- دوشنبه ۱۰ آذر ۱۴۰۴
چاپ سه‌بعدی مواد منفجره
پیشرفت‌های جدید چاپ سه‌بعدی برای تولید مواد منفجره
چاپ سه‌بعدی نویدبخش روش‌های کارآمدتری برای ساخت مواد منفجرهٔ سفارشی و پیش‌ران‌های موشک است.
چکیده
چاپ سه‌بعدی به طرق مختلف تولید مواد پرانرژی را متحول کرده است و محققانی مانند من در تلاش‌اند بفهمند چگونه می‌توان عملکرد مواد پرانرژی را بهبود بخشید. چاپ سه‌بعدی از یک چاپگر برای روی هم چیدن لایه‌به‌لایهٔ مواد برای ساخت یک شیء استفاده می‌کند. چاپ سه‌بعدی به شما امکان می‌دهد اشکال سفارشی بسازید، انواع مختلفی از مواد را در یک بخش چاپ کنید و در هزینه و مواد صرفه‌جویی کنید.
دورهٔ «آموزش سیستم سوخت‌رسانی CR» دوره‌ای است که توسط دپارتمان علوم مهندسی مجتمع فنی تهران ارائه می‌شود. پیش‌نیاز شرکت در این دوره «آشنایی با سیستم سوخت‌رسانی موتورهای دیزل» است. سرفصل‌های دوره شامل سیستم‌های سوخت‌رسانی موتورهای دیزل، اجزای سیستم‌های CR، اجزای پمپ‌ها و انژکتورهای CR، عیب‌یابی معایب رایج، کار با دستگاه تنظیم پمپ و انژکتور، و مونتاژ و دمونتاژ اجزاست. دوره به صورت ترکیبی «حضوری/آنلاین» بوده و شامل ۱۶ ساعت آموزش است. این دوره در سطح تخصصی طراحی شده و هدف آن تقویت مهارت‌های عملی فراگیران در زمینهٔ سیستم‌های سوخت‌رسانی CR و آماده‌سازی برای ورود به بازار کار مرتبط است.
مواد پرانرژی چه ویژگی‌هایی دارند؟
تصور کنید که در یک روز بارانی درحال رانندگی به سمت محل کار خود هستید که یک رانندهٔ حواس‌پرت و بی‌احتیاط از ناکجاآباد پیدا می‌شود و به ماشین شما برخورد می‌کند. با یک «صدای انفجار» یک کیسهٔ هوا سریع‌تر از آنکه بتوانید پلک بزنید باز می‌شود تا جان شما را نجات دهد. آن کیسهٔ هوا به لطف ماده‌ای پرانرژی به نام سدیم آزاید کار می‌کند که در طی واکنش شیمیایی گاز نیتروژن تولید می‌کند تا کیسهٔ هوای شما را باد کند و به سرعت باز شود. اما مواد پرانرژی چه هستند؟ مواد پرانرژی شامل پیشرانها، مواد آتش‌زا، سوخت‌ها و مواد منفجره هستند و در انواع محیط‌ها استفاده می‌شوند.
کاربردهای مواد پرانرژی شامل شعله‌افکن‌ها، کبریت‌ها، تقویت‌کننده‌های موشک جامد، پیش‌ران‌های تفنگ، جوشکاری ترمیت داغ مورد استفاده برای ترکیب مواد با یک‌دیگر، آتش‌بازی و جلوه‌های ویژه انفجاری در فیلم اکشن مورد علاقه شما هستند. مواد پرانرژی در شکل‌ها و اندازه‌های مختلفی وجود دارند، اما اغلب به شکل جامد هستند و بسته به شکل و شرایطی که در آن کار می‌کنند، از طریق سوختن یا انفجار انرژی زیادی آزاد می‌کنند.
من استاد مهندسی مکانیک هستم که مواد پرانرژی را مطالعه می‌کنم. ساخت مواد پرانرژی آسان نیست، اما پیشرفت‌ها در چاپ سه‌بعدی می‌تواند سفارشی‌سازی را آسان‌تر کند. همچنین امکان کاربردهای علمی بالقوه و بیشتری را فراهم می‌کند.
