كل شيء عن الألومنيوم للتصنيع

هل تساءلت يوماً لماذا تُصنع الكثير من الأشياء من الألومنيوم هذه الأيام؟ من السيارات إلى علب المشروبات الغازية إلى الطائرات، هذا معدن خفيف الوزن في كل مكان! دعونا نوضح سبب أهمية الألومنيوم في التصنيع وكيفية استخدامه لصنع الأشياء التي نستخدمها كل يوم.

لماذا الألومنيوم نجم التصنيع

الألومنيوم معدن متعدد الاستخدامات التي يحبها المصنعون. لماذا؟ لأنه خفيف الوزن ولكنه قوي، ولا يصدأ بسهولة، ويمكن إعادة تدويره مراراً وتكراراً. هذه الصفات تجعله مثاليًا لصنع جميع أنواع المنتجات.

وفقًا للبيانات الحديثة، أنتجت الولايات المتحدة حوالي 4.56 مليون طن متري من الألومنيوم في عام 2019، لكننا في الواقع استخدمنا أكثر من ذلك - حوالي 4.94 مليون طن متري! وهذا يعني أننا نعتمد على الألومنيوم المعاد تدويره والواردات لتلبية احتياجاتنا.

الخصائص الرئيسية التي تجعل الألومنيوم مميزاً

• خفيف الوزن: يبلغ وزن الألومنيوم حوالي ثلث وزن الفولاذ
• مقاومة للتآكل: يشكّل طبقة أكسيد واقية تمنع الصدأ
• موصل ممتاز: يوصل الحرارة والكهرباء بشكل جيد للغاية
• قابلة لإعادة التدوير بدرجة عالية: يمكن إعادة تدويرها مرارًا وتكرارًا دون فقدان الجودة
• سهل التعامل معه: يمكن تشكيلها وتشكيلها وتشكيلها بطرق عديدة

سبائك الألومنيوم: ليست كل سبائك الألومنيوم متشابهة

الألومنيوم النقي في الواقع ناعم جداً، لذلك يخلطه المصنعون مع معادن أخرى لجعله أقوى. وتسمى هذه الخلطات السبائك. السبائك المختلفة لها نقاط قوة واستخدامات مختلفة.

فيما يلي أكثر سبائك الألومنيوم شيوعاً وما تستخدم فيه:

عندما يحتاج المصنعون إلى أجزاء مصنوعة بقياسات دقيقة، فإنهم غالبًا ما يستخدمون التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي للألومنيوم لقطع وتشكيل المعدن حسب الحاجة تمامًا.

الألومنيوم في الصناعات الرئيسية

الفضاء الجوي: التحليق عالياً باستخدام الألومنيوم

تستخدم صناعة الطيران والفضاء ألومنيومًا أكثر مما تعتقد - حوالي 351 تيرابايت 5 تيرابايت من إجمالي الألومنيوم المستخدم في صناعة الطائرات! لماذا؟ لأن الطائرات تحتاج إلى أن تكون خفيفة لتطير بكفاءة، ولكن يجب أن تكون قوية جداً لتكون آمنة.

يستخدم صانعو الطائرات سبائك خاصة عالية القوة مثل الألومنيوم 7075. وتحتوي هذه السبيكة على الزنك، مما يجعلها بقوة الفولاذ تقريباً ولكنها أخف وزناً بكثير. على سبيل المثال، يحتوي هيكل طائرة بوينج 747 على حوالي 147,000 رطل من الألومنيوم!

السيارات: كفاءة القيادة

يستخدم صانعو السيارات المزيد من الألومنيوم كل عام لجعل السيارات أخف وزناً وأكثر كفاءة في استهلاك الوقود. وقد أظهرت دراسة حالة أن سيارة تسلا موديل S تستخدم حوالي 190 كجم من الألومنيوم، أي حوالي 251 تيرابايت و5 أطنان من وزنها الإجمالي.

عندما تكون السيارة أخف وزناً، فإنها تحتاج إلى كمية أقل من الغاز أو الكهرباء للتحرك. تشير الدراسات إلى أن استخدام الألومنيوم في السيارات يقلل من استهلاك الطاقة بمقدار 8-101 تيرابايت 5 تيرابايت. وهذا يوفر حوالي $1.20 تيرابايت 1.20 لكل رطل من الألومنيوم المستخدم!

بالنسبة لقطع غيار السيارات المعقدة ذات المواصفات الدقيقة، غالبًا ما يلجأ المصنعون إلى التفريز الدقيق باستخدام الحاسب الآلي الرقمي لإنشاء ما يحتاجون إليه بالضبط.

التعبئة والتغليف: العلب والمزيد

ابحث في مطبخك، وستجد على الأرجح الألومنيوم في كل مكان - من علب الصودا إلى رقائق الألومنيوم إلى حاويات الطعام. يتم استخدام حوالي 151 تيرابايت و5 أطنان من الألومنيوم للتغليف.

علب الألومنيوم مثال رائع على التصميم الذكي. فهي خفيفة الوزن ولا تنكسر بسهولة وتحمي ما بداخلها من الضوء والأكسجين. وأفضل ما في الأمر أنها قابلة لإعادة التدوير 100%! في الواقع، قد تعود العلبة المعاد تدويرها إلى رفوف المتجر كعلبة جديدة في غضون 60 يومًا فقط.

الجانب البيئي للألومنيوم

الإنتاج الأولي مقابل الإنتاج المعاد تدويره

صنع الألومنيوم من المواد الخام (يسمى الإنتاج الأولي) يستهلك الكثير من الطاقة ويتسبب في التلوث. لكن إعادة تدوير الألومنيوم؟ هذه قصة مختلفة تماماً!

كما ترى، فإن إعادة تدوير الألومنيوم ينتج عنه تلوث أقل بكثير من صنع ألومنيوم جديد. وهذا هو السبب في أن معدل إعادة التدوير للألومنيوم في غاية الأهمية. يبلغ معدل إعادة التدوير العالمي للألومنيوم حاليًا حوالي 75%.

قصة نجاح إعادة التدوير

تعد إعادة تدوير الألومنيوم واحدة من أعظم قصص النجاح البيئي في مجال التصنيع. عندما يعاد تدوير الألومنيوم

• يوفر 95% من الطاقة اللازمة لصناعة الألومنيوم الجديد
• يوفر الطن الواحد من الألومنيوم المعاد تدويره حوالي 9 أطنان من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون
• لا تنخفض الجودة - فالألومنيوم المعاد تدويره لا يقل جودة عن الجديد

لهذا السبب تعلن العديد من الشركات بفخر أن منتجاتها تحتوي على ألومنيوم معاد تدويره. إنه أمر جيد للأعمال التجارية وجيد للكوكب.

عمليات تصنيع الألومنيوم

هناك العديد من الطرق لتحويل الألمنيوم إلى منتجات مفيدة. وفيما يلي أهمها:

البثق: الدفع عبر الملامح

البثق مثل دفع معجون الأسنان من الأنبوب، ولكن باستخدام الألومنيوم الساخن. يتم دفع المعدن من خلال ثقب على شكل ثقب (يسمى قالب) لإنشاء قطع طويلة بنفس المقطع العرضي. تصنع هذه العملية أشياء مثل إطارات النوافذ، والسور، والمشتتات الحرارية.

للملفات الشخصية المخصصة التي تحتاج إلى عمل إضافي, بثق الألومنيوم باستخدام الحاسب الآلي يجمع بين عملية البثق والتصنيع الآلي المتحكم فيه بالكمبيوتر للحصول على نتائج أكثر دقة.

الصب: الصب في القوالب

في الصبيتم سكب الألومنيوم المصهور في قوالب ويترك ليبرد. يؤدي ذلك إلى إنشاء أجزاء ذات أشكال معقدة مثل كتل المحرك وحافات العجلات. هناك عدة أنواع من الصب:

• الصب بالقالب: استخدام الضغط العالي لفرض الألومنيوم المصهور في قوالب معدنية قابلة لإعادة الاستخدام
• الصب بالرمل: صب الألومنيوم في قوالب رملية
• الصب الاستثماري: استخدام أنماط الشمع لإنشاء أجزاء مفصلة للغاية

التصنيع الآلي: القطع حسب الشكل

التصنيع الآلي تتضمن قطع المواد لإنشاء الشكل المطلوب. بالنسبة للألومنيوم، غالباً ما يتم ذلك باستخدام ماكينات يتم التحكم فيها بالكمبيوتر (ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب) التي يمكنها إجراء عمليات قطع دقيقة للغاية.

على الرغم من أن التصنيع الآلي يمكن أن يخلق قطعًا دقيقة، إلا أنه يولد أيضًا نفايات في شكل برادة ونشارة. ومع ذلك، يمكن إعادة تدويرها بالكامل!

