بطری‌های پلاستیکی در میدان جنگ
نقش بطری‌های پلاستیکی در میدان جنگ
پلاستیک به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، نقشی حیاتی در ساخت تجهیزات نظامی ایفا می‌کند و به ارتقاء کارایی، کاهش وزن و افزایش مقاومت این تجهیزات کمک می‌کند. از زمان ورود مواد پلیمری به صنایع نظامی، پلاستیک‌ها توانسته‌اند جایگزین‌های بهتری برای فلزات و مواد سنگین شوند و در بسیاری از حوزه‌های نظامی و دفاعی تحول ایجاد کنند. یافته‌های به دست آمده در لابراتوارهای ارتش ایالات متحده نشان می‌دهد که بطری‌های پلاستیکی و سایر ضایعات پلاستیکی پتانسیل استفاده مجدد در میدان جنگ را دارند. همکاری بین آزمایشگاه تحقیقاتی ارتش ایالات متحده و سپاه دریایی این کشور منجر به کشف استفاده از ضایعات پلاستیکی مانند بطری‌های آب، بطری‌های شیر و ظروف ماست شد که با تکیه بر فرایند چاپ 3 بعدی و باهدف بهبود اعتماد به نفس نیروها در پایگاه‌های عملیاتی، کاهش هزینه‌ها و کاهش تقاضا برای بازپرداخت مکرر قطعات توسط زنجیره تأمین باشد به سربازان در میدان نبرد کمک می‌کند.
طبق مطالعات دکتر نیکول زاندر، محقق ARL، کاربردهای بالقوه برای فناوری‌های تولید، از مدل‌های پیش تولید و قطعات موقت گرفته تا قطعات هواپیما و ایمپلنت پزشکی، بسیار گسترده است. دکتر زاندر همچنین معتقد است تولید مواد افزودنی مزایای بسیاری را نسبت به تولید سنتی به همراه دارد ازجمله کاهش زمان و هزینه در قطعاتی مانند براکت رادیو که یکی از قطعات پرکاربرد است.
تحقیقات زاندر و همكار او، آنتونی مولنار از سپاه دریایی ایالات متحده، نشان داد ساخت فیلامنت‌های ذوب شده یا FFF حاوی 100 درصد پلی اتیلن ترفتالات (PET) را می‌توان از بطری‌ها و پلاستیک‌ها بدون هیچ گونه اصلاح شیمیایی یا افزودنی تولید کرد. همچنین کار تولید فیلامنت از سایر پلاستیک‌های بازیافتی و فیلامنت‌های تقویت شده درحال انجام است.
زاندر اثبات کرد اگرچه PET کاربردهای گسترده‌ای دارد اما به دلیل دمای بالای ذوب، جذب آب و مشکلات مربوط به تبلور به عنوان یک ماده اولیه برای تولید FFF مورد استفاده قرار نمی‌گیرد و این چاپ قطعات را دشوار می‌کند.
استیو پست، مدیر توسعه تجارت ترمو فیشر، سازنده تجهیزات ارتش با تولید فیلامنت، گفت که این یک رویکرد قوی درمورد پایداری محصولات است؛ به طوری‌که ارتش با این کار توانسته است ضایعات را که درواقع مشکل ساز هستند، به یک منبع ارزشمند تبدیل کند.
زاندر همچنین از PET بازیافتی را یک ماده غذایی جدید قابل استفاده می‌داند که ویژگی‌های مکانیکی آن در قطعات چاپی با قطعات ساخته شده از فیلامنت تجاری قابل قیاس است. ازنظر خصوصیات مکانیکی، بیشتر پلیمرهای مورد استفاده در FFF دارای نقاط قوت بالک بین 30 تا 100 مگاپاسکال هستند و PET بازیافتی نیز دارای استحکام متوسط 70 مگاپاسکال است. با این حال، ممکن است یک ماده اولیه مناسب برای چاپ 3 بعدی باشد.
آزمایشات مکانیکی ازجمله آزمایشات کششی تک محوره و سه نقطه خمش نیز در این لابراتوارها انجام شد. در این آزمایشات، مقاومت کششی PET بازیافتی 3 بعدی با فیلامنت‌های تجاری مقایسه شد و به نظر می‌رسد که قدرت مشابهی دارند. علاوه براین، یک تست سفارشی برای آزمایش یک براکت رادیویی چاپ 3 بعدی (یک مورد نظامی طولانی) ساخته شد. براکت‌های ساخته شده از PET بازیافتی شباهتی با براکت‌های چاپ شده با فیلامنت اکرینیل بوتادین استایرن (ABS) تجاری نداشتند. فیلامنت PET بازیافتی همچنین توانایی جایگزینی فیلامنت تجاری در چاپ بسیاری از قطعات پلاستیکی را دارد.
علاوه بر آزمایشات مکانیکی، پلاستیک‌های بازیافت شده تحت تجزیه و تحلیل شیمیایی، پایداری حرارتی و دیگر آزمایشات قرار گرفتند. زندر به این نتیجه رسید که پلیمرهای بازیافت شده حاوی مواد افزودنی، پرکننده و رنگ‌های مختلفی هستند و حتی ممکن است شرایط پردازش متفاوتی را برای همان نوع پلیمر تجربه کرده باشند. برای درک بهتر خوراک‌های پلاستیکی بازیافت شده مختلف و بهترین خواص چنین موادی، تجزیه و تحلیل شیمیایی، حرارتی و مکانیکی انجام شد.
مولنار، افسر پروژه با تیم تحرک عملیاتی و ضد تحرک در ویرجینیا، در بررسی‌های خود به این نتیجه رسید که پلاستیک‌های مورد استفاده برای حیوانات خانگی مانند بطری‌های آب و بسته بندی یکی از پرکاربردترین ضایعات موجود در میدان نبرد است. اگر از این بطری‌ها برای ساخت تجهیزات نظامی استفاده شود، هم نیروهای ایالات متحده و هم حجم زیاد این زباله‌ها بار لجستیک حمل و نقل قطعات را به سمت پایگاه‌های عملیاتی و هزینه‌های اضافی دفع مواد قابل بازیافت را به حداقل می‌رسانند. او همچنین دریافت که با تحقیقات پیشگامانه نیکی می‌توان نیاز نیروهای ایالات متحده به قطعات تعویض و تولید شده با چاپ 3 بعدی را درصورت تقاضا تامین کرد؛ این نه تنها آمادگی تجهیزات را افزایش می‌دهد بلکه امکان تولید تجهیزات خاص ماموریت را نیز در این زمینه فراهم می‌کند.
این فناوری جدید سربازان را قادر می‌سازد تا با سرعت بیشتری ابزارهای لازم برای شکست یک فناوری درحال تغییر دشمن را توسعه دهند. با ادامه تحقیقات نیکی در ترکیب مواد افزودنی، فیلامنت‌های قوی‌تر همچنان توانایی چاپ قطعات جایگزین قوی‌تر را افزایش می‌دهند. این امر اکثر سربازان را قادر می‌سازد تا مرزهای تولید را نه تنها وسیع‌تر کرده، بلکه در دیگر زمینه‌ها همچون تجهیزات بدون سرنشین و وسایل حفاظت از نیرو را نیز در این رویکرد دخالت دهند.
به گفته محققان، نیروی محرک این کار افزایش توانایی و آمادگی نیروها با امکان تعمیرات درحین استقرار و کاهش وابستگی زنجیره تأمین لجستیکی است. درحالی که هر واحد نظامی دارای انبارهای زیادی از قطعات یدکی برای موارد اضطراری است، این کار هزینه‌ها را افزایش دهده و امنیت نیروها را درطول عملیات تهدید می‌کند. محققان دریافتند که پلاستیک‌های بازیافت شده حاوی مواد مناسبی برای چاپ 3 بعدی هستند؛ به شرط آنکه این مواد به درستی تمیز و خشک شوند. استحکام کششی قطعات چاپ شده از PET بازیافت شده با قطعات چاپی ساخته شده از پسمانده غذای حیوانات خانگی و فیلامنت‌های تجاری برابر بود. اما تحقیقات در اینجا متوقف نمی‌شود.
به اعتقاد زاندر، ترکیب مواد با سایر پلاستیک‌ها یا افزودن پرکننده‌هایی مانند تقویت کننده یا سخت کننده کننده ممکن است بیشتر خصوصیات مکانیکی پلاستیک‌های بازیافت شده یا RPET را بهبود بخشیده و همچنین دامنه برنامه‌ها را در نحوه استفاده از آن گسترش دهد.
درنهایت، ما قصد داریم بهترین مواد اولیه ممکن را که می‌توانیم از پلاستیک‌های بازیافت شده و مواد زاید تولید کنیم بسازیم. در آینده قطعات چاپ شده به روش 3 بعدی را با قطعات اصلی مقایسه خواهیم کرد تا مشخص شود که آیا آنها می‌توانند یک جایگزین مناسب طولانی مدت یا حداقل یک جایگزین موقت باشند یا خیر.
آزمایشگاه تحقیقاتی ارتش آمریكا بخشی از فرماندهی تحقیقات، توسعه و مهندسی ارتش آمریكا است كه مأموریت ارائه تحقیقات نوآورانه، توسعه و مهندسی را باهدف تولید پتانسیل‌هایی دارد كه تعیین كننده استراتژی ارتش در محیط‌های عملیاتی فعلی و آتی در حمایت از استراتژی مشترک فراهم می‌كند.