طابعة تجسيمية عملاقة… لمصانع المستقبل

صدى نيوز - تقبع في أحد مستودعات جامعة ماين آلة عملاقة جديدة لتصنيع المواد المضافة تسمى «فاكتوري أوف ذا فيوتشر1.0» Factory of the Future 1.0 (مصنع المستقبل 1.0). وإذا كان مطوروها على حق، فقد تجسد الواسطة الجديدة التي يتم بها بناء العديد من الأشياء نموذج مصنع المستقبل.

ظاهرياً، إنها طابعة ثلاثية الأبعاد، ذات فوهة معقدة متصلة بمتاهة من الأسلاك التي تتدلى من هيكل فولاذي طويل بالقرب من سقف المستودع.

روبوتات التصنيع

الآلة عبارة عن نسخة كبيرة الحجم من أنواع روبوتات التصنيع المضافة التي تصنع أجزاء بلاستيكية صغيرة في مختبرات التصنيع، أو هياكل بحجم منزل من الخرسانة.

ووفقا للجامعة، فإن مصنع المستقبل 1.0 هو أكبر طابعة للبلاستيك الحراري - البوليمرات في العالم. وهي قادرة على طباعة أشياء يصل طولها إلى 96 قدماً (29.25م) وعرضها 32 قدماً (9.75م) وارتفاعها 18 قدماً (5.5م)، ويمكنها طباعة ما يصل إلى 500 رطل (227 كلغم تقريباً) من المواد في الساعة، وهو ما يكفي لإنتاج منزل مساحته 600 قدم مربعة (55.7 متر مربع) في أقل من أربعة أيام.

خلية تصنيع رقمية هجينة

لكن هذه الآلة لا تقوم فقط بإخراج مواد البناء الأساسية مثل مسدس الغراء الضخم، بل إنها قادرة على القيام بالتصنيع الطرحي، مثل الطحن، بالإضافة إلى استخدام ذراع آلية للقيام بمهام أكثر تعقيداً.

يسمح النظام المدمج بوضع الألياف في كائن مطبوع مما يمنحه قدراً أكبر من السلامة الهيكلية، ما يسمح للمساحات المطبوعة بالتمدد لمسافة أبعد، وتمكين المباني المطبوعة ثلاثية الأبعاد في المصنع من أن تصبح أكبر. يقول حبيب داغر، المدير التنفيذي لمركز الهياكل المتقدمة والمركبات (ASCC) في الجامعة: «إن تسميتها طابعة هي في الواقع تسمية خاطئة... إنها خلية تصنيع رقمية هجينة تسمح لنا بجمع عمليات التصنيع المتعددة معاً لإنتاج أشياء مختلفة».

أحد الأشياء الرئيسية هو مباني السكن. والطابعة الجديدة هي تطور لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد السابقة التي تم تطويرها في جامعة ماين التي ظل الباحثون فيها يستكشفون طرق ومواد الطباعة ثلاثية الأبعاد لسنوات، مع التركيز على الإسكان.

وقد أظهر العمل السابق أن الطابعات واسعة النطاق يمكنها استخدام المواد الحيوية المتجددة، وحتى منتجات النفايات للتصنيع الإضافي.

في أواخر عام 2022، كشفت الجامعة عن منزلها BioHome3D، المطبوع ثلاثي الأبعاد المصنوع من نشارة الخشب من مخلفات مصانع الخشب في ولاية ماين، والراتنج الحيوي. وبدلاً من الخرسانة كثيفة الكربون المستخدمة في صنع العديد من المنازل الأخرى المطبوعة ثلاثية الأبعاد، فإن المواد المستخدمة في هذا النموذج الأولي هي مواد حيوية بنسبة 100 في المائة وقابلة لإعادة التدوير.

منازل ومطابخ وقوارب وآلات طيران

ومع مصنع المستقبل 1.0 هذا، أصبح داغر وفريقه من الباحثين قادرين على طباعة أشياء أكبر بأربعة أضعاف مما كانوا يستطيعون باستخدام أجهزتهم السابقة. ولأنها قادرة على القيام بمهام متعددة، فإن الآلة الجديدة ليست قادرة على بناء الجدران أو هيكل المنزل فحسب، بل

أيضاً دمج الأسلاك والسباكة، وفي النهاية حتى تركيب المطبخ.

يقول داغر: «نحن لا نطبع هيكلاً، بل نحاول طباعة الأنظمة». وبتمويل من مصادر مثل وزارة الدفاع، بالإضافة إلى هيئة الإسكان بولاية ماين، من المتوقع أن يتم استخدام أداة التصنيع الإضافي في مشاريع الإسكان بأسعار معقولة، وكذلك في بناء أشياء مثل القوارب، وآلات الطيران.

«بالطبع المنزل والسفينة مختلفان»؛ يقول داغر: «لكن في الوقت نفسه، هناك الكثير من أوجه التشابه بينهما... ما نقوم بتطويره من خلال عمليات التصنيع المتكاملة هذه في حجم بناء واحد يسمح لنا بإنتاج ليس فقط المنازل، ولكن جميع أنواع الأشياء الأخرى». من المهم لهذا النهج في التصنيع مراقبة الجودة، وضمان الجودة. يقول داغر إن فريقه يقوم بدمج أجهزة الاستشعار والذكاء الاصطناعي في النظام حتى يتمكن من ضمان الدقة أثناء الطباعة، أو مد الكابلات، على سبيل المثال، ولكن أيضاً التصحيح الذاتي إذا أصبحت الفجوات كبيرة جداً، أو خرجت القطع عن المحاذاة. «هناك الكثير من الفرص لاستخدام هذه التكنولوجيا للقيام بالكثير من الأشياء المختلفة، وليس فقط الإسكان. إنها تفكر في تغيير الطريقة التي نصنع بها الأشياء بشكل عام».

أحياء سكنية مطبوعة

ويضيف داغر أن الخطوة التالية هي توسيع العمل الذي قام به فريقه في إنشاء النموذج الأولي BioHome3D ليشمل حياً مكوناً من تسع وحدات من المنازل ذات الأسعار المعقولة بالتعاون مع منظمة محلية غير ربحية تدعى Penquis. ويتوقع أن تبدأ هذه الطباعة في العام المقبل.

وفي هذه الأثناء، يعمل فريقه على تحسين الجهاز الجديد ويحاول زيادة السرعة التي يمكنه الطباعة بها. الهدف هو أن نكون قادرين على إنتاج ما يعادل منزل مساحته 600 قدم مربعة كل 48 ساعة، أو طباعة نحو 1000 رطل من المواد في الساعة. ويقول: «لقد انتقلنا من 20 رطلاً في الساعة إلى 500 رطل على مدى السنوات الثلاث الماضية... الوصول إلى 1000 رطل أمر ممكن للغاية».