يواجه القطاع الصناعي الأمريكي عنق زجاجة حرجاً، حيث تتسبب سلاسل التوريد غير المنتظمة ونقص العمالة الماهرة في تأخيرات شديدة لمشاريع البنية التحتية. ولمواجهة ذلك، نجح باحثون في مختبر أوك ريدج الوطني (Oak Ridge National Laboratory) في نشر روبوت عملاق بثلاثة أذرع يُدعى نظام MedUSA لتصنيع وعاء ضغط نووي فولاذي بأبعاد 3×5 أقدام. ومن خلال توجيه الفولاذ المنصهر إلى مكانه، أثبت النظام كيف يمكن لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد الثقيلة تجاوز عقبات التصنيع التقليدية.
تم استعراض هذا الاختراق خلال أيام ابتكار المواد والتصنيع (M2IND)، وهو حدث جمع أكثر من 350 قائداً من قطاعات الطاقة والتصنيع والتكنولوجيا، إلى جانب ممثلين عن أربعة مكاتب تابعة لوزارة الطاقة. وكان الهدف الأساسي هو تحديد طرق إزالة العقبات الإدارية والفنية، وتحويل الابتكارات المخبرية إلى واقع ملموس في المصانع قبل انهيار الجداول الزمنية للبنية التحتية الحيوية.
في الوقت الحالي، قد يستغرق الحصول على المكونات المخصصة الكبيرة لقطاعات مثل الطاقة الكهرومائية أكثر من عشر سنوات. وتعتمد أوعية المفاعلات القياسية على عمليات الحدادة واللحام واسعة النطاق، وهي عمليات مقيدة بشدة بسبب حدود القدرة المحلية في الولايات المتحدة. ويُعد الوعاء المطبوع ثلاثي الأبعاد بمثابة حالة اختبار مباشرة لتقييم التصنيع الإضافي (Additive manufacturing) كبديل عملي وعالي السرعة.
نريد التأكد من حصولنا على مدخلات من القطاع الصناعي لتوجيه أبحاثنا، وضمان أن العمل في أوك ريدج ومنشأة العرض التصنيعي (MDF) يمثل قيمة حقيقية للمصنعين الأمريكيين، ويأخذ في الاعتبار سلاسل التوريد اللازمة لتسويق التقنيات الجديدة.
- رايان ديهوف، مدير MDF
استبدال المواد التقليدية بنماذج البوليمر
إلى جانب وعاء الضغط الفولاذي، شهد حدث مختبر ORNL عرض هيكل ضخم آخر للطاقة النووية مطبوع ثلاثي الأبعاد. وبالتعاون مع جامعة University of Maine، طبع الباحثون نموذجاً بطول 12 قدماً لمحدد تأثير باستخدام بوليمر الألياف الزجاجية.
صُمم هذا المكون الضخم لحماية حاويات شحن الوقود النووي المستنفد أثناء النقل. ومن خلال استخدام البوليمرات البلاستيكية القوية بدلاً من التصميمات الخشبية التقليدية، يهدف الفريق إلى تعزيز المتانة مع تقليل الاعتماد على سلاسل توريد المواد القياسية في الوقت نفسه.
التحول من الطباعة المادية إلى التأهيل الرقمي
في حين تُعد طباعة هندسة مقببة معقدة إنجازاً هندسياً كبيراً، أكد المشاركون في المنتدى أن تصنيع القطعة يمثل نصف المعركة فقط. وعادة ما يتوقف الزخم عند محاولة الحصول على اعتماد لهذه المكونات المطبوعة ثلاثية الأبعاد للاستخدام في العالم الحقيقي، حيث تتطلب الهيئات التنظيمية أدلة مكثفة على السلامة والموثوقية.
ولسد هذه الفجوة، أعلن مختبر ORNL عن جهد بحثي مشترك مع مختبر أيداهو الوطني (Idaho National Laboratory) لتوحيد طرق التأهيل الرقمي عبر المرافق المختلفة. ويخطط الباحثون لاستخدام أجهزة استشعار في الوقت الفعلي، والتعلم الآلي، وخوارزميات تتبع العيوب أثناء عملية البناء الفعلية.
صُمم هذا النهج القائم على البيانات لمنح المنظمين المقاييس الدقيقة اللازمة لاعتماد مكونات الطاقة النووية المطبوعة ثلاثية الأبعاد في غضون أشهر بدلاً من سنوات. وقد تم بالفعل توقيع شراكات جديدة مع عمالقة الطاقة مثل شركة SLB وشركة Kairos Power لتسريع هذا التحول.
عنق زجاجة البيانات التنظيمية
إن التحول الجذري الحقيقي الذي يحدث في مختبر ORNL لا يقتصر على البثق المادي للفولاذ المنصهر، بل يتمثل في محاولة إعادة كتابة كيفية تعامل الصناعة النووية مع الامتثال. فمن خلال دمج التعلم الآلي والتتبع الفوري للعيوب مباشرة في عملية بناء روبوت MedUSA، يحاول المختبر استبدال الاختبارات المادية بعد الإنتاج بالتحقق الرقمي الموضعي.
وإذا نجح هذا الأمر، فسيجبر الهيئات التنظيمية على التكيف مع أدلة السلامة الخوارزمية بدلاً من اختبارات الإجهاد المعدني التقليدية. ومع ذلك، يُعرف القطاع النووي بتحفظه الشديد. وحتى مع دعم شركات مثل SLB و Kairos Power، سيكمن التحدي في إقناع المنظمين بأن بيانات المستشعرات من طباعة ثلاثية الأبعاد جديرة بالثقة تماماً مثل وعاء فولاذي مطروق ومفحوص بالأشعة السينية.
وإذا فشل إطار التأهيل الرقمي في الحصول على الموافقة التنظيمية، فستظل هذه التطورات الروبوتية حبيسة أرضية المختبر، مما يترك شبكة الطاقة الأمريكية عرضة لنفس تأخيرات سلاسل التوريد التي تواجهها حالياً والتي تمتد لعقد من الزمان.
