تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في الطاقة الكهربائية

أضحت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من المفاهيم التي لاقت رواجًا في استخدامات الثورة الصناعية الرابعة، وهي بناء منتج ثلاثي الأبعاد من نموذج رقمي عبر مجموعة متنوعة من العمليات سواءً ترسيب المواد أو ضمها أو ترسيخها، وتنشيء هذه الطباعة طبقاتٍ من المواد لإنشاء منتجٍ ثلاثي الأبعاد، وهذا هو عكس عمليات التصنيع الاسقاطية أو الطرحية (التقليدية). لقد بدأ الاهتمام بالطباعة ثلاثية الأبعاد منذ ستينيات القرن الماضي، ولكن الظهور الأول لهذه التقنية كان في الثمانينات، عندما حصل تشاك هال، مخترع أمريكي، على أول براءة اختراع على طابعته وقام حينها بتصميم وطباعة كوب صغير. ويتم إنشاء المنتجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد من ملف رقمي وطابعة تضع طبقات متتالية من المواد حتى يكتمل المنتج، وكل طبقة عبارة عن مقطع عرضي رفيع من المنتج الفعلي. إن معظم المواد المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد هي من اللدائن الحرارية وهي نوع من البلاستيك الذي يصبح سائلا عند تسخينه ولكنه يتصلب عندما يبرد ولا يضعف بعدها، ولكن قد تجد لنا التقنيات الحديثة مواد جديدة يمكن طباعتها ثلاثية الأبعاد.
إن هناك عديد من القطاعات والصناعات التي قد تستخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد بما في ذلك الطاقة والتطبيقات الطبية وطب الأسنان والفضاء والدفاع والسيارات والسلع الاستهلاكية والمنتجات الشخصية والتطبيقات الصناعية والفضاء الجوي والتشييد والبناء والرعاية الصحية والتعليم والأبحاث والطيران والسفر إلى الفضاء والملابس والأزياء وفنون الطعام والطهي وغيرها. إن توفير التكلفة تمثل إحدى المزايا الأكثر وضوحًا للطباعة ثلاثية الأبعاد وكذلك تخصيص احتياجات فريدة من نوعها لكل فرد أو شركة، إضافة إلى تنوع المنتجات حسب الطلب والصناعة. وتعد سرعة النماذج الأولية من الطباعة ثلاثية الأبعاد أمرًا ملفتًا، ولا ننس تقليل النفايات من تصنيع النماذج على عكس عمليات التصنيع التقليدية، مع ميزة إضافية للطباعة ثلاثية الأبعاد ألا وهي القدرة على إعادة تدوير النماذج. وتتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد الإنتاج حسب الطلب ما يلغي الحاجة إلى مخزونات كبيرة ويسمح كذلك للشركات بإنتاج وطباعة ما هو مطلوب منها فقط. في 2023، بلغ حجم سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمية 20.7 مليار دولار ومن المتوقع أن يصل إلى نحو 98.3 مليار دولار بحلول 2032. ومن المحتمل أن ينمو سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمي بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 18.9 % في الفترة من 2023 إلى 2032.
ومن الجدير بالذكر أن تكلفة الطباعة ثلاثية الأبعاد يمكن تصل إلى آلاف الدولارات حيث يصعب الحصول على التكلفة الدقيقة بدون نموذج أولي إضافة إلى نوعية المواد المستخدمة ودرجة تعقيد النموذج والعمالة الماهرة.
وفي مجالات تطبيقات الطاقة الكهربائية، تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد بمثابة فحص شامل ومتطور لكيفية استخدامها لتصنيع الأجهزة المعقدة في قطاع الطاقة الكهربائية. ويوجد مناقشات علمية وعملية حول الطباعة ثلاثية الأبعاد لأجهزة الطاقة الكهربائية بما في ذلك البطاريات والألواح الشمسية الكهروضوئية وتوربينات طاقة الرياح والمفاعلات النووية وخلايا الوقود والآلات الكهربائية الحرارية وتقنية احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه وقطع الغيار اللازمة لمكونات الشبكة الكهربائية: التوليد والنقل والتوزيع.
ويمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تؤدي دورًا مهمًا في تسريع التحول إلى مصادر الطاقة المتجددة، بدءًا من تطوير نماذج أولية فعالة من حيث التكلفة وحتى تحسين الكفاءة والتخصيص. ختاما، إن أحد الحلول لاستدامة الطاقة الكهربائية لهو المضي قدمًا نحو تبني تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، لأنه يوفر بديلاً عمليًا لعمليات التصنيع التقليدية، ومع ذلك يوجد قيود حقيقية لهذه التقنية في الطاقة الكهربائية مثل القيود المادية وتوسيع نطاق الإنتاج والمخاوف التنظيمية والسلامة والملكية الفكرية وتوحيد المواصفات والمقاييس.