1 پیشرانها به پرتاب موشک‌ها کمک می‌کنند. نیروی هوایی ایالات متحده/جو داویلا
نقش هندسه در مواد پرانرژی
نحوهٔ ساخت مواد پرانرژی بر شکلی که به دست می‌آید و نحوهٔ آزادشدن انرژی در طول زمان تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، پیش‌ران‌های جامد موشک شبیه به کیک ساخته می‌شوند که در آن یک میکسر ایستاده «خمیر» را که عمدتاً از پرکلرات آمونیوم، آلومینیوم و یک چسب لاستیکی ساخته شده است، قبل از ریختن در یک تابه هم می‌زند. «کیک» در تابه سفت می‌شود و در فر می‌پزد. به‌طور معمول، پیش‌ران‌های موشک شکل استوانه‌ای دارند، اما دارای یک میله در مرکز هستند. میله اغلب مقطع خاصی مانند دایره یا ستاره دارد. وقتی سوخت جامد می‌شود، میله برداشته می‌شود و شکل هسته باقی می‌ماند.
شکل هسته بر نحوهٔ سوختن سوخت تأثیر می‌گذارد، که می‌تواند بر نیروی رانش موتور تأثیر بگذارد. فقط با تغییر شکل مرکز سوخت می‌توانید سرعت یک موتور را در طول زمان افزایش دهید، کاهش دهید یا سرعت آن را حفظ کنید.
اما این فرآیند سنتی «پخت کیک» شکل‌هایی را که می‌توانید بسازید محدود می‌کند. شما باید بتوانید پس از جامد شدن سوخت میله را بردارید، بنابراین اگر شکل میله خیلی پیچیده باشد، ممکن است سوخت را بشکنید که این می‌تواند باعث سوختن نامنظم آن شود.
طراحی شکل‌های سوخت که باعث می‌شود موشک‌ها سریع‌تر حرکت کنند یا دورتر پرواز کنند یک حوزه تحقیقاتی فعال است، اما مهندسان برای ایجاد این طرح‌های پیچیده‌تر به روش‌های جدید تولید نیاز دارند.
نقش چاپ سه‌بعدی در مواد پرانرژی
چاپ سه‌بعدی به طرق مختلف تولید مواد پرانرژی را متحول کرده است و محققانی مانند من در تلاش‌اند بفهمند چگونه می‌توان عملکرد مواد پرانرژی را بهبود بخشید. چاپ سه‌بعدی از یک چاپگر برای روی هم چیدن لایه‌به‌لایهٔ مواد برای ساخت یک شیء استفاده می‌کند. چاپ سه‌بعدی به شما امکان می‌دهد اشکال سفارشی بسازید، انواع مختلفی از مواد را در یک بخش چاپ کنید و در هزینه و مواد صرفه‌جویی کنید.
بااین‌حال، چاپ سه‌بعدی مواد پرانرژی به دلایل مختلف بسیار چالش‌برانگیز است. برخی از مواد پرانرژی بسیار چسبناک هستند، به این معنی که بیرون‌کشیدن آن مخلوط از یک لوله با یک نازل کوچک بسیار دشوار است. تصور کنید که خاک رس را از یک سرنگ کوچک بیرون می‌کشید -این ماده برای عبور آسان از سوراخ کوچک بسیار ضخیم است.
علاوه بر این، مواد پرانرژی در صورت استفادهٔ نادرست می‌توانند خطرناک باشند. اگر در طول فرآیند تولید یا در حین ذخیره‌سازی گرمای زیادی وجود داشته باشد، یا اگر در معرض شوک الکتریسیتهٔ ساکن قرار گیرند، می‌توانند مشتعل شوند.
پیشرفت‌های اخیر در حوزهٔ چاپ سه‌بعدی مواد پرانرژی
بااین‌حال، محققان در دههٔ گذشته پیشرفت‌های زیادی برای غلبه بر برخی از این چالش‌ها داشته‌اند. به عنوان مثال، دانشمندان جوهرهای واکنشی چاپ سه‌بعدی را روی الکترونیک قرار داده‌اند تا در صورت افتادن در دست افراد نامناسب، قابلیت خودتخریبی را فعال کنند.
