?

ייתכןששמעתםעלהדפסהבתלתממד——דרךחדשהלייצרדבריםשאנומשתמשיםבהםביומיום。הדפסהבתלת——ממדיכולהלשמשליצירתצעצועים,מזון,איבריםאנושייםועוד!מדפסותתלת——ממדמזריקותהחוצהשכבותשלחומרכמולמשלפלסטיק,מתכת,אועץ,כדיליצוראובייקטתלת——ממדי。האםידעתםשהדפסהבתלת——ממדמשמשתגםלבנייתבתים,משרדים,ובנייניםאחרים吗?השיטהשלבנייהבאמצעותהדפסהבתלת——ממדהומצאהבשנת1998年אךהתפתחהמאודבחמשהשניםהאחרונות。בנייהבאמצעותהדפסתתלת——ממדמזריקהחומריבנייןכמובטוןכדיליצורקירות;רכיביםכמולמשלקורותועמודים,ואפילובנייניםשלמים。איןגבוללסוגיםולצורותשלמבניםשאפשרליצורבאמצעותהדפסהבתלת——ממד(איור1)．

ישנםמדעניםשמעונייניםלבססמושבותומבניםקבועיםבחלל,למקרהשהמשאביםעלפניכדורהארץייגמרו。מבניםשעשוייםלהיותשימושייםבחללכולליםמקלטים,האנגריםשלמעבורות,כבישים,משטחינחיתהוהמראהוקירותשמגיניםמפניפיצוצים[1］．ככלשבניאדםישהוזמןרביותרבחלל,עשוייםלהידרשמבניםמורכביםיותרלרבותמעבדותמחקר,מחסנים,חממותומבניםארוכי——טווחאחרים。

להדפסהבתלת——ממדבחלליששנייתרונותמשמעותייםבהשוואהלבנייהמסורתית。ראשית,ניתןלהדפיסבנייניםבאמצעותחומריםשנמצאיםבחלל,כמואבניםמרוסקותואבק。שנית,הדפסהבתלת——ממדמצריכהמספרקטןשלעובדים,אםבכלל。משמעותהדברהיאשמושבותיכולותלהיותמוכנותלכניסתםשלאסטרונאוטיםאפילולפניהגעתםלחלל。

חומריםבחלל:אבןירחועוד

מעבורותחללורקטותחללמכילותמקוםמוגבללמטען,ואינןמשוגרותלעיתיםקרובות,לכןשליחתאספקהלחללהיאיקרה。למעשה,העלותשלשליחתאספקהלמאדיםמגיעהעדמיליוןדולרלקילוגרםאחד[2] !מסיבהזו,בנייהבאמצעותחומריםמהחלליכולהלחסוךמיליארדידולרים。שלושהחומריםשכיחיםבחללהםרגוֹליט，בזלתוגופרית（איור2)．מדעניםעובדיםעלפיתוחטכנולוגיהשתוכללאסוףאתהחומריםהאלה,ולעבדםלצורכיבנייה。

רגוליטהיאשכבהשלאבןמרוסקתואבק,שמיוצרתעלפניהשטחשלהירחאחרימאותשניםשלפגיעותמיקרו——מטאוריטים。היאהחומרהפשוטוהשכיחביותרשמשמשבבנייהבאמצעותהדפסתתלת——ממדבחלל。בזלתהיאאבןגעשית,כלומרנוצרהבמהלךזרימהשללָבָה。היאמרכיבהכ-26%מפניהשטחשלהצדהקרובשלהירח。בזלתעמידהבפניקרינתהשמש,ויכולהלשמשלבנייתמבניםשמופעלעליהםלחץ。גפרידים。לעיתיםהיאמשמשתבבטוןכדילסייעלרכיביםאחריםלהידבקטוביחד。

