ظلت الطريقة التي يصنع بها البشر السبائك دون تغيير منذ العصر البرونزي: حيث يتم تسخين المعادن المختلفة، وصهرها، وخلطها، ثم تبريدها لتكوينها. تحاول شركة Foundation Alloy، وهي شركة ناشئة في الولايات المتحدة، أن تقلب هذه الحرفة القديمة رأسًا على عقب باتباع نهج مختلف تمامًا - فبدلاً من "صهر المعدن"، فهي "تحطم المعدن".
وقال جيك جوجلين، المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لشركة Foundation Alloy، إن الشركة تستخدم عملية سبائك الحالة الصلبة حيث "نقوم في الواقع بضرب جزيئات المسحوق المعدني ببعضها البعض بدلاً من صهرها". وادعى أن هذه الطريقة يمكن أن تنتج خصائص مادية جديدة يصعب تحقيقها من خلال طرق الصهر التقليدية، و"يمكن أن تصنع أشياء لا يستطيع الآخرون صنعها". حاليًا، تقوم الشركة بشكل أساسي بتوريد المعادن المخصصة للعملاء بكميات صغيرة، لكن جوجلين يعترف بأن الحد الحالي هو طاقتها الإنتاجية الخاصة، وليس الطلب في السوق - "نحن لسنا مقيدين بالمشترين، ولكن بكمية ما يمكننا تحقيقه".
انطلاقًا من الصناعات التي تعاونت، يريد الجميع تقريبًا معادن أقوى وأكثر مقاومة للحرارة أو تتمتع بخصائص جديدة. وكشف جوجلين أن Foundation Alloy أطلقت مشاريع تجريبية مع شركات في مجالات السيارات والفضاء وأشباه الموصلات والدفاع وغيرها من الصناعات، وتعمل أيضًا مع مصنعي سكاكين الطهاة والساعات الفاخرة لتطوير مواد جديدة. ومن وجهة نظره، من المتوقع أن تساعد العملية الجديدة هؤلاء العملاء على توفير التكاليف بشكل كبير وتقليل هدر المواد، "وهو ما لا يمكن أن يوفر الكثير من المال فحسب، بل يقلل أيضًا من الكثير من النفايات والبصمة الكربونية".
من أجل زيادة الطاقة الإنتاجية إلى عدة أطنان أسبوعيًا بحلول عام 2027، أكملت Foundation Alloy مؤخرًا تمويلًا من الفئة A بقيمة 22 مليون دولار أمريكي، بقيادة شركة Voyager Ventures. ومن بين المستثمرين المشاركين Trust Ventures، وYamaha Motors، وAmerica’s Frontier Fund، وOverlap Holdings، وMaterial Impact، وEngine Ventures، وEl Cap، وشركة Kanematsu اليابانية في الأدوار الإستراتيجية وفي قنوات التوزيع. ويعني هذا التعاون أيضًا أنه سيتم توزيع منتجات سبائك Foundation Alloy في الأسواق اليابانية وأسواق جنوب شرق آسيا من خلال Kanematsu في المستقبل.
الأساس التكنولوجي لـ Foundation Alloy يأتي من تراكم أبحاث علوم المواد على مدار العشرين عامًا الماضية. بحثت الأبحاث ذات الصلة التي قادها الأكاديميان تيم روبرت وكريس شوه في بنية وسلوك المعادن على المستوى النانوي، وشكلت هذه النتائج الأساس العلمي لمسار عملية الشركة. شارك شوه سابقًا في تأسيس Desktop Metal وXtalic ويتمتع بخبرة واسعة في مجال معالجة المعادن والشركات الناشئة للمواد.
على عكس جميع طرق تصنيع السبائك التجارية التي تعتمد على الصهر بدرجة حرارة عالية، تستخدم سبائك الأساس جهاز طحن خاص "لضرب وتشكيل" مساحيق معدنية مختلفة معًا بشكل متكرر حتى تشكل بنية سبيكة جديدة في الحالة الصلبة. وقال جوجلين إنه نظرًا لتجاوز وصلة الصهر ذات درجة الحرارة العالية تمامًا، فإن استهلاك الطاقة في عملية تصنيع السبائك الصلبة للشركة يبلغ حوالي عُشر استهلاك العمليات التقليدية، والذي من المتوقع أن يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة وتكاليف الإنتاج.
الهدف من أي عملية سبائك هو تكوين بنية بلورية مستقرة وموحدة على المستوى الجزيئي، ودمج عنصرين معدنيين أو أكثر عضويًا. من الناحية المثالية، يجب أن يكون الجزء الداخلي من السبيكة متجانسًا قدر الإمكان، حيث يكون الهيكل البلوري متسقًا للغاية في جميع أنحاء المادة. تؤدي طرق الصهر التقليدية أداءً جيدًا في هذه المرحلة، ولكن من الصعب التخلص تمامًا من الفراغات الصغيرة والهياكل المتقطعة. يمكن لهذه العيوب أن تضعف خصائص المادة وتجعلها أكثر عرضة للهشاشة أو التحلل عند درجات الحرارة المرتفعة. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تكون العمليات التقليدية غير قادرة على التعامل مع مجموعات معدنية ذات اختلافات كبيرة في نقاط الانصهار، مما يتسبب في بقاء بعض أنظمة السبائك ذات الخصائص الممتازة نظريًا على المستوى المفاهيمي لفترة طويلة.
بمساعدة تقنية السبائك الصلبة، تحاول Foundation Alloy حل العديد من "المشاكل القديمة" في مجال المواد المعدنية. في التطبيقات التقليدية، يحتاج المهندسون عادة إلى إجراء مقايضة بين مقاومة الحرارة والقوة الميكانيكية: فالمعادن المستخدمة في البيئات ذات درجات الحرارة العالية غالبا ما تكون هشة؛ المواد عالية القوة المستخدمة في ظروف التحميل العالي مثل الختم والقطع تكون عرضة للفشل في درجات الحرارة المرتفعة. وقال جوجلين إن الشركة تمكنت من إعداد سبائك جديدة تتمتع بقوة عالية ومقاومة لدرجات الحرارة العالية، "وهي مقاومة للحرارة ويمكن التغلب عليها"، وبالتالي كسر إطار التصميم السابق "إما أو".
على مستوى التنفيذ المحدد، يتم استخدام المنتجات الأولى لـ Foundation Alloy بشكل أساسي في أجزاء القالب والأدوات لمصنعي السيارات وشركات الطيران ومقاولي الدفاع، بهدف إطالة عمر المكونات المهمة وتقليل وقت التوقف عن العمل وتكاليف الصيانة. في مجال الدفاع الوطني، أحد اتجاهات التطبيق المبكرة هو أجزاء الطائرات بدون طيار. وأشار جوجلين إلى أن العديد من سلاسل التوريد الحالية تم تصميمها في الأصل لمنصات مقاتلة مثل F-35 مع فكرة "صنع 100 قطعة مثالية للغاية سنويًا"، بينما تتطلب صناعة الطائرات بدون طيار وتيرة إنتاج أقرب إلى "10000 شهريًا"، مما يفرض متطلبات مختلفة تمامًا على المواد والعمليات وهياكل التكلفة.
يقارن جوجلين عملية صناعة السبائك بالطهي: "يمكن لطاهيين استخدام نفس المكونات تمامًا، ولكن إذا كانت الخطوات مختلفة والحرارة مