شركة "بيهايف" الأمريكية تطور محركًا نفاثًا توربينيًا بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، ويُختصر عدد القطع إلى 40 قطعة

أخبار ar.wedoany.com، تعمل شركة "بيهايف إندستريز" (Beehive Industries) الأمريكية للتصنيع الإضافي على تطوير محرك نفاث توربيني للمنصات الطائرة أحادية الاتجاه مثل الطائرات المسيّرة، بالاعتماد على تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد كأساس جوهري. وكشف غوردي فولين، كبير مسؤولي المنتجات في الشركة، في مقابلة حديثة أن الجزء التوربيني الميكانيكي من محرك "فرينزي" (Frenzy) النفاث التوربيني، وهو منتجها الرئيسي، يتكون من 5 قطع فقط، في حين يتطلب التصميم التقليدي عادةً نحو 200 قطعة؛ ويبلغ إجمالي قطع المحرك كاملًا، بما في ذلك البراغي والحلقات المعدنية، نحو 40 قطعة، وهو تبسيط كبير مقارنةً بالهياكل التقليدية التي تتجاوز 400 قطعة.

عمل فولين لأكثر من عقدين في شركتي "جي إي للفضاء" (GE Aerospace) و"برات آند ويتني" (Pratt & Whitney)، وشارك في تطوير محرك "جي إي كاتاليست" (GE Catalyst)، قبل أن ينضم إلى "بيهايف إندستريز" قبل خمس سنوات. ووفقًا لشرحه، درس الفريق في مراحله المبكرة مجالات متعددة مثل التوربينات الغازية الصناعية والصواريخ وطب الأسنان والأجهزة الطبية، ثم استقر اختياره على قطاع الطيران والدفاع كاتجاه رئيسي بناءً على موازنة شاملة بين الأداء والوزن والتكلفة والجدول الزمني، وبعد ذلك ركّز بشكل أكبر على الأنظمة غير المأهولة بهدف تبسيط إجراءات الاعتماد وزيادة سرعة التكرار التطويري.

لا يُعد محرك "فرينزي" أول منتجات "بيهايف". فقد صنعت الشركة في البداية عدة محركات تجريبية وأكملت اختباراتها، وكانت بعض التصاميم مستوحاة من مشروع "إكس-61 غريملين" (X-61 Gremlin). وأشار فولين إلى أن المحرك التجريبي الأول انتقل من الفكرة على الورق إلى إتمام أول اختبار له في غضون سبعة أشهر فقط. وفي وقت لاحق، وبدافع من فرص التمويل في مشاريع مثل "الذخيرة الهجومية الموسّعة المدى" (ERAM) و"عائلة الصواريخ الاقتصادية واسعة النطاق" (FAMM)، دخلت "بيهايف" سوق المحركات من فئة الأحجام الأصغر. ويستذكر فولين أنه قبل ثلاث سنوات، أبلغهم العملاء بحاجتهم إلى منتج خلال ثلاث سنوات، معتقدين أنه لا يمكن لأحد تطوير محرك بهذه السرعة، غير أن السرعة الفعلية للشركة تجاوزت هذا التوقع.

ليست "بيهايف إندستريز" مجرد ورشة طباعة بالمعنى الحرفي. ففي مراحلها المبكرة، كانت تطبع قطعًا ثلاثية الأبعاد عند الطلب لصناعات أخرى، ولا تزال تنتج قطعًا لشركات في مجالات توليد الطاقة والفضاء والدفاع، بعضها يُطبع مباشرة بتقنية الانصهار في طبقة المسحوق، وبعضها الآخر يُنجز عبر الصب الإضافي — أي طباعة قوالب سيراميكية ثلاثية الأبعاد مباشرةً لاستخدامها في الصب، بدلًا من عملية قوالب الشمع التقليدية متعددة الخطوات. وقد أضافت الشركة مؤخرًا قدرة الصب المعدني، بهدف اختيار المسار الأكثر اقتصادية بين التصنيع الإضافي والصب التقليدي وفقًا لحجم الإنتاج. ويوضح فولين أن أداء القطع المسبوكة مطابق لأداء القطع المطبوعة؛ وتتكلف حاليًا التوربينات المطبوعة داخليًا والتوربينات المسبوكة داخليًا تقريبًا نفس التكلفة، غير أنه في حال شراء التوربينات المسبوكة من موردين خارجيين، سيكون السعر أعلى بكثير من تكلفة الطباعة الذاتية.

في مرحلتي التصميم والتصنيع، تتبنى "بيهايف" منهجية التصميم من أجل التصنيع الإضافي (DfAM) بشكل شامل. إذ يدمج الإطار المركزي لمحرك "فرينزي" ناشر الضاغط، وهيكل غرفة الاحتراق، وبطانة غرفة الاحتراق، وقاعدة المحامل، وفوهة المرحلة الأولى للتوربين، وحاقن الوقود، والمجمع الرئيسي للوقود، في قطعة واحدة متكاملة تُطبع كعنصر واحد. ويقول فولين إن هذا الهيكل لا يمكن تحقيقه بأساليب التصنيع التقليدية. وفيما يتعلق بتحسين الكفاءة، لا تسعى "بيهايف" إلى خفض خشونة سطح الشفرات المطبوعة، بل تحقق المكاسب من خلال إزالة مسارات التسرب وتحسين التصميم الديناميكي الهوائي. وبالنسبة للمواضع ذات التفاوتات الشديدة أو الإجهادات العالية جدًا، مثل أطراف شفرات التوربين ووصلات العمود، لا تزال عمليات التشغيل الميكانيكي قائمة، لكن دون إجراء تشغيل نهائي شامل للقطع المطبوعة بالكامل.

ويؤكد فولين أن كفاءة محرك "فرينزي" تتفوق بنسبة 20-30% على المحركات المماثلة المصنّعة بالطرق التقليدية. وتعمل الشركة حاليًا على تسريع رفع الطاقة الإنتاجية، وتخطط لإنتاج عدد كبير من المحركات التجريبية في غضون أسبوع أو أسبوعين فقط عبر أسلوب "الإثبات التصنيعي"، استعدادًا للإنتاج الضخم. وتتوقع "بيهايف" تصنيع مئات المحركات هذا العام، والوصول إلى آلاف المحركات بحلول عام 2027، ثم الارتفاع إلى نحو 10,000 محرك في العام التالي. وفيما يتعلق بالتوظيف، تفضّل الشركة استقطاب مهندسين يتمتعون بخبرة صناعية في مجال التصنيع الإضافي أو المحركات النفاثة، كما تُشرك الميكانيكيين في مراجعات التصميم، تفاديًا لتصميم قطع يتعذر تصنيعها.

وفيما يتعلق بإمكانية اعتماد طابعات من موردي معدات التصنيع الإضافي الصينيين مثل شركة "بي إل تي" (BLT) أو "فارسون" (Farsoon)، أوضح فولين بشكل قاطع أنه لن يتم النظر في ذلك. وأرجع السبب ليس إلى القدرات التقنية للطابعات، بل إلى أمن البيانات. فالشركة تعمل في تطبيقات عسكرية، وستواصل استخدام المكونات المصنّعة في الولايات المتحدة أو دولها الحليفة. وأشار إلى أن عمليات صيانة المعدات تنطوي على احتمالية تسرب المعلومات، مما يستلزم الحذر الشديد؛ وأن بيئة التطبيق تؤثر على مسار العملية بنفس درجة تأثير العوامل الأخرى.