هل يمكن لأقمشة المحاور المتعددة تبسيط وتسريع تصنيع المكونات المركبة؟

في مجال تصنيع المواد المركبة، وبجانب مفهوم «الأداء»، أصبحت الكفاءة والاتساق تكتسبان أهمية متزايدة. وقد وصلت الأقمشة التقليدية ذات الاتجاه الواحد والأنسجة البسيطة/المنسوجة على نمط التويل إلى مستوى عالٍ من النضج في الأداء. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات قائمة في عمليات التشكيل الفعلية، ومنها إجراءات الترتيب المعقدة، والاعتماد الكبير على العمالة البشرية، وطول دورات الإنتاج. ونتيجةً لذلك، يزداد اعتماد الأقمشة متعددة المحاور في قطاعات طاقة الرياح، والفضاء والطيران، والنقل بالسكك الحديدية، والمكونات الهيكلية الصناعية عالية الجودة. وهذا يطرح السؤال التالي: هل يمكن للأقمشة متعددة المحاور أن تبسّط فعلاً وتسارع عملية تصنيع القطع المركبة؟

ما المشكلة التي يحلّها القماش متعدد المحاور جوهريًّا؟

يُدمج القماش متعدد المحاور أليافًا مُوجَّهة بزوايا متعددة — مثل ٠° و±٤٥° و٩٠° — في طبقة هيكلية واحدة عبر عملية الحياكة السلكية الطولية (Warp Knitting) ضمن خطوة تصنيع واحدة.
على عكس الأقمشة التقليدية أحادية الاتجاه التي تتطلب "طبقات متعددة"، تحقِّق الأقمشة المتعددة المحاور تصميمًا متكاملًا للتوجُّه الميكانيكي على مستوى المادة نفسها.
هذا يعني:

(1) التحمُّل الإنشائي في اتجاهات متعددة لم يعد يعتمد على التراكب المعقد للطبقات.
(2) يتحول منهج التصميم من "تراكب الطبقات" إلى "الدمج الإنشائي".

من منظور التصنيع: كيف يبسِّط هذا العملية؟

في الإنتاج الفعلي، تكون التغييرات التي تُحدثها الأقمشة متعددة المحاور واضحة جدًّا وملموسة.

→ تقلُّ خطوات الترتيب (Layup) بشكلٍ كبير.

ما كان يتطلَّب سابقًا استخدام طبقات متعددة من الأقمشة أحادية الاتجاه، مع ترتيبها مرارًا وتكرارًا بزوايا دقيقة، يمكن الآن تحقيقه باستخدام طبقة واحدة أو بضعة طبقات فقط من الأقمشة متعددة المحاور. وهذا لا يقلِّل من عدد الخطوات التشغيلية فحسب، بل ويقلِّل أيضًا من الأخطاء الزاوية الناتجة عن الترتيب اليدوي.

→ كفاءة أعلى في عملية التشكيل

في العمليات مثل التشكيل بالحقن تحت الضغط (RTM)، والتشكيل بالحقن تحت الضغط الفراغي (VARTM)، والحقن الفراغي، توفر الأقمشة متعددة المحاور استقرارًا هيكليًّا متفوقًا، ما يقاوم الانزياح والتجعُّد. وهذا يسهِّل اختراق الراتنج بسرعةٍ وانتظامٍ — وهي ميزةٌ بالغة الأهمية خصوصًا للمكونات الكبيرة الحجم.

→ سهولة أكبر في التحكم في اتساق العملية

وبما أن زوايا الألياف تكون «مُثبَّتة» مسبقًا في مرحلة القماش، فإن أداء المنتج يصبح أكثر ثباتًا. وهذا يدعم الإنتاج على نطاق واسع وإعادة إنتاج الجودة بشكلٍ متسق.

هل يمكنها حقًّا «تسريع» التصنيع؟

الإجابة هي: نعم، في تطبيقات المكونات الهيكلية.

ورغم أن تكلفة المادة لكل متر مربع قد تفوق تكلفة الأقمشة التقليدية، فإن التكاليف الإجمالية للتصنيع تُظهر ما يلي:

(1) خفض وقت الترتيب اليدوي

(2) خفض معدلات إعادة التصنيع وهدر المواد

(3) تقليل دورات احتلال القالب

وبعد إجراء حساب شامل، تبين أن كفاءة التسليم لكل مكوِّن هيكلي أعلى فعليًّا. وهذه سببٌ رئيسيٌّ وراء الاعتماد الواسع على الأقمشة متعددة المحاور في شفرات توربينات الرياح والمكونات الهيكلية ذات النوع الغشائي.

يُعيد اختيار المواد تشكيل أساليب التصنيع

بالنسبة للأجزاء صغيرة الحجم المنتجات ، أو تلك ذات الهندسات المعقدة للغاية، أو التي تتطلب خصائص سطحية محددة، لا تزال الأقمشة التقليدية توفر مزايا في المرونة.

ومع ذلك، تُظهر الأقمشة متعددة المحاور قيمة استثنائية في السيناريوهات التالية:

(١) المكونات الإنشائية الحاملة للأحمال

(٢) الأجزاء المركبة كبيرة الحجم ورفيعة الجدران

(٣) الإنتاج الضخم الذي يتطلب الاتساق والكفاءة

لا تمثّل الأقمشة متعددة المحاور مجرد بديل مادي فحسب، بل إنها تُغيّر منطق التصميم والتصنيع للمكونات المركبة. فهي تتيح تحقيق السلامة الإنشائية على مستوى المادة نفسها، ما يسمح بإعادة التصنيع إلى مسار الكفاءة والقابلية للتحكم.

وبالنسبة لمصنّعي المركبات الذين يولون الأولوية لكفاءة العمليات واستقرارها وقابليتها للتوسع، فإن الأقمشة متعددة المحاور تتطور تدريجيًّا من كونها «خيارًا» إلى أن تصبح «الخيار المفضَّل».