ינםרלל。אולם,חומריחיזוקכמולמשלפלדה,אינםשכיחיםבחלל。עלכדורהארץ,פלדהמספקתלבנייניםכוחנוסףשמסייעלהםלעמודבפניכוחותמתיחה．בליפלדה,מבניבטוןעלוליםלהיסדקולהישבר。במטרהלהפחיתאתהצורךבפלדה,אפשרלעצבבנייניםכךשיתבססועלדחיסה［3.］．ד表哥表哥יס表哥表哥י表哥表哥פך表哥表哥י表哥表哥。היאמתרחשתכאשרבטוןמועמסבמשקלונדחס(נלחץעלידיהמטען)。שתידוגמאותלעיצוביםמבוססידחיסההןקשתותוכיפות。

איור3מראהכיצדקורתבטוןמחוזקתיכולהלחוותגםדחיסהוגםמתיחה。קורותהןחלקבסיסיבבנייניםרבים,והןתומכותבמשקל,כמורצפות,גגותואנשים。מאחרשכוחהכבידהשלהירחחלשב-83%מכוחהכבידהשלכדורהארץ,מבניםבחללחשופיםלכוחותמתיחהודחיסהפחותיםיותר。זהמאפשרלמהנדסיםלהדפיסמבניםקליםודקיםיותר,ולהשתמשבפחותחומרים[3.］．

בנייהבאמצעותמדפסות,לטובתבניהאדם

הדפסהבתלת——ממדיכולהלשמשלבנייהמראששלמושבותעלהירחועלמאדים,אפילולפניהגעתםשלבניאדםלשם,באופןשמסייעלהגןעלאסטרונאוטיםבהגיעםלחלל。לדוגמה,בנייניםמגיניםעלאסטרונאוטיםמפניקרינתשמשופסולתחלל。מבניםדחוסיםיכוליםלשמשלאסטרונאוטיםמקוםלחיותולעבודבו,בלילהזדקקלחליפותהחללשלהם。

שלאכמופועליםאנושיים,מדפסותאינןזקוקותלאוויר,למים,אולמזון——זהחוסךכסףומקלעלבנייהבחלל。מדפסותאףלאצריכותלעצורכדילנוח,ולכןהדפסהבתלת——ממדיכולהלהסתייםמהריותרמבנייהרגילה。בהשוואהלבניאדם,מדפסותהןגםיותראמינותועקביות。כאשרהןמתוכנתותכראוי,מדפסותמפחיתותטעויות,מגבירותבטיחותומשפרותאתאיכותהבנייה。המשמעותהיאפחותזמןוכסףשמבוזבזיםעלתיקוןדבריםשלאבוצעוכהלכהבפעםהראשונה。

הדפסהבתלת——ממד——אתגריםופתרונות

2015年בשנתנאס”אהזמינהקבוצותמכלרחביהעולםלתחרותשלהדפסהבתלת——ממד．התחרותנקראה”אתגרסביבתהמחיהבהדפסתתלת——ממד”(3 d打印的栖息地的挑战),והיאחילקהפרסיםבשווי2.5מיליוןדולר。התחרותכללהשלושהשלבים:ראשית,כלקבוצההגישהאתתכנוןסביבתהמחיה。לאחרמכן,הקבוצותפיתחוחומריםלהדפיסאיתםבהתבססעלמהשזמיןבחלל。לבסוף,הקבוצותהדפיסובתלת——ממדאתעיצוביהןבאמצעותהחומריםשלהן。מטרתהתחרותהייתהלשפראתהאופןשבונאס”אתבנהמבניםבחלל。חלקמהרעיונותהיומוצלחיםיותרמאחרים,אךכלאחדמהרעיונותסייעלנאס”אלהביןמהעשוילעבודאולאלעבודבחלל。לדוגמה,עיצוביםשלכיפהובועהנראיםמבטיחים。קבוצותהצליחובמשימתןבאמצעותשימושבחומריםמהחללובאשפהממוחזרתבתערובותההדפסהשלהן。אתגרגדולשנאס”אתצטרךלהתמודדאיתובעתידהואסקילביליוּת(עלייהבסדרהגודל),אוהיכולתליצורמבניםבגודלמלא。 מהנדסים יודעים כי עיצובים שפועלים טוב במודלים לא תמיד פועלים טוב באותה מידה כשהם נבנים בגודל מלא. נאס''א וחברות כמו ''מֵייד אִין סְפֵּייס'' (Made in Space) עובדות על שיפור הסקילביליוּת של בנייה בהדפסת תלת-ממד.

