تكنولوجيا الطباعة الثالثة الناشئة مكونات الأشعة الشمسية العرفية

التكنولوجيات الإضافية الأساسية المطبقة على المكونات الشمسية

وهناك عدة عمليات للطباعة من 3D أصبحت الآن ناضجة بما يكفي بالنسبة للأجزاء الشمسية الوظيفية، حيث توفر كل تكنولوجيا مبادلات متمايزة بين التكلفة، والتسوية، والخصائص المادية، والحجم.

Fused Deposition Modeling (FDM) for Structural Mounts

وتُحدث هذه المادة على نطاق واسع طبقاً لطبقة التليفزيون الحراري، وهي أكثر عمليات التسمية المتاحة وأكثر فعالية من حيث التكلفة، أما بالنسبة للصفائف الشمسية، فإن الديموغرافيا تناسب تماماً العناصر الهيكلية الكبيرة وغير المحملة مثل صينات الكابلات، ومشابكات الألواح الشمسية، والأغطية الواقية من الكبريت، ومركبات الكربون المتعددة، وأجهزة التحلل الحراري، فهي توفر مقاومة قوية.

أشعة السيولثية (SLA) لتصوير البصريات والدواميس

وتستخدم هيئة تحرير السودان جهازاً للليزر لعلاج راتنجات البوليمر السائلة في طبقات صلبة، وتحقيق تفاصيل دقيقة للغاية وسقف سلس، وبالنسبة للصفائف الشمسية، فإن هذا الدقة مثالي لصنع عناصر بصرية مثل عدسات النفق لتركيز المواد الفولطية الضوئية، والأغطية الزجاجية الخفيفة، أو الكبسولات ذات النسيج المصممة، ويمكن جعل أجزاء من نظام SLA شفافة أو عابرة بدرجة عالية من الوضوح.

قطعان لاسر انتقائية من أجل أداء وظائف دائمة

وتنتج صمامات النايلون أو البوليميد المسحوق بالليزر، مما يخلق أجزاء قوية وهزائية دون الحاجة إلى الدعم، مما يجعل من المثالي إنتاج كميات من الجيولوجيا المعقدة مثل هياكل التذاكر لبواليع الحرارة أو الأطار الخفيفة، ويمكن أيضاً أن تُصنع من أجهزة التتبّع ذات الصبغة الثابتة، من مواد مُحدّدة للتحكم بالشعلة، متوافقة مع معايير الأشعة فوق الطول.

Multi Jet Fusion (MJF) for High-Volume Production

وتبني تكنولوجيا الطاقة الشمسية المتوسطة الحجم أجزاء من خلال صمامات مسحوقية ذات عوامل الصمامات والتفصيل، وهي توفر سرعة مطبوعة أسرع من SLS، وممتلكات آلية أكثر اتساقا، وبالنسبة للصفائف الشمسية، تستخدم وزارة الطاقة المتجددة بشكل متزايد في إنتاج صناديق التقاطع العادم، ووصلات الكابلات، ومساكن اللافقاريات، وتدعم التكنولوجيا طائفة متنامية من البوليميديات الذهبية، بما في ذلك شركات الخرسانة المعززة.

كتابات وطباعة مباشرة للكترونات المدمجة

وبالإضافة إلى الأجزاء الهيكلية، فإن الطباعة المباشرة للثعابين السامة تتيح الاختلاق المضاف تماماً للأثريات الكهربائية والصفائف المجسّدة مباشرة إلى المكونات الشمسية، ويمكن لهذه التكنولوجيا أن تطبع دوائر فضية أو نحاسية على مواضع فرعية مرنة، وتدمج أجهزة التفافية، أو أجهزة التحكم بالصدمات الحرارية، أو أن ترصد الدائرة في الهيكل المتصاعدي نفسه.

أداء المواد

ويتوقف الأداء الميكانيكي والكهربائي لعنصر شمسي مطبعه 3D اعتمادا كبيرا على اختيار المواد، وقد شهدت السنوات الأخيرة ارتفاعا في الأصفاد المتخصصة والمسحوق المصممة للاستخدام الخارجي.

مركبات حرارية ثابتة ويمكن استنشاقها

وتتدهور معدلات البوليسترات الموحدة وجيش تحرير السودان بسرعة تحت ضوء الشمس، وتحتفظ درجات ثابتة جديدة مثل ASA (الإطارات الطاردة للآلات الخرسانية) والمركبات القائمة على تعدد البيرولين باللون والسلامة الميكانيكية لعدة عقود في الهواء الطلق، ويجري أيضا تطوير مواصفات رئيسية إضافية تحتوي على مواد نانوية مقفلة أو سوداء من الكربون.

