الطباعة ثلاثية الأبعاد لصناعة الخوذات؟

الطباعة ثلاثية الأبعاد، أو ما يُعرف في هذا المجال باسم «التصنيع التراكمي» (AM)، احتلت عناوين الأخبار باعتبارها طريقة تصنيع شاملة تغطي العديد من أنواع المنتجات والقطاعات.

لقد وجد التصنيع الإضافي مكانة متميزة في مجال نماذج تطوير المنتجات. ومع ذلك، بدأت بعض الصناعات في إنتاج قطع غيار مخصصة للاستخدام طويل الأمد في التطبيقات الطبية والفضائية. بالإضافة إلى ذلك، تم إنتاج الأغذية والسيارات وحتى الأسلحة النارية باستخدام هذه الطريقة الثورية في معالجة المواد. فهل هي مجرد مسألة وقت قبل أن تصبح جميع عمليات التصنيع عتيقة، بما في ذلك تلك المستخدمة في إنتاج خوذات «Team Wendy» والبطانات الواقية؟ ربما، لكن على الأرجح لا.

التعريف الأساسي هو: أي عملية يتم من خلالها تصنيع جزء ما عن طريق الإضافة، بدلاً من الطرح أو القطع. وتشمل العمليات/التقنيات الحالية ما يلي:

• البثق: الطباعة ثلاثية الأبعاد أو نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) – تقوم ببثق خيوط من البلاستيك الحراري المنصهر ووضع حبيبات رفيعة من المادة جنبًا إلى جنب، طبقة تلو الأخرى
• التصلب الضوئي: الطباعة المجسمة (SLA)، المعالجة الضوئية الرقمية (DLP) — تستخدم ليزرًا فوق بنفسجيًا أو صورة ضوئية عالية الكثافة لتصلب الراتنج السائل، وعادةً ما يتم البناء على لوح بطبقة واحدة في كل مرة
• طبقة المسحوق: تقنية التلبيد بالليزر الانتقائي (SLS)، وتقنية التلبيد المباشر للمعادن بالليزر (DMLS) – تستخدمان ليزرًا عالي الكثافة لإذابة وربط مساحيق اللدائن الحرارية أو المعادن معًا

المزايا وأسباب الشعبية الكبيرة التي تحظى بها تقنية التصنيع الإضافي (AM)

غالبًا ما يُستخدم مصطلح «التصنيع الإضافي» (AM) بدلاً من «التصنيع الآلي» (أو التصنيع الطرحي) و«القولبة بالحقن». تُعد «التصنيع الآلي» الخيار الأمثل للأجزاء ذات الأحجام الصغيرة إلى المتوسطة، حيث تتطلب دقة عالية جدًا. أما «القولبة بالحقن» فهي الأنسب للأجزاء ذات الأحجام المتوسطة إلى الكبيرة، حيث تتطلب دقة متوسطة إلى عالية. وتملأ تقنية «التصنيع الإضافي» حاليًا الفجوة التي تتركها الطريقتان الأخريان، وهي إنتاج كميات صغيرة جدًا مع دقة منخفضة إلى متوسطة. وتُعد هذه التقنية الأنسب للكميات الصغيرة نظرًا للتكاليف المرتفعة نسبيًا لإنتاج الأجزاء.

تتوفر العديد من المواد في مجال التصنيع الإضافي (AM)، بدءًا من اللدائن الحرارية الهندسية الحالية مثل البولي كربونات والنايلون وصولاً إلى المعادن المستخدمة في صناعة الطيران مثل التيتانيوم وسبائك النيكل الفائقة. ويجعل عدم الحاجة إلى أدوات تصنيع هذه العملية مثالية لتحويل التصاميم الفريدة أو المصممة لمرة واحدة إلى واقع ملموس. بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لأن جميع عمليات التصنيع الإضافي تقريبًا تعتمد على البناء طبقةً تلو الأخرى، يمكن تحقيق ميزات مثل التجاويف الداخلية التي كانت ستكون مستحيلة (باستخدام القولبة بالحقن) أو صعبة للغاية (باستخدام التصنيع الآلي) لولا ذلك.