גישהאפשריתאחרתלהדפסהבתלת——ממדבחללהיאשיטהשנקראתהדפסתקוו——מיתאר．יט。לאחרמכן,היאמשתמשתבכליפיזורשמוטמעיםבתוכה——מָרִיוֹת——כדילעצבאתהשכבותלמשטחיםחלקים。תהליךההשטחהמאפשרליצורמבניםבאיכותגימורגבוההיותר。הדפסתקוו——מיתארתפסהאתתשומתליבהשלנאס”אבשלשלושסיבותעיקריות:ראשית,היאאחתמשיטותההדפסהבתלת——ממדהמבוססותוהאמינותביותרעלכדורהארץ;שנית,היאיכולהלשמשלהדפסתהמבניםהנדרשיםבבטחהובצורהזולה;שלישית,הדפסתקווי——מתארפועלתעםחומריםשישבחלל,כמורגוליט。

אחדמצוותיהמחקררוצהלשלבהדפסהבתלת——ממדעםמערכתרובוטיתשנקראת”חוקרחוצניכל——משטחיבעלששגפיים”(运动员［4] -ראשיתיבותשל“全地形Hex-Limbed外星人探险家”)。המערכתהיא”כל——משטחית”מאחרשהיאיכולהלהתקדםעלפנימשטחיםשאינםחלקיםשלהירחושלכוכבילכת;“בעלתששגפיים”——כלומרישלהששזרועות。זרועותאלהמאפשרותלמערכתלהשתמשבכמהכליםכדילנווטולבנותרכיבים。משמעותהמונח”חוצני”היאשהמערכתמעוצבתבמטרהלהיותבשימושבחלל。היאקולטתאנרגיהמהשמשומשתמשתבהבתורמקורלאנרגיהמתחדשת。לפיכךהיאלאצריכהלהיותמחוברתלחשמל,ולאנדרשלספקלהדלקכדישתפעל。

מסתכליםקדימה

דיים。קשהלהדפיסבסביבהעםכוחכבידהחלש[1］．המדפסותצריכותלהכילחלקיחילוףמֻבְנִיםבתוכןלמקרהשרכיביםמסוימיםיתקלקלו。אםמתרחשותתקלות,המדפסותנדרשותלהיותקלותלתיקון。המדפסותצריכותלהיותעמידותמספיקכדישתוכלנהלעבודבטמפרטורותקיצוניות,בסופותאבקוברעידותאדמה[1］．,אלבסוףםהמדפסותבלתימאוישות,צריךלאפשרשליטהעליהןמכדורהארץ。משמעותהדברהיאשהןצריכותלהיותמסוגלותלפעולולתקשרעלפנימרחקיםגדולים,ללאעיכובים[3.］．

נכוןלהיום,בנייהבאמצעותהדפסהבתלת——ממדנמצאתבשלבשנקרא”הוכחתהיתכנותוולידציה”(1］．משמעותהדברהיאשמדעניםעדייןמנסיםללמודמההדפסתתלת——ממדיכולהלעשות,ואםהיאתעבודבחלל。ליצירתקוויםמנחיםלהמשךפיתוחשלהדפסהמסוגזה,הוצבוכמהמטרותלעתיד:עדלשנת2040年מדעניםרוציםלהתחיללהשתמשבבנייהבאמצעותהדפסהבתלת——ממדכדילבנותמושבותבחלל。2065年עדלשנתמדעניםמקוויםשהדפסהבתלת——ממדבחללתהיהמסוגלתלתמוךבמושבותלטווחארוך。לבסוף,מדעניםמאמיניםשעדלשנת2115年בנייהבאמצעותהדפסהבתלת——ממדבחללתהיהבלתיתלויהלחלוטיןבבניאדםובמשאביםשלכדורהארץ!［5］．

