صعود الطباعة المعدنية 3D في المدار

في أغسطس 2024، أحدث إنجاز رائد على متن محطة الفضاء الدولية (ISS) ثورة في مجال تصنيع المعادن - حيث تم بنجاح استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء أجزاء الصفائح المعدنية ملفقة في الفضاء لأول مرة. لا يمثل هذا العمل الفذ قفزة كبيرة في تصنيع الفضاء فحسب، بل يمهد أيضًا مسارات جديدة لاستكشاف الفضاء في المستقبل ومهام الإنتاج والصيانة المدارية.

أثبتت هذه المهمة الرائدة، بقيادة وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، جدوى طباعة الأجزاء المعدنية في بيئة الجاذبية الصغرى. وصلت الطابعة المعدنية ثلاثية الأبعاد، التي طورتها شركة إيرباص وشركاؤها بتمويل من وكالة الفضاء الأوروبية، إلى محطة الفضاء الدولية في يناير 2024، وكان هدفها الأساسي هو استكشاف إمكانية طباعة الأجزاء المعدنية في مثل هذه البيئة الفريدة.

تتطلب مهمات استكشاف الفضاء التقليدية إنتاج جميع الأجزاء على الأرض ونقلها إلى المدار، وهي عملية مكلفة ومعقدة من الناحية اللوجستية. يتيح تطبيق تكنولوجيا الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد لرواد الفضاء إمكانية تصنيع الأدوات والأجزاء وحتى قطع الغيار البديلة مباشرة في المدار، مما يوفر الوقت ويقلل التكاليف ويعزز الاكتفاء الذاتي للبعثات الفضائية، خاصة المهام طويلة المدى.

ونظرًا لتأثيرات الجاذبية الصغرى، فإن التصنيع في الفضاء أكثر تعقيدًا بكثير من التصنيع على الأرض. تعتمد أساليب التصنيع التقليدية على الجاذبية لوضع المواد وتوجيه تدفق العملية، وفي بيئة الجاذبية الصغرى، لا يمكن التنبؤ بسلوك العمليات مثل ترسيب المعدن المنصهر. كان على المهندسين تطوير استراتيجيات وتقنيات جديدة لتكييف عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد مع هذه الظروف الصعبة. وقد وفرت محطة الفضاء الدولية منصة اختبار فريدة من نوعها لهذه التحديات وتطوير حلول قابلة للتطبيق.

وبعد وصول الطابعة إلى محطة الفضاء الدولية، لعب رائد الفضاء أندرياس موجينسن دورًا رئيسيًا في تركيب الآلة. كانت السلامة هي الأولوية القصوى للمشروع، حيث تم إغلاق الطابعة لمنع تسرب أي غازات أو جزيئات ضارة إلى الغلاف الجوي لمحطة الفضاء الدولية. وتضمنت هذه العملية أيضًا مراقبة دقيقة للبيئة الداخلية للطابعة لتقليل المخاطر أثناء التشغيل.

بدأت العملية الفعلية للطباعة ثلاثية الأبعاد بترسيب الفولاذ المقاوم للصدأ. على عكس الطابعات المكتبية ثلاثية الأبعاد التقليدية التي تستخدم خيوط بلاستيكية، تستخدم هذه الطابعة سلكًا من الفولاذ المقاوم للصدأ مصهورًا بواسطة ليزر عالي الطاقة، والذي يقوم بتسخين السلك المعدني إلى أكثر من 1200 درجة مئوية وترسيبه طبقة بعد طبقة على منصة متحركة.

وبحلول منتصف يوليو 2024، نجح الفريق في طباعة 55 طبقة، مما يمثل اكتمال نصف العينة الأولى. ويبشر هذا الإنجاز ببدء ما يسمى "مرحلة الرحلة البحرية"، حيث تمكن الفريق من تسريع عملية الطباعة. وقد أدت هذه التحسينات إلى زيادة كفاءة تشغيل الطابعة، مما أدى إلى زيادة وقت الطباعة اليومي من 3.5 ساعة إلى 4.5 ساعة.

إن التطبيق الناجح لتقنية الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد لا يوفر قدرًا أكبر من المرونة والاكتفاء الذاتي للمهام الفضائية فحسب، بل له أيضًا تأثير عميق في مجال تشغيل وتصنيع المعادن. يمكن استخدام هذه التكنولوجيا لتصنيع كل شيء بدءًا من قطع الغيار وحتى الهياكل الكبيرة في الفضاء، مما يدعم الاستكشاف والاستعمار على المدى الطويل للكواكب الأخرى. ومع استمرار التقدم والتحسن في التكنولوجيا، يمكننا أن نتطلع إلى المزيد من الابتكارات والاختراقات في مجال تصنيع الفضاء من خلال الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد.