قامت أكبر طابعة ثلاثية الأبعاد في العالم بإنشاء أجزاء لمفاعل نووي

استخدم المهندسون الأمريكيون طابعة بوليمر ثلاثية الأبعاد فريدة وكبيرة جدًا لتسريع إنتاج مكونات المفاعل النووي من الجيل التالي. تم تنفيذ العمل في مركز الهياكل والمركبات المتقدمة (ASCC) جامعة مين وأصبحت جزءًا من تحالف المواد المتخصصة والتصنيع للتكنولوجيات المستدامة (SM²ART). جمع هذا المشروع بين الجامعات والمختبرات الوطنية والصناعة لحل مشاكل التصنيع المعقدة.

طابعة عملاقة تنتج أشكالًا معقدة

قام الباحثون بطباعة قوالب خرسانية ضخمة لشركة كايروس باور، التي تقوم بتطوير مفاعل هيرميس صغير الحجم بقدرة 35 ميجاوات في أوك ريدج بولاية تينيسي. يبلغ سمك كل قسم من الجدار ثلاثة أقدام، وارتفاعه 27 قدمًا، ويتشكل على شكل منحنى جيبي معقد. سيكون إنشاء مثل هذه التصميمات يدويًا أمرًا مستحيلًا تقريبًا نظرًا لمتطلبات الدقة الملليمترية.

وقالت سوزان ماكاي، مديرة المواد المستدامة في ASCC: “لم يكن لدينا مجال للخطأ”.

بعد الطباعة، يخضع كل نموذج لمعالجة إضافية على آلات CNC (التحكم العددي) والتحقق من النموذج الرقمي لضمان استيفاء التفاوتات الصارمة.

الطابعة التي يستخدمها الفريق هي أكبر طابعة راتينج في العالم. إنها قادرة على طباعة مئات الأرطال من المواد في الساعة، مما يسمح بتصميمات ذات حجم وتعقيد لم يسبق له مثيل من قبل.

وقال ماكاي: “لقد التزمنا بالموعد النهائي التجاري من خلال إنتاج مكونات ضخمة وعالية الدقة، وهو ما كان إنجازًا حقيقيًا لمركز أكاديمي”.

الابتكارات في التحكم الرقمي والذكاء الاصطناعي

إلى جانب التصنيع المادي ثلاثي الأبعاد، قام الفريق بتطوير منصة MPPW الرقمية لإدارة إنتاج المواد. يستخدم النظام الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لالتقاط كل خطوة من خطوات التصنيع الإضافي والمتقارب على نطاق واسع. يتيح لك ذلك تتبع تدفق المواد ومعلمات الطباعة والامتثال لجميع معايير الجودة، كما يؤدي أيضًا إلى تسريع عملية اعتماد المكونات.

تقوم MPPW بإنشاء “سلسلة رقمية” يتم من خلالها التحقق من كل مكون وتوثيقه، مما يقلل التكاليف ويقلل المخاطر ويسرع الإنتاج. بالنسبة للصناعات ذات الأهمية الحيوية للسلامة مثل الطاقة النووية والدفاع، فإن هذا مهم بشكل خاص.

وأشار ريان ديهوف، مدير مركز عرض التصنيع التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، إلى أن مثل هذه التحالفات “توفر طريقًا واضحًا للأدوات والمواهب اللازمة لبناء الجيل القادم من البنية التحتية للطاقة والدفاع في البلاد”.

الآثار المترتبة على الصناعة والتقنيات المستقبلية

يتيح استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد العملاقة جنبًا إلى جنب مع المراقبة الرقمية إنتاجًا أسرع دون التضحية بالدقة. وهذا يفتح الطريق أمام تنفيذ أكثر مرونة وأسرع لمشاريع المرافق الهندسية المعقدة، ويقلل من تكاليف المواد ويختصر وقت البناء. ويوضح المشروع أيضًا كيف يمكن للمؤسسات الأكاديمية التنافس مع الصناعة في إنتاج مكونات عالية التقنية.

وأشار الحبيب داغر، الرئيس التنفيذي لـ ASCC، إلى أن المركز الذي يبلغ من العمر 27 عاما، ويغطي مساحة حوالي 13935 مترا مربعا ويعمل به 400 موظف، يتمتع بخبرة واسعة في العمل في ظل المواعيد النهائية الضيقة للقطاع الخاص.

في نهاية المطاف، يفتح الجمع بين الطباعة ثلاثية الأبعاد واسعة النطاق والفحص الرقمي والذكاء الاصطناعي إمكانيات جديدة للإنتاج المتسارع للهياكل المعقدة، ويحسن السلامة والدقة، ويوضح إمكانات المختبرات الجامعية لتطوير صناعة المستقبل.