AISC Code and the Evolution of Steel Fabrication: The Path to 3D Printing

وقد ظل قانون المعهد الأمريكي لتشييد الصلب يشكل منذ وقت طويل العمود الفقري للهياكل الصلبة الآمنة والموثوقة في جميع أنحاء الولايات المتحدة، حيث أن معاييره الصارمة تحكم كل شيء من اختيار المواد إلى تصميمها، وإجراءات الفرز، ومراقبة الجودة، وقد اعتمد على عقود من صناعات صناعة الصلب المثبتة والمهندسين والمتعاقدين على معايير لتسريع المباني الصناعية [FLT]:

وتستكشف هذه المادة التقاطع بين إدارة لجنة الإشراف على التنفيذ المشترك واعتماد الطباعة بثلاثة دائـم في صنع الفولاذ، وندرس دور المدونة كوصي على الممارسة التقليدية، وحافز محتمل للابتكار، ثم نورد بالتفصيل السبل التي تبرز بها الصناعة المضافة تصميم العناصر وسلاسل الإمداد وسير العمل في مجال البناء، ونحدد العقبات التقنية والتنظيمية المحددة التي يجب معالجتها قبل أن يتم تحديد المشاريع الجديدة ذات الطابع المتوافق مع المعدني.

قانون تنظيم الأسرة: معيار معيشة لبناء الصلب

ورمز الرابطة ليس وثيقة ثابتة، ومنذ صدور طبعتها الأولى في عام 1923، أجريت عشرات التنقيحات لتضمينها أوجه تقدم في الميكاليورج، والتحليل الهيكلي، ومعدات الصنع، واليوم، تغطي مجموعة المواد 360-22 (طبعة 2022) حدود تصميم الولايات، ومقاومة الحرائق، والأداء السيزمي، وبرامج ضمان الجودة.

لماذا قانون التكنولوجيا الجديدة

وقبل أن تستخدم أي طريقة جديدة للتصنيع في مبنى من الصلب الهيكلي، يجب أن يسمح قانون لجنة الإشراف صراحة بذلك أو يوفر وسيلة بديلة لإثبات التكافؤ، وهذا ليس حاجزا بل ضمانا ضروريا، فاللغة القائمة على الأداء في المدونة، مثل اشتراط أن " يكون قوام تصميم كل عنصر مساويا للقوام المطلوب أو يتجاوزه " ، وأن يستوفى المهندسون غير المتجانسين، وأن يستوفوا شروط الاختبار، والتحليل، والمنتجون عن طريق الأقران.

كما تنشر لجنة الإشراف على النقل البحري " مجموعة من الممارسات الموحدة لتشييد البنايات والجسور " التي تنظم التسامح وتسلسل التصريف واستعراض سحب المتاجر، وأي تغيير في أساليب الصنع يجب أن يكون متوافقا مع هذه القواعد العملية، فعلى سبيل المثال، قد تكون للقطع المصممة على ثلاث د.

كيف هو طباعة 3D

ويشمل طباعة المميت 3D عدة تكنولوجيات متميزة: دمج أسرة المسحوق، وترسيب الطاقة الموجه، وهروب المزودين بنات، وكل منهما لديه قوة فريدة للتطبيقات الهيكلية، وينتج الصندوق مكونات دقيقة ذات نهاية سطحية ممتازة، ولكنها محدودة بحجم حجرة البناء، ويمكن للأجهزة المدمجة، التي تستخدم نظماً ذات فتحات سلكية، أن تطبع أجزاء كبيرة من التجهيز في وقت فرعي.

In steel fabrication, the most promising near-term applications are not entire beams or columns (which are efficiently rolled) but complex connection nodes, [FldT:2]]bracket assemblies,

أمثلة عالمية ومشاريع رائدة

وقد أثبتت عدة مشاريع تاريخية جدوى الصلب المطبوع في التطبيقات الهيكلية، ففي عام 2020، قام برنامج البحوث التابع للرابطة الدولية للصناعة التحويلية/الطباعة الفلزية (FLT:1] بتمويل دراسة عن صناعة الإضافة اللاسلكية والخرسانية لوصلات الفولاذ، حيث طبع الباحثون في جامعة ميتشيغان في شكل كامل من أشكال الطباعة من الأشعة إلى الكيماوية وختبروا الجزء المحتوي على سعة من الدراجات.

وفي الولايات المتحدة، طبعت Department of Energy’s Oak Ridge National Laboratory ) عقدا هيكليا لبناء مظاهرات في حرمها، ورصدها بمستشعرات مدمجة، وتلبي هذه المراكز الممتلكات الميكانيكية التي يتطلبها فولاذ A992، وهو أكثر الرتب شيوعا بالنسبة للتشكيلات الهيكلية.

التحديات التقنية في مجال الامتثال للقانون

ويتطلب اعتماد الطباعة بواسطة 3D في إطار لجنة الإشراف على التنفيذ معالجة عدة مسائل تقنية لا تغطيها المعايير القائمة تغطية كاملة.

جيم - تغير الممتلكات المادية

أما الأشكال الفولاذية المتجددة فتتميز بخواص متجانسة ومتجانسة على طولها ومن خلال السميك، وعلى النقيض من ذلك، يمكن أن تظهر أجزاء مطبوعة، قوة غير متماثلة في مجال التحلل، وقابلية للاختبار في اتجاه البناء مقابل الاتجاه العكسي، كما أن عوامل التكييف المختلط، ومعدلات التبريد، والترابط بين كل ما يؤثر على الهيكل الجزئي النهائي.

الاعتبارات المتعلقة بالاحتيال والاختلال

وتخضع هياكل فولاذية كثيرة، ولا سيما الجسور والرافعات، لتحميل الأعاصير، وتُخصص أحكام اللجنة الاستشارية لشؤون الفضاء الخارجي (التذييل 3 من لجنة الصناعات الفضائية الدولية 360) فئات ضغط على تفاصيل تستند إلى أسلوب الهندسة والتصنيع، وقد يكون السطح المطبعة 3D خام أو حادا من إزالة الدعم التي تقلل من حياة السطح الدهون، وإلى أن يتم وضع إجراءات موحدة لإنهاء سطح الأرض ودروس نوعية، يجب على المصممين أن يطبقوانيا معا.

التفتيش وضمان الجودة

وتعتمد عملية نسيج الفولاذ التقليدي على أساليب الامتحان غير التدميري الجيدة: التفتيش البصري، والاختبارات فوق الصوتية، والجسيمات المغناطيسية، والاختبار الإشعاعي، وقد وضعت هذه التقنيات لللوحات الصنعية المتجانسة والملفوفة والحامل، ويمكن أن تكتشف الخلل الداخلي أو عيوب الأشعة في طريقة الأشعة السينية.

فرص الابتكار والاستدامة

وعلى الرغم من العقبات، فإن الفوائد المحتملة لإدماج الطباعة بواسطة ثلاثية الأبعاد في المشاريع التي تحظى بموافقة لجنة الإشراف على التنفيذ المشترك كبيرة.

النفايات المخفضة من المواد

وكثيراً ما يولد التفريغ التقليدي للصلب نفايات من قطع الأطباق إلى شكل أو من قطع صلبة إلى أقواس معقوفة.() والطباعة 3D هي مادة مضافة لعملية - عملية لا تُودع إلا عند الحاجة، وبالنسبة للأجزاء المنخفضة التعقيد، فإن الحد من النفايات يمكن أن يكون 30 في المائة إلى 60 في المائة مقارنة بالطرق المضغية، وهذا يتوافق مع تركيز صناعة البناء المتزايد على خفض حجم الكربون المجسد.

جداول التشييد المعجلة

ويمكن للطباعة ٣ دال أن تضغط على أوقات القيادة بالنسبة للعناصر التقليدية، وبدلا من انتظار مؤسس لطرح عقد أو آلة تابعة للجنة الوطنية المركزية لإخراج معقوفتين معقوفتين، يمكن للمصنع أن يبدأ الطباعة بمجرد الموافقة على النموذج الرقمي، أما بالنسبة للمشاريع التي لها معالم ضيقة - مثل الملاعب، أو محطات المطارات، أو نظم الهياكل الأساسية ذات الاستجابة السريعة - يمكن أن تنقذ مراحل مدو َّنة قواعد الممارسة الموحدة.

الحرية المعمارية

وربما يكون الأثر الأكثر وضوحا هو حرية التصميم، إذ أن العناصر الأساسية أو الفرعية أو الصلبة التي تعتمد على التكتل والتي تكون باهظة التكلفة لصنع الأساليب التقليدية تصبح مجدية اقتصاديا، ويمكن للهندسين والمهندسين أن يتعاونوا من أول مفهوم لتصميم روابط تعبر بصريا عن القوى الهيكلية، ولا ينص قانون لجنة الإشراف على السلع الأساسية على التركيبات، بل يحدد متطلبات الأداء فحسب، وبالتالي فإن أي شكل يمكن أن يظهر ليفي بمعايير القوة والصلاحية الخدمة.

مسارات اعتماد المدونة

(ج) دمج الطباعة 3D في النظام الإيكولوجي للجنة الإشراف على المنافسة هو جهد متعدد السنوات يشمل عدة منظمات، وتحتفظ لجنة المواصفات التابعة للجنة الإشراف على تطبيق معيار التصميم الأساسي، وفي إطار نظام الرصد الدولي، بدأت لجان العمل مثل TC 13 (Research) و(Connections) مشاريع لوضع توجيهات لقياس الإضافة إلى التصنيع، وفي موازاة ذلك، تقوم المنظمة الدولية لصناعة المواد الكيميائية بوضع معايير لمسحوق المعادن وقطع الغيار المطبوعة (e).