از نظر تئوری، می‌توانید این جوهرها را به‌صورت استراتژیک روی ماهواره‌های قدیمی یا ایستگاه فضایی بین‌المللی قدیمی چاپ کنید تا این دستگاه‌های درحال چرخش را به قطعات کوچک خرد کنید که قبل از برخورد به زمین در جو بسوزند. بسیاری از محققان در حال بررسی پیش‌ران‌های تفنگ چاپ سه‌بعدی هستند. اصلاح شکل پیش‌ران‌های تفنگ می‌تواند باعث شود گلوله‌هایی بسازیم که بتوانند دورتر پرواز کنند.
برخی دیگر به دنبال استفاده از چاپ سه‌بعدی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی پیش‌ران‌های تفنگ و جرقه‌زن‌هایی هستند که برای تولید به حلال‌های قوی نیاز دارند. این حلال‌ها ناامن هستند، دفع آنها دشوار است و می‌توانند به محیط زیست و سلامت مردم آسیب برسانند.
من نشان دادم که می‌توان پیش‌ران‌های موشک جامد را که خواص مشابهی با پیش‌ران‌های سنتی دارند، چاپ سه‌بعدی کرد. با این تحقیق اکنون این فرصت را داریم که بررسی کنیم چگونه سوخت‌های ساخته‌شده از چندین ماده می‌سوزند و این قلمرو جدیدی است.
به عنوان مثال، به‌جای استفاده از یک میله برای ایجاد شکل مقطعی در یک سوخت، می‌توانید یک ماده بسیار واکنش‌پذیر را به صورت سه‌بعدی چاپ کنید و به مرکز اضافه کنید. به‌جای اینکه مجبور باشید آن ماده مرکزی را حذف کنید، می‌توانید آن را آن‌قدر سریع بسوزانید که تنها شکل هسته باقی بماند. مادهٔ واکنش‌پذیر همچنین به سوخت انرژی اضافه می‌کند. این امر نیاز به استفاده برای ساخت هستهٔ مرکزی و بعد حذف میله را از بین می‌برد.
در‌حالی‌که بسیاری از این تحقیقات در مراحل ابتدایی خود است، شرکت‌هایی مانند X-Bow درحال چاپ سه‌بعدی سوخت‌ها هستند و آزمایش‌های پرواز موفقیت‌آمیزی را با این موتورها انجام داده‌اند.
در نهایت، چندین محقق نحوهٔ انفجار مواد منفجره چاپ سه‌بعدی را مطالعه کرده‌اند. وقتی مواد منفجره به‌صورت شبکه‌ای چاپ می‌شوند، وقتی منافذ آنها با هوا یا آب پر می‌شود، واکنش متفاوتی نشان می‌دهند. این فرآیند یک مادهٔ منفجره «قابل تعویض» و ایمن‌تر تولید می‌کند که تنها در یک محیط خاص واکنش نشان می‌دهد.
جمع‌بندی
ساخت مواد پرانرژی آسان نیست، اما پیشرفت‌ها در چاپ سه‌بعدی می‌تواند سفارشی‌سازی را آسان‌تر کند. همچنین امکان کاربردهای علمی بالقوه و بیشتری را فراهم می‌کند. چاپ سه‌بعدی مواد پرانرژی هنوز یک حوزهٔ جدید است. دانشمندان راه درازی در پیش دارند تا کاملاً درک کنند که چاپ سه‌بعدی چگونه بر ایمنی و عملکرد آنها تأثیر می‌گذارد. اما هر روز دانشمندان درحال یافتن راه‌های جدیدی برای استفاده از مواد پرانرژی ساخته‌شده با چاپ سه‌بعدی برای اهداف حیاتی و گاهی نجات‌بخش هستند.
دورهٔ «آموزش سیستم سوخت‌رسانی CR» دوره‌ای است که توسط دپارتمان علوم مهندسی مجتمع فنی تهران ارائه می‌شود. پیش‌نیاز شرکت در این دوره «آشنایی با سیستم سوخت‌رسانی موتورهای دیزل» است. سرفصل‌های دوره شامل سیستم‌های سوخت‌رسانی موتورهای دیزل، اجزای سیستم‌های CR، اجزای پمپ‌ها و انژکتورهای CR، عیب‌یابی معایب رایج، کار با دستگاه تنظیم پمپ و انژکتور، و مونتاژ و دمونتاژ اجزاست. دوره به صورت ترکیبی «حضوری/آنلاین» بوده و شامل ۱۶ ساعت آموزش است. این دوره در سطح تخصصی طراحی شده و هدف آن تقویت مهارت‌های عملی فراگیران در زمینهٔ سیستم‌های سوخت‌رسانی CR و آماده‌سازی برای ورود به بازار کار مرتبط است.
در دنیای کسب‌وکار امروز، تحصیلات دانشگاهی برای حفظ ارزش شما به‌عنوان نیروی کار بااستعداد و کارآمد کافی نیستند. برای اینکه مزیت رقابتی شخصی خود را حفظ کنید، باید بر آموزش مستمر و مادام‌العمر خود سرمایه‌گذاری کنید. خانواده بزرگ مجتمع فنی تهران هرساله به هزاران نفر کمک می‌کند تا در مسیر شغلی خود پیشرفت کنند.
اگر شاغل هستید و وقت ندارید در دوره‌های آموزشی حضوری شرکت کنید، مجتمع فنی تهران گزینه‌هایی عالی برای آموزش مجازی، آنلاین، آفلاین و ترکیبی ارائه می‌دهد. با شرکت در دوره‌های کوتاه‌مدت مجتمع فنی تهران و دریافت مدارک معتبر و بین‌المللی می‌توانید با اعتماد به نفس مسیر ترقی را طی کنید و در سازمان خود به مهره‌ای ارزشمند تبدیل شود.
نویسنده: لورا هود، سردبیر و دستیار سردبیر بخش سیاست The Conversation UK
مترجم: بهناز دهکردی
منبع: The Conversation
پرسش‌های متداول
مواد پرانرژی چه هستند؟
مواد پرانرژی شامل پیشرانها، مواد آتش‌زا، سوخت‌ها و مواد منفجره هستند و در انواع محیط‌ها استفاده می‌شوند. کاربردهای مواد پرانرژی شامل شعله‌افکن‌ها، کبریت‌ها، تقویت‌کننده‌های موشک جامد، پیش‌ران‌های تفنگ، جوشکاری ترمیت داغ مورد استفاده برای ترکیب مواد با یک‌دیگر، آتش‌بازی و جلوه‌های ویژه انفجاری در فیلم اکشن مورد علاقه شما هستند. مواد پرانرژی در شکل‌ها و اندازه‌های مختلفی وجود دارند، اما اغلب به شکل جامد هستند و بسته به شکل و شرایطی که در آن کار می‌کنند، از طریق سوختن یا انفجار انرژی زیادی آزاد می‌کنند.
چاپ سه‌بعدی چگونه امکان تولید بهینه‌تر مواد انفجاری و پیش‌ران‌های موشکی را فراهم می‌کند؟
استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی به ما امکان می‌دهد ساختارهای پیچیده‌ای با کنترل دقیق داخلی ایجاد کنیم. این ساختارها می‌توانند همگن باشند و از ایجاد هواگیرها جلوگیری کنند که به سوخت‌رسانی یکنواخت و تجزیهٔ کارآمد کمک می‌کند. توانایی تعریف اشکال و ساختارهای خاص، امکان تنظیم سرعت سوختن و الگوی تولید نیروی رانش را فراهم می‌آورد.
آیا فناوری چاپ سه‌بعدی برای فرمول‌های انفجاری کاربرد آزمایش‌شده‌ای دارد؟
بله؛ پژوهشگران مؤسسه Purdue موفق به چاپ موادی با بار جامد بالا و بدون حفره شده‌اند که مزایای ایمنی و عملکردی را ارائه می‌کنند. فناوری‌های جدید مانند Viscous Lithography Manufacturing قادر به چاپ مواد با چگالی بالا (بیش از ۸۸ درصد) هستند که تأثیر مثبتی بر کیفیت محصول دارند. همچنین قابلیت چاپ ساختارهایی با پرینت لایه‌به‌لایه باعث همگنی و کنترل دقیق می‌شود. ابزارهای دقیق چاپ، انعطاف‌پذیری طراحی را افزایش داده و امکان نمونه‌سازی سریع و تجاری‌سازی را فراهم می‌آورند.