Polymers of Conductive and Dielectric Polymers for Electrical components

وتسمح الأفلام التي تُبث بالغرافيين أو نانووب الكربون أو الجسيمات النحاسية بطباعة الآثار الكهربائية مباشرة، وتستخدم هذه المواد في الحافلات المطبوعة والموصلات والعناصر الأرضية، وفي حين أن سلوكها أقل من النحاس النقي، فإنها كافية للإشارة المنخفضة القوة وخطوط الطاقة الثانوية، كما أن تركيب الديليكتات ذات القوة الغذائية العالية متوفرة لخلق صفائف متعددة.

Ceramic and Metal Additives for Extreme Environments

وبالنسبة لنظم الطاقة الشمسية المركزة التي تعمل بدرجات حرارة تتجاوز 500 درجة مئوية، يمكن طباعة مضخات للصور المُلَفَّلة بالدمغات والساحات المعدنية المُلزَمة، ثم تُنصب إلى أجزاء كثيفة تماماً.() وتُستخدم مكوّنات الزركونيا والألومينا في المرايا الساخنة، والمستقبلات الشمسية، والمكونات الحرارية.()

التصميم الأمثل والأعباء

فالصناعة المضافة تتيح تصميم حرية غير مقيدة بالتأثيرات التقليدية، فالتأثير الأمثل، والتصميم المولد، وهياكل التصفيق تسمح للمهندسين بتقليل المواد إلى أدنى حد، مع زيادة الشدة أو نقل الحرارة إلى أقصى حد، ويمكن أن يؤدي وجود طحالب شمسية إلى خفض الوزن بنسبة 70 في المائة مع الحفاظ على القدرة على الحمل، وهذا لا يوفّر تكلفة المواد فحسب بل أيضاً تركيبات عوامل مرنة، حيث يمكن للعمال معالجة السائل الأشعة.

التكامل بين عدة جهات

ومن خلال دمج أجزاء متعددة في جمعية مطبوعة واحدة، يقلل نظام إدارة المواد الكيميائية من نقاط العمل والفشل، ويمكن أن تجمع بين قوسين، ومشبك كابل، وممر سلك، ومصفوفة للوصلات الحرارية، وتُدرج في إطار الطباعة، تُمهد عمليات التطهير بعد الترسبات، وتستخدم بعض الجهات المصنعة 3D الطباعة لإنشاء نظم تركيب ذاتية تعمل دون سرعة.

التصميمات الخاصة بالتكامل المعماري

وتعتمد المهندسون والمهندسون أدوات تصميم متماثلة تولد تلقائيا أطراً عرفية تضاهي خضم فناء المبنى أو سقفه، وتطبع هذه الأطر بناء على الطلب، وتتجنب إهدار عمليات التهجير الموحدة التي تصلح، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يكون للزجاج الشمسي على مرآب السيارات أعمدة دعم عضوية وفرعية مطبوعة من نظام PET المعاد تدويره، مما يقلل الكربون المجسد بينما يوفر الظل والطاقة.

دراسات الحالة: طبع 3D في العمل

Rooftop Mock-Up for Low-Income Housing

وفي مشروع تجريبي تدعمه وزارة الداخلية، استخدم جهاز لا يهدف إلى الربح في موقع أوستن لطباعة 200 معقوف مركب حسب الطلب من أجل شمسي السطح على مجمع سكني متعدد الأسر، وقد أدمجت قوسين قنوات أسلاك متكاملة وتصميم مصفوفات تقلل من وقت التركيب من 4 ساعات إلى 2.5 ساعة لكل لوحة، وأُجريت الأجزاء المطبوعة من البوليثيلين المعاد تدويره، مما أدى إلى تحويل النفايات من مواقع دفن القمامة.

تركيز المشاهدين الفولطية

وقد استخدم اتحاد أبحاث ألماني جيش تحرير السودان في نسيج مجموعة 10x10 من عدسات الوصلات الصغيرة جداً لنموذج متطور جداً، وركز ضوء الشمس على خلايا الغازات 1 ملم2، مع زاوية قبول 1.5 درجة، وثبتت العدسة المطبوعة كفاءة بصرية تبلغ 92 في المائة مقارنة بنسبة 94 في المائة بالنسبة لسيد ذي اتجاه ألماسي، وبدرجة حرارة متفاوتة من التكلفة.

