[/شرح]
الأمر لا يشبه تمامًا طلب 'Tea، Earl Gray، ساخن' وظهور مشروب ساخن ، ولكن تقريبًا. إن تصنيع الشعاع الإلكتروني الحر ، الذي تم تطويره في مركز أبحاث لانغلي التابع لوكالة ناسا ، هو نسخة مهندس من مكرر الخيال العلمي في ستار تريك. قالت كارين تامينجر ، قائدة التكنولوجيا لبرنامج الطيران الأساسي التابع لناسا: 'تبدأ برسم الجزء الذي تريد بنائه ، وتضغط على زر ، ويخرج الجزء'.
عملية التصنيع الحر لشعاع الإلكترون. رصيد الصورة: ناسا
تقوم شركة Electron Beam Freeform Fabrication أو EBF3150 بإنشاء أجزاء للطائرات - وليس الطعام والشراب - وتستخدم عملية بناء صديقة للبيئة لتصنيع أجسام معدنية ذات طبقات. يمكن أن تحدث هذه التقنية ثورة في صناعة الطيران وقد يكون لها تطبيقات للمركبة الفضائية المستقبلية والمجتمع الطبي أيضًا. يمكن استخدامه لصنع أجزاء صغيرة ومفصلة أو قطع هيكلية كبيرة للطائرات.
يعمل EBF3150 في غرفة مفرغة ، حيث يركز شعاع الإلكترون على مصدر تغذية مستمر للمعدن ، والذي يتم صهره ثم تطبيقه طبقة تلو طبقة فوق سطح دوار حتى اكتمال الجزء. يتم إدخال رسم مقطعي مفصل ثلاثي الأبعاد للجزء في كمبيوتر الجهاز ، مما يوفر معلومات حول كيفية بناء الجزء من الداخل إلى الخارج. يوجه هذا شعاع الإلكترون وتدفق المعدن لإنتاج الجسم ، وبناءه طبقة تلو الأخرى.
قال تامينجر إن التطبيقات التجارية للطائرة EBF3150 معروفة بالفعل وقد تم اختبار إمكاناتها بالفعل ، مشيرًا إلى أنه من الممكن ، في غضون سنوات قليلة ، أن تطير بعض الطائرات بأجزاء مصنوعة من خلال هذه العملية.
يجب أن تكون المعادن المستخدمة متوافقة مع شعاع الإلكترون بحيث يمكن تسخينها بواسطة تيار الطاقة وتحويلها لفترة وجيزة إلى شكل سائل. الألومنيوم مادة مثالية لاستخدامها ، ولكن يمكن أيضًا استخدام معادن أخرى. في الواقع ، يمكن لـ EBF3150 التعامل مع مصدرين مختلفين لمخزون التغذية في نفس الوقت ، إما عن طريق مزجهما معًا في سبيكة فريدة أو تضمين مادة واحدة داخل أخرى ، مثل إدخال حبلا من الألياف الزجاجية داخل جزء من الألومنيوم ، قال تامينجر إنه يمكن وضع أجهزة الاستشعار في مناطق لم تكن ممكنة من قبل.
الجزء المعدني الهيكلي ملفق من EBF3. رصيد الصورة: ناسا
في حين أن معدات EBF3 التي تم اختبارها على الأرض كبيرة وثقيلة إلى حد ما ، فقد تم إنشاء نسخة أصغر وتم اختبارها بنجاح على متن طائرة تابعة لناسا تُستخدم لتزويد الباحثين بفترات قصيرة من انعدام الوزن. قال تامينجر إن الخطوة التالية هي إطلاق عرض توضيحي للأجهزة في محطة الفضاء الدولية.
يمكن لأطقم القاعدة القمرية المستقبلية استخدام EBF3 لتصنيع قطع الغيار حسب الحاجة ، بدلاً من الاعتماد على توريد قطع غيار يتم إطلاقها من الأرض. قد يكون رواد الفضاء قادرين على استخراج مخزون العلف من التربة القمرية ، أو حتى إعادة تدوير مراحل الهبوط المستخدمة عن طريق صهرها.
لكن تامينجر قال إن الإمكانية الفورية والأكبر لهذه العملية تكمن في صناعة الطيران حيث يمكن تصنيع الأجزاء الهيكلية الرئيسية لطائرة ، أو أغلفة المحرك النفاث ، مقابل ألف دولار للرطل الواحد أقل من الوسائل التقليدية.
الجهاز صديق للبيئة لأن أسلوب التصنيع الفريد الخاص به يقلل من كمية النفايات. عادةً ما يبدأ صانع الطائرات بكتلة تزن 6000 رطل من التيتانيوم ويصل وزنها إلى 300 رطل ، تاركًا 5700 رطل من المواد التي تحتاج إلى إعادة التدوير واستخدام عدة آلاف من جالونات القطع من السوائل المستخدمة في هذه العملية.
قال تامينجر: 'مع EBF3 ، يمكنك بناء نفس الجزء باستخدام 350 رطلاً من التيتانيوم فقط وإبقاء الماكينة على بعد 50 رطلاً فقط لإدخال الجزء في تكوينه النهائي'. 'وتستهلك عملية EBF3 قدرًا أقل من الكهرباء لإنشاء نفس الجزء.'
في حين أن الأجزاء الأولية لصناعة الطيران ستكون أشكالًا بسيطة ، لتحل محل الأجزاء المصممة بالفعل ، فإن الأجزاء المستقبلية المصممة من البداية مع وضع عملية EBF3150 في الاعتبار يمكن أن تؤدي إلى تحسينات في كفاءة المحرك النفاث ومعدل حرق الوقود وعمر المكونات.
قال تامينغر: 'هناك قدر كبير من القوة في القدرة على بناء طبقة جزئية بطبقة لأنه يمكنك الحصول على تجاويف وتعقيدات داخلية غير ممكنة بالقطع من كتلة صلبة من المواد'.
للمزيد من المعلومات، شاهد عرض كارين تامينجر على EBF3150.
مصدر: ناسا