دور التصديق والخبرة

ومن المحتمل أن تشترط لجنة الإشراف على الإنتاج الصناعي الدولي للمصانع اعتماداً طوعياً، ولكن يكلفه المالكون والمواصفات بصورة متزايدة، ومن أجل قيام مصنّع بتقديم خدمات الطباعة 3D في إطار تصديقها، أن تكون هذه المجموعة بحاجة إلى برنامج مستقل للتأهيل يتناول موظفي الإنتاج المضافة، ومعايرة المعدات، وقابلية التعقب المادي، وقد بدأ بالفعل في العمل مع جامعات البحوث.

الدمج غير القانوني ضد الاندماج

أما المسار القريب من الأجل الأوضح في ] التكامل التدريجي : استخدام الطباعة 3D للعناصر غير المحملة (الزيارات الثابتة، والأقواس المعقوفة، ودعم النسيج المعماري) للحصول على الخبرة قبل الانتقال إلى المكونات الهيكلية الرئيسية، وبعد وجود مجموعة كافية من البيانات الاختبارية، والخبرة الميدانية، وبروتوكولات التصنيع الكاملة، يمكن أن يصدر هذا الإضافة دليلاً للتصميم.

التعاون في مجال الصناعة والتوقعات المستقبلية

وتتوقف سرعة الاعتماد على مدى فعالية مشاركة أصحاب المصلحة في البيانات والدروس المستفادة، وتستضيف اللجنة مؤتمرات سنوية، ومحاضرات على شبكة الإنترنت، واجتماعات للجان حيث يقدم المصنّعون والمهندسون والباحثون النتائج.() وفي عام 2023، أطلقت اللجنة الدولية لاستكشاف الفضاء الخارجي مركز موارد تصنيع مضاف مكرس [() ومنتجات إنتاجية ([FSC:1]) على موقعها الشبكي، وهو يُجمع دراسات الحالات الإفرادية، والمواصفات، ويضيف الطلب إلى الصناعة.

وفي الوقت نفسه، يقترح إدخال تغييرات على مدونة البناء الدولية للاعتراف صراحة بمجموعات الصلب المطبعة بثلاثة دمار، لأن الهيئة تشير إلى أن هذه التغييرات ستنتشر إلى رموز الولايات والمدن المحلية، وقد حصل المتبنون المبكرون في سياتل وشيكاغو بالفعل على موافقة خاصة على التفتيش فيما يتعلق بالأقسام الصلبة المطبوعة في التطبيقات غير الهيكلية، مما يضع سوابق يمكن الاستشهاد بها في مشاريع لاحقة.

التعليم والتدريب

ولكي تطبق هذه المدونة تطبيقا فعالا، يجب أن تفهم القوة العاملة تصميم الصلب وعملية الإضافة، وبدأت الجامعات في إدراج وحدات تصنيع إضافية في مناهجها الهندسية الهيكلية وإدارة التشييد، وتقدم مؤسسة التعليم التابعة للجنة الدعم الدولية منح دراسية للبحوث في وصلات الصلب المطبوعة، وعلاوة على ذلك، يمكن الآن الحصول على ساعات التطوير المهني لتجديد المعدات الحاسوبية من خلال مراكز التدريب على شبكة الإنترنت التابعة للجنة في 3 دال.

خاتمة

إن مدونة قواعد السلوك في مجال تكنولوجيا المعلومات ليست عقبة أمام الابتكار؛ فهي إطار يضمن السلامة مع السماح بالتطور التكنولوجي المسؤول. فالطباعة 3D توفر مزايا ملموسة في التعقيد والكفاءة المادية والتعجيل في الجدول الزمني، وتعمل الأوساط الهندسية واللجان المعنية بالشفرة والمصانع بنشاط على إدماج الصناعة المضافة في المعيار القائم دون المساس بالموثوقية أو الموثوقية، وفي العقد القادم، يمكننا أن نتوقع أن نرى أجهزة الإرشاد في مجال تصميمات المتعلقة بالنظم الإيكولوجية والمصممة والمصممة والمصنوعات.

إن بناء الصلب كان دائما ميدانا يفي فيه التقاليد بالتقدم، وقد كان رمز الرابطة بمثابة الجسر بين الصناعات القديمة والصناعات الحديثة، والآن، فإن الطباعة بثلاثة د تدفع ذلك الجسر إلى أبعد من ذلك إلى مبيد العصر الرقمي حسب الطبقات، وجزء من الآخر، وممتثل للرمز منذ البداية، وبإدخال اختبارات صارمة، ووضع معايير تعاونية، والالتزام بالتصميم القائم على الأداء، يمكن للصناعة أن تُفتح مستقبلا لا تكون فيه المكونات الصلبة الأكثر تعقيدا.