العيوب

لا تزال تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد (AM) في مهدها. وهذا يعني أننا على الأرجح لم نكتشف سوى القليل من إمكاناتها. لكنه يعني أيضًا أن الآلات اللازمة باهظة الثمن وتتطور بسرعة كبيرة؛ فقد تصبح المعدات التي يتم شراؤها اليوم قديمة في غضون بضع سنوات. قد تكون المواد المستخدمة في بعض الأحيان هي نفسها المستخدمة في طرق التصنيع الحالية، مما ينبغي أن ينتج عنه قطع ذات قوة مماثلة. ومع ذلك، في عملية الطباعة التراكمية (FDM) على سبيل المثال، لا تلتصق الطبقات ببعضها البعض بنفس القوة التي تلتصق بها إذا كانت القطعة نسخة صلبة من نفس المادة. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم بعض عمليات التصنيع الإضافي (AM) مواد خاصة، لذا إذا كانت خصائص المواد لتصميم قطعة ما تتطلب شيئًا مختلفًا، فقد يؤدي ذلك إلى استبعاد العملية بأكملها.

إذن، متى سأحصل على خوذتي المطبوعة ثلاثي الأبعاد من «Team Wendy»؟

ليس اليوم. في الوقت الحالي، لا تستخدم أي من المكونات التي نبيعها هذه التقنية. ومع ذلك، فإن جميع المنتجات التي نبيعها تقريبًا بدأت كنماذج أولية مطبوعة ثلاثية الأبعاد. وفي السنوات الأخيرة، ازداد بشكل ملحوظ عدد النماذج الأولية التي تم استخدامها لتصميم المنتج بشكل كامل قبل بدء الإنتاج.

كانت إحدى أولى المطبوعات التي قمنا بإنتاجها مخصصة في الواقع لتصميم لوحة التدريب ESAPI، وذلك للتحقق من ملاءمتها لمختلف حاملات الدروع وفحص الأسطح المنحنية بحثًا عن أي أخطاء. أما بالنسبة لنماذجEXFIL® Carbon وLTP، فقد تم طباعة نماذج للأغلفة لاختبار ملاءمتها وكذلك للحصول على المظهر المثالي. كان النموذج الأوليلـ EXFIL® Ballistic الذي ظهر لأول مرة في معرض SHOT Show 2014 عبارة عن غلاف مصنوع بتقنية SLA، تم طلاؤه وتزيين حوافه باستخدام أساليب الإنتاج الفعلية. لم يوفر الغلاف أي حماية من الصدمات البالستية أو الصدمات الحادة، لكنه سمح للمشغلين وضباط إنفاذ القانون بتجربته وتقديم ملاحظاتهم، مما زاد بشكل كبير من الثقة في التصميم قبل الشروع في تصنيع القوالب التي تكلف عشرات الآلاف من الدولارات.

ومن المزايا الأخرى التي يمكن تحقيقها استخدام أدوات التثبيت ومساعدات الإنتاج على نطاق صغير. فقد استخدمنا قطعًا مطبوعة ثلاثية الأبعاد في تطبيقات متنوعة لتركيب الأجزاء، حيث لا تكون تفاوتات التركيب صارمة. وعند تصنيع الخوذات، تشكل الأسطح المعقدة عاملاً مؤثرًا دائمًا. وقد يكون تصنيع الأجزاء ذات الأسطح المعقدة التي تغطي مساحة كبيرة نسبيًّا مكلفًا، وفي هذه الحالات، يمكن أن تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد (بالتحديد تقنية FDM) أكثر اقتصادية بكثير.

الإمكانات المستقبلية

إن الإمكانات التي تنطوي عليها هذه التكنولوجيا في مجال الخوذات هائلة للغاية. تخيل لو أمكنك إجراء مسح ضوئي لرأسك، ثم الحصول بعد أيام على خوذة مصممة خصيصًا لتناسب رأسك تمامًا — مريحة، وذات تصميم رفيع، وخفيفة الوزن قدر الإمكان. ورغم أن هذا الأمر لا يزال مجرد حلم في الوقت الحالي، فإن التطورات في تكنولوجيا التصنيع الإضافي قد تجعله حقيقة واقعة في وقت أقرب مما نتصور.