء متخصصة. تعتمد شركة جنرال إلكتريك على الطباعة ثلاثية الأبعاد لصنع فوهات وقود للمحركات النفاثة ، وتقوم سترايكر بعمل غرسات العمود الفقري وتطبع أديداس نعلًا شبكيًا لأحذية الجري الراقية. يتم طباعة غرسات الأسنان وأجهزة تقويم الأسنان ثلاثية الأبعاد. خلال جائحة Covid-19 ، أنتجت الطابعات ثلاثية الأبعاد إمدادات طارئة من واقيات الوجه وأجزاء أجهزة التنفس الصناعي.

يقول الخبراء إن الإمكانات اليوم أوسع بكثير من مجموعة نسبية من المنتجات المتخصصة. من المتوقع أن يتضاعف سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد ثلاث مرات إلى ما يقرب من 45 مليار دولار في جميع أنحاء العالم بحلول عام 2026 ، وفقًا لـ تقرير من قبل Hubs، سوق لخدمات التصنيع.

تتطلع إدارة بايدن إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد للمساعدة في إعادة ظهور التصنيع الأمريكي. قالت إليزابيث رينولدز ، المساعدة الخاصة للرئيس للتصنيع والتنمية الاقتصادية ، إن التكنولوجيا المضافة ستكون إحدى “أسس التصنيع الحديث في القرن الحادي والعشرين” ، إلى جانب الروبوتات والذكاء الاصطناعي.

في مايو ، سافر الرئيس بايدن إلى سينسيناتي للإعلان التصنيع الإضافي إلى الأمام ، مبادرة ينسقها البيت الأبيض بالتعاون مع كبرى الشركات المصنعة. يعمل الأعضاء الخمسة الأوليون للشركة – GE Aviation و Honeywell و Siemens Energy و Raytheon و Lockheed Martin – على زيادة استخدامهم للتصنيع الإضافي وتعهدوا بمساعدة مورديهم الأمريكيين الصغار والمتوسطين على تبني هذه التكنولوجيا.

تهدف الالتزامات الطوعية إلى تسريع الاستثمار وبناء قاعدة محلية أوسع لمهارات التصنيع المضافة. نظرًا لأن الطباعة ثلاثية الأبعاد هي عملية تصنيع رقمية عالية التقنية ، كما يقول مسؤولو الإدارة ، فهي تلعب دورًا في قوة أمريكا في مجال البرمجيات. ويضيفون أن التصنيع الإضافي سيجعل التصنيع الأمريكي أقل اعتمادًا على الصب والأشغال المعدنية التي تتم في الخارج ، وخاصة في الصين.

كما يعد التصنيع الإضافي بمكافأة بيئية. إنه أقل إهدارًا بكثير من الصب والتزوير والقطع في التصنيع التقليدي. بالنسبة لبعض الأجزاء المعدنية ، يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد خفض تكاليف المواد بنسبة 90 بالمائة وتقليل استخدام الطاقة بنسبة 50 بالمائة.

يقول الخبراء إن الطباعة الصناعية ثلاثية الأبعاد لديها القدرة على خفض التكلفة الإجمالية لصناعة الأجزاء المتخصصة بشكل كبير ، إذا كان من الممكن جعل التكنولوجيا سريعة وفعالة بما يكفي لإنتاج كميات أكبر.

فولكان فورمس في عام 2015 من قبل دكتور هارت وأحد طلابه المتخرجين ، مارتن فيلدمان. لقد اتبعوا أسلوبًا جديدًا للطباعة ثلاثية الأبعاد يستخدم مجموعة من أشعة الليزر أكثر من الأنظمة الحالية. سيتطلب الأمر ابتكارات في بصريات الليزر وأجهزة الاستشعار والبرامج لتصميم الرقصات المعقدة لأشعة الليزر.

READ  العقود الآجلة لمؤشر داو جونز: استمرار تقلبات سوق الأسهم مع تسارع الأزمة الروسية الأوكرانية

بحلول عام 2017 ، حققوا تقدمًا كافيًا للاعتقاد بأن بإمكانهم بناء آلة ، لكنهم سيحتاجون إلى المال للقيام بذلك. انضم الزوجان إلى وادي السيليكون ، أنوبام جيلديال ، المخضرم المتسلسل الذي أصبح جزءًا من فريق VulcanForms. لقد حصلوا على جولة أولية بقيمة 2 مليون دولار من إكليبس فينتشرز.

كانت تقنية VulcanForms ، كما ذكر Greg Reichow ، الشريك في Eclipse ، تحاول معالجة العيوب الثلاثة للطباعة ثلاثية الأبعاد: بطيئة جدًا ومكلفة للغاية ومليئة بالعيوب.

كافحت الشركة الناشئة لبناء أول آلة أثبتت أن مفهومها قابل للتطبيق. لكنها نجحت في النهاية. ونمت الإصدارات اللاحقة بشكل أكبر وأقوى وأكثر دقة.

قالت فولكان فورمس إن طابعاتها تولد الآن 100 ضعف طاقة الليزر لمعظم الطابعات ثلاثية الأبعاد ، ويمكنها إنتاج أجزاء أسرع عدة مرات. تقنية الطباعة هذه هي الأصول الفكرية الأساسية للشركة ، وتحميها العشرات من براءات الاختراع.

لكن شركة VulcanForms قررت عدم بيع أجهزتها. تتمثل استراتيجيتها في أن تكون موردًا للعملاء الذين يحتاجون إلى قطع مخصصة.

يسمح هذا النهج لـ VulcanForms بالتحكم في عملية التصنيع بأكملها. ولكنه أيضًا تنازل عن حقيقة أن النظام البيئي للتصنيع الإضافي غير موجود. تقوم الشركة ببناء كل مرحلة من مراحل عملية التصنيع بنفسها ، وتصنع طابعاتها الخاصة ، وتصميم الأجزاء ، والقيام بالتشغيل الآلي والاختبار النهائي.

قال السيد فيلدمان ، الرئيس التنفيذي: “علينا بالتأكيد أن نفعل ذلك بأنفسنا – بناء مجموعة كاملة من التصنيع الرقمي – إذا أردنا النجاح”. “المصنع هو المنتج”.

تضم منشأة Devens ستة من الطابعات العملاقة. وقالت الشركة إنه بحلول العام المقبل ، يجب أن يكون هناك 20. قامت شركة VulcanForms باستكشاف أربعة مواقع لمصنع ثان. في غضون خمس سنوات ، تأمل الشركة في إنشاء وتشغيل العديد من مصانع الطباعة ثلاثية الأبعاد.

تعمل إستراتيجية “ افعل ذلك بنفسك ” أيضًا على تضخيم المخاطر والتكلفة لبدء التشغيل. لكن الشركة أقنعت قائمة من المجندين البارزين بأن المخاطرة تستحق العناء.

انضم Brent Brunell إلى VulcanForms العام الماضي قادماً من جنرال إلكتريك ، حيث كان خبيراً في تصنيع المواد المضافة. قال السيد برونيل إن مفهوم استخدام مصفوفات كبيرة من الليزر في الطباعة ثلاثية الأبعاد ليس جديدًا ، لكن لم يقم أحد بذلك من قبل. بعد انضمامه إلى VulcanForms وفحص تقنيتها ، قال: “كان من الواضح أن هؤلاء الرجال كانوا في الهندسة المعمارية التالية ، وكان لديهم عملية ناجحة.”

READ  جولة برق كرامر: ابتعد عن كور سيفيك

بجانب كل آلة في منشأة VulcanForms ، يقوم المشغل بمراقبة أدائها من خلال تدفق بيانات المستشعر وصورة الكاميرا لأشعة الليزر في العمل ، والتي يتم توصيلها بالأنابيب إلى شاشة الكمبيوتر. صوت المصنع هو صوت طنين إلكتروني منخفض ، يشبه إلى حد كبير مركز البيانات.

يمكن أن يكون المصنع نفسه أداة توظيف فعالة. قال كيب وايمان ، مدير التصنيع الأول السابق في شركة Pratt & Whitney ، وهو رئيس العمليات في شركة VulcanForms: “أحضرهم إلى هنا وأريهم الآلات”. رد الفعل المعتاد هو ، “هيك ، أريد أن أكون جزءًا من ذلك.”

بالنسبة لبعض الأجزاء الصناعية ، لا تكفي الطباعة ثلاثية الأبعاد وحدها. هناك حاجة للمعالجة الحرارية النهائية وتصنيع المعادن. وإدراكًا لذلك ، استحوذت شركة VulcanForms آلة العروود هذه السنة.

Arwood هو متجر آلات حديث يعمل في الغالب لصالح البنتاغون ، حيث يصنع أجزاء للطائرات المقاتلة والطائرات بدون طيار والصواريخ. في إطار VulcanForms ، الخطة على مدى السنوات القليلة المقبلة هي أن تضاعف Arwood استثماراتها وقوتها العاملة بثلاثة أضعاف ، والتي تضم حاليًا 90 شخصًا.

لا تكشف شركة VulcanForms ، وهي شركة خاصة ، عن عائداتها. لكنها قالت إن المبيعات ارتفعت بسرعة ، بينما ارتفعت الطلبات عشرة أضعاف ربعًا تلو الآخر.

سيعتمد النمو المستدام لشركة VulcanForms على زيادة المبيعات للعملاء مثل سيريبراسالتي تصنع أنظمة أشباه الموصلات المتخصصة لتطبيقات الذكاء الاصطناعي. سعت Cerebras إلى VulcanForms العام الماضي للمساعدة في صنع جزء معقد لتبريد معالجات الكمبيوتر القوية بالماء لتبريدها.

أرسلت شركة أشباه الموصلات إلى VulcanForms رسمًا لتصميم الكمبيوتر للمفهوم ، وهو شبكة معقدة من أنابيب التيتانيوم الصغيرة. في غضون 48 ساعة ، عادت شركة VulcanForms بجزء منها ، كما يتذكر أندرو فيلدمان ، الرئيس التنفيذي لشركة Cerebras. عمل المهندسون لكلا الشركتين على مزيد من التحسينات ، ونظام التبريد قيد الاستخدام الآن.

يعد تسريع وتيرة التجريب والابتكار أحد وعد التصنيع الإضافي. وقال السيد فيلدمان إن الطباعة الحديثة ثلاثية الأبعاد تسمح أيضًا للمهندسين بعمل تصميمات جديدة ومعقدة تعمل على تحسين الأداء. قال السيد فيلدمان: “لم يكن بإمكاننا صنع جزء التبريد بالماء هذا بأي طريقة أخرى”.

قال “التصنيع الإضافي يتيح لنا إعادة التفكير في كيفية بناء الأشياء”. “هذا هو المكان الذي نحن فيه الآن ، وهذا تغيير كبير.”

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.