בינתיים,פיתוחשיטותאמינותלהדפסתתלת——ממדבחללמסייעלשפרהדפסהכזועלכדורהארץ。לדוגמה,בנייתמקלטיםבחללמלמדתאותנועלדרכיםטובותיותרלבנותבתיםאיכותייםוזולים,כאןעבורנו。עלידימציאתדרכיםלאסוףחומריםבחלל,אנויכוליםלשפראתהאופןשבואנואוספיםמשאביםעלכדורהארץ,בצורהשתומכתבבנייהזולה,מהירהואיכותיתיותרעלכדורהארץובחללכאחד。במיליםפשוטות,בנייהבאמצעותהדפסהבתלת——ממדהיאמחוץלעולםהזה!

מילוןמונחים

רגוליט(风化层)：↑האבןהמרוסקתוהאבקשמיוצריםעלפניהשטחשלהירחאחרימאותשניםשלפגיעותמיקרו——מטאוריטים。

בזלת(玄武岩)：↑אבןגעשיתשנמצאתבשפעבחלקהקרובשלהירח,עמידהבפניקרינתהשמש。

גופרית(硫)：↑חומרשכיחבמאדים,משמשלסייעלרכיביםשלתערובתבטוןלהידבקיחד。

(张力)：↑הכוחהמופעלעלהקורהכשהיאמתארכת。

דחיסה(压缩)：↑。

(3D-Printing)：↑תהליךשלייצורפריטיםומבנים,אובנייתם,באמצעותהדפסתםבשכבותעוקבות。

ר(轮廓加工)：↑שיטהשלהדפסהבתלת——ממדשבההחומרמוזרקבשכבות,ואזנמרחהחוצהעלידימָרִיוֹתרובוטיות。

הסתייגות

הדעותשמוצגותבמאמרהזההןשלהכותבים,ואינןמשקפותאתהמדיניותאוהעמדההרשמייםשלחילהאווירהאמריקאי,משרדההגנההאמריקאי,אוממשלתארצותהברית。

ינטרסים

המחבריםמצהיריםכיהמחקרנערךבהעדרכלקשרמסחריאופיננסישיכוללהתפרשכניגודאינטרסיםפוטנציאלי。

---

מקורות

[1]↑穆勒，R. P.，西比尔，L.，欣策，P. E.，利皮特，T. C.，曼托瓦尼，J. G.，纽金特，M. W.等。2014。使用玄武岩风化粉的添加剂施工．网上订购地址:https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84936748071&doi=10.1061%2f9780784479179.042&partnerID=40&md5=e6a74f7a3e2d91b587222c4a1d49d302

[２]↑Howe, a.s.， Wilcox, B.， McQuin, C.， Mittman, D.， Townsend, J.， Polit-Casillas, R.等人。使用本地材料的模块化添加剂结构．网上订购地址:https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84936803844&doi=10.1061%2f9780784479179.034&partnerID=40&md5=09bf4e34736d6cc394505bd3f466ee62

[3]↑Leach, N.， Carlson, A.， Khoshnevis, B.， and Thangavelu, M. 2012。轮廓加工的机器人建造:月球建造的例子。Int。j . Archit。第一版。10:423-38。1478 - 0771.10.3.423 doi: 10.1260 /

[4]↑Howe, s.a, Wilcox, b.h .， McQuin, C.， Townsend, J.， Rieber, r.r, Barmatz, M.等。2013。“将结构传真到月球:自由形态添加剂结构系统(FACS)”，在AIAA SPACE 2013年会议和博览会(圣地亚哥，加州:美国航空航天学会)。doi: 10.2514/6.2013 -5437

［5］↑穆勒，R. P.，豪，S.，科赫曼，D.，阿里，H.，安徒生，C.，伯戈因，H.等。2016。利用原位资源进行地球和太空的自动增材建造(AAC)．网上订购地址:https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84995371337&doi=10.1061%2f9780784479971.036&partnerID=40&md5=c0311e7e39f28dca5d30dae283825e00