الاتجاهات المستقبلية في تصنيع الألومنيوم

تتغير صناعة الألومنيوم بسرعة. فيما يلي بعض الاتجاهات التي يجب مراقبتها:

إنتاج الألومنيوم الأخضر

الطلب على ألومنيوم منخفض الكربون ينمو بحوالي 151 تيرابايت 5 تيرابايت سنويًا. وتعمل الشركات على الحد من الأثر البيئي لإنتاج الألومنيوم من خلال:

• استخدام الطاقة المتجددة مثل الطاقة الكهرومائية لصهر الألومنيوم
• تطوير أساليب إنتاج جديدة تخلق تلوثًا أقل
• زيادة معدلات إعادة التدوير بشكل أكبر

الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الألومنيوم

الطباعة ثلاثية الأبعاد مع الألومنيوم أصبح أكثر شيوعًا، خاصة بالنسبة للأجزاء المعقدة. ومن المتوقع أن يصل حجم هذا السوق إلى $2.6 مليار دولار بحلول عام 2026، بمعدل نمو سنوي يبلغ 24%. تسمح الطباعة ثلاثية الأبعاد بـ

• إنشاء أجزاء ذات هياكل داخلية يستحيل صنعها بطريقة أخرى
• صنع دفعات صغيرة من القِطع المخصصة بدون تكاليف أدوات
• تقليل النفايات حيث يتم إضافة المواد بدلاً من إزالتها

الألومنيوم في السيارات الكهربائية

مع ازدياد شعبية السيارات الكهربائية، فإنها تستخدم المزيد من الألومنيوم لتوسيع نطاقها. وتستخدم السيارة الكهربائية في المتوسط حوالي 250 كجم من الألومنيوم، ومن المتوقع أن تنمو هذه الكمية بمقدار 301 تيرابايت و5 تيرابايت على أساس سنوي. تحتاج السيارات الكهربائية إلى الألومنيوم من أجل:

• حافظات البطاريات التي تحمي البطاريات وتوصل الحرارة بعيدًا
• ألواح وإطارات الهيكل لتقليل الوزن
• أنظمة إدارة الحرارة

دراسة حالة: تخفيف وزن السيارات

لنلقِ نظرة أعمق على كيفية مساعدة الألومنيوم في جعل السيارات أفضل:

تحولت شاحنة البيك أب فورد F-150 من هيكل فولاذي إلى هيكل من الألومنيوم في عام 2015، مما أدى إلى خفض وزن السيارة بحوالي 700 رطل. وقد أدى ذلك إلى:

• توفير أفضل في استهلاك الوقود (تحسينات تصل إلى 291 تيرابايت 5 تيرابايت)
• زيادة سعة الحمولة الصافية (ما يمكن للشاحنة حمله)
• تحكم وكبح أفضل
• انخفاض انبعاثات الكربون

يوضح هذا المثال لماذا يستخدم الكثير من صانعي السيارات المزيد من الألومنيوم. لكل 10% انخفاض في وزن السيارة، يتحسن الاقتصاد في استهلاك الوقود بمقدار 6-8%. وهذا مكسب كبير لكل من مالكي السيارات والبيئة.

نصائح للعمل مع الألومنيوم

إذا كنت تصمم منتجات مصنوعة من الألومنيوم، فإليك بعض النصائح:

1. اختر السبيكة المناسبة لاحتياجاتك (القوة، مقاومة التآكل، إلخ)
2. تصميم للتصنيع - النظر في كيفية صنع الجزء
3. ضع في اعتبارك النهاية - يمكن صقل الألومنيوم أو طلاؤه أو طلاءه بأكسيد الألومنيوم أو تركه طبيعياً
4. التفكير في طرق الانضمام - يمكن لحام الألومنيوم، أو تثبيته بمسامير، أو تثبيته بمسامير، أو تثبيته بمواد لاصقة
5. عامل التمدد الحراري - يتمدد الألومنيوم وينكمش مع تغيرات درجة الحرارة

بالنسبة لأجزاء الألومنيوم الأكثر دقة، تستخدم العديد من الشركات المصنعة تفريز الألومنيوم باستخدام الحاسب الآلي لتحقيق تفاوتات دقيقة وتشطيبات سطحية ممتازة.

الخاتمة

الألومنيوم مادة عجيبة حقًا في التصنيع. فمزيج خصائصه الفريد من نوعه يجعله مثاليًا لكل شيء بدءًا من مكونات الطيران إلى علب المشروبات. وبينما نتجه نحو مستقبل أكثر استدامة، فإن قابلية الألومنيوم لإعادة التدوير ودفع الصناعة نحو طرق إنتاج أكثر مراعاة للبيئة يجعله خيارًا أكثر جاذبية.

سواء كنت تصمم منتجًا جديدًا، أو تعمل في مجال التصنيع، أو لديك فضول لمعرفة كيفية صنع الأشياء، فإن فهم قدرات الألومنيوم وحدوده يعد معرفة قيمة. سيستمر هذا المعدن متعدد الاستخدامات في لعب دور حاسم في كيفية صنع الأشياء لأجيال قادمة.