الولايات المتحدة تواجه تحديات صناعية، ومختبر أوك ريدج يروّج للتقنيات المتقدمة في التصنيع لإصلاح سلاسل التوريد

يقوم مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) وشركاؤه في الصناعة بنشر تقنيات تصنيع متقدمة، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد الثقيلة والأتمتة المدعومة بالذكاء الاصطناعي، لإصلاح مشاكل سلاسل التوريد الصناعية في الولايات المتحدة. على سبيل المثال، في منشأة متقدمة في ولاية تينيسي، يقوم روبوت بثلاثة أذرع يُدعى MedUSA بتجميع وعاء ضغط نووي بحجم ثلاثة في خمسة أقدام، وذلك بتوجيه الفولاذ المنصهر. وفي مكان قريب، هناك نموذج كبير لحاجز صدمات يبلغ طوله 12 قدمًا، مصنوع من بلاستيك قوي بدلاً من الخشب التقليدي. هذه كلها اختبارات واقعية لمستقبل الصناعة في الولايات المتحدة.

يواجه القطاع الصناعي في الولايات المتحدة عقبات تشغيلية كبيرة ناجمة عن سلاسل توريد غير منتظمة ونقص في العمال المهرة، مما يتسبب في تأخيرات شديدة في مجالات البنية التحتية مثل المياه والطاقة، حيث قد يتجاوز الوقت اللازم للحصول على مكونات مخصصة رئيسية الآن أكثر من عشر سنوات.

هدف مؤتمر M2IND

اجتمع أكثر من 350 قائدًا في ORNL لحضور يوم الابتكار في المواد والتصنيع (M2IND). ناقشوا طرق تسريع اعتماد تقنيات التصنيع المتقدمة. هدف M2IND بسيط لكنه طموح: إزالة العوائق الإدارية والتقنية التي تبطئ التقنيات المتقدمة، وتحويل انفراجات المختبر إلى واقع في المصانع قبل نفاد الوقت. قال ريان دهوف، مدير MDF: "نريد التأكد من الحصول على آراء الصناعة لتوجيه أبحاثنا، وضمان أن عمل أوك ريدج ومركز التصنيع التجريبي (MDF) ذو قيمة للمصنعين الأمريكيين، مع مراعاة سلاسل التوريد اللازمة لتجارية التقنيات الجديدة".

عرض الحدث نموذجين كبيرين لطباعة 3D لهيكل نووي. تعاون الباحثون مع جامعة مين لطباعة نموذج حاجز صدمات من بوليمر الألياف الزجاجية. يحل هذا المكون الكبير محل التصميم الخشبي التقليدي في حماية حاويات الوقود النووي المستنفد أثناء النقل. كما استخدم العلماء نظام روبوت بثلاثة أذرع لطباعة وعاء ضغط فولاذي به هندسة قبة معقدة. يوضح هذا المشروع كيف يمكن لتصنيع الإضافات إنتاج مكونات معدنية كبيرة غالبًا ما تواجه مشاكل في الإنتاج. تستخدم أوعية المفاعلات القياسية عمليات تزوير ولحام كبيرة، ولكنها تواجه قيودًا شديدة في القدرة الإنتاجية المحلية.

يستخدم هذا الوعاء المطبوع بتقنية 3D كحالة اختبار لتقييم ما إذا كان التصنيع الإضافي بديلاً قابلاً للتطبيق.

حاجة مرونة سلاسل التوريد

أكد المشاركون على الحاجة الملحة إلى سلاسل توريد مرنة، ومواد بديلة، واعتماد أسرع للأجزاء. كما دعوا إلى الجمع بين التصنيع والذكاء الاصطناعي، والروبوتات، والهندسة الرقمية. تتشكل شراكات جديدة بسرعة بهدف تحويل أبحاث المختبر إلى أدوات عملية للمصنعين. شارك ممثلو أربعة مكاتب لوزارة الطاقة ومسؤولون دفاعيون مع قادة في مجالات الطاقة والتصنيع والتكنولوجيا في هذا الحدث. حدد المشاركون عدة عقبات رئيسية تواجه الصناعة الأمريكية، بما في ذلك القدرة الإنتاجية المحلية المحدودة للمكونات المعدنية الكبيرة وفترات تسليم طويلة للأجزاء.

قام ORNL بتكوين شراكات صناعية رئيسية لدمج الأبحاث في التطبيقات العملية في المصانع.

ومع ذلك، كما شدد مشاركون في المنتدى، فإن طباعة جزء ما لا يمثل سوى نصف المعركة. غالبًا ما يفقد الزخم في عملية الحصول على اعتماد لاستخدامه في العالم الحقيقي. لملء هذه الفجوة، أعلن ORNL عن تعاون بحثي مع مختبر أيداهو الوطني يهدف إلى توحيد أساليب الاعتماد الرقمي في مختلف المنشآت. يأمل الباحثون في تزويد المنظمين بالبيانات اللازمة لاعتماد مكونات الطاقة النووية و3D المطبوعة في غضون أشهر بدلاً من سنوات. يخططون لتحقيق ذلك من خلال استخدام أجهزة استشعار في الوقت الفعلي، والتعلم الآلي، وخوارزميات تتبع العيوب أثناء عملية البناء.

تظهر الشراكات الجديدة مع عمالقة الطاقة مثل SLB وKairos Power اتجاهًا واضحًا للتقدم. تسعى الولايات المتحدة جاهدة لإعادة بناء قاعدتها التصنيعية المحلية، بدءًا من العمل في المختبر.

التحديات الرئيسية لإعادة بناء الصناعة الأمريكية

يواجه القطاع الصناعي في الولايات المتحدة تحديات كبيرة في سلاسل التوريد، مما يؤثر ليس فقط على كفاءة عمليات التصنيع ولكن أيضًا على تأخيرات في بناء البنية التحتية. جهود مختبر أوك ريدج الوطني، خاصة من خلال تقنيات التصنيع المتقدمة مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد، تظهر إمكانات التحول. وفي الوقت نفسه، فإن التأكيد على الحاجة إلى مواد بديلة واعتماد أسرع للأجزاء يبرز هشاشة النظام البيئي الصناعي الحالي. من خلال بناء شراكات صناعية رئيسية، يأمل ORNL وشركاؤه في تسريع هذا التحول، وبالتالي تعزيز القدرة التصنيعية الأمريكية وقدرتها التنافسية.