العناصر المجهرية للجماعة غير الحكومية

وقد نشرت مجموعة من المقاطع في الهند التي تحمل طباعة SLS وأجهزة الكشف عن المحارم الشمسية التي تخدم القرى الريفية والتي كانت تعمل في الخارج، وكانت هذه الأجزاء مصممة لتكون مقاومة للمياه ومقاومة للتراب (IP65) وشملت غلاندات الكابلات المُبنى، كما أن استخدام الصناعة المضافة سمح للشركة بأن تنتج بوارب صغيرة مصممة خصيصا لمختلف أنواع الألواح دون أن تكون هناك أرقام مرئية.

التحديات والنظر في المسألة

وعلى الرغم من التقدم السريع، يجب التصدي لعدة حواجز من أجل اعتمادها على نطاق واسع.

مدة الخدمة الطويلة الأجل والإجازة

وسجلات البوليمرات ذات الصبغة 3D محدودة في الهواء الطلق، إذ إن الإشعاع فوق البنفسج، واستيعاب الرطوبة، والتدوير الحراري يمكن أن يسبب ازدحاماً أو قذفاً أو تطهيراً، كما أن معايير الصناعة مثل نظام UL 1703 (لوحدات مجهزة بالأشعة فوق البنفسجية) والرقم 61215 لم تعالج بعد بشكل كامل عناصر الإدارة، مما يجعل التصديق على عقبة.

Build Volume and Throughput

ومعظم الطابعات من طراز 3D لها ظرف صغير للبناء (يحت في الغالب تحت 1 م3) حيث أن طباعة مكونات كبيرة للثكن الشمسي مثل السكك الحديدية الطويلة أو الأطار الكاملة غير عملية، فتقنيات مثل التصنيع المضافي الواسع النطاق - باستخدام الأسلحة الآلية أو نظم البدانة - يمكن أن تطبع أجزاء طويلة من الزمن، ولكنها باهظة الثمن وأبطأ من الهج المستقرة أو التدحرجة.

تعادل التكلفة مع الإنتاج الجماعي

وبالنسبة للعناصر ذات الحجم العالي )مليونات الشظايا، والأغطية، وما إلى ذلك(، يظل بيع الحقن أرخص من كل جزء.

الاتجاهات المستقبلية وخرائط الطريق

وفي المستقبل، ستعجل عدة اتجاهات بدمج الذخيرة المضادة للمركبات في التصنيع الشمسي.

Multi-Material and Graded Properties

فالطابع القادر على إيداع مواد متعددة في مبنى واحد سيمكن العناصر ذات التكتم المصنف (الحواف المثبتة للاختتام، والنواة الجامدة للقوام) أو أجهزة الاستشعار المدمجة، ويختبر الباحثون المواد ذات الرتب الوظيفية التي تنتقل من السلوك إلى العزل، مما يتيح لوحات الدوائر المطبوعة والأجزاء الهيكلية في إحدى المطبوعات.

الطباعة على الموقع للشبكة

يمكن للطابعات المتنقلة من 3D التي تُقام على مقطورات أن تنتج أجزاء مخصصة مباشرة في المزارع الشمسية، فعلى سبيل المثال، بعد أن تلحق العواصف أضراراً بالأقسام المتخصصة، يمكن للفني أن يُحمّل ملف CAD، ويختار مواد، ويُستبدل بصمة في الموقع، ويقلل إلى أدنى حد من وقت العمل، وتُعدّد البصمات التي يمكن أن تُبطل من أطر اللوحات الشمسية المعاد تدويرها أو زجاجات التي تُ، مما يُخلق اقتصاداًاًاًاًاًاً دائرياً.

التصميم والتصنيف على النحو الأمثل

ويمكن أن تولد الخوارزميات التعليمية الآلاتية تصميمات للطباعة تتوازن بين الوزن والقوة والسلوك الحراري، كما أن منظمة العفو الدولية تُفضي إلى الطريق المطبوع للحد من السطوع والبناء السريع، وهذه الأدوات، مجتمعة مع التوأم الرقمي للصفيفة الشمسية، ستمكن من إجراء تعديلات في الوقت الحقيقي على بارامترات التصنيع.

خط القصيد

فالصناعة المضافة ليست مقياساً للمعدات الشمسية - بل هي طريقة عملية ومتزايدة الجدوى لإنتاج عناصر مصممة خصيصاً لتحسين الكفاءة، وخفض التكلفة، والتعجيل بالنشر - ومن صفائف العدسات المطبوعة إلى مجموعات مجهزة بالفوائد، فإن التكنولوجيا تحقق بالفعل فوائد حقيقية، ونظراً لأن التقدم في علوم المواد والطابعات يصبح أكثر قوة، فإن اليوم ليس بعيداً عندما يكون كل تركيبة شمسية تضم جزءاً واحداً من المطبوعات الشمسية، مصممة بالفعل، والمنتجة خصيصاً.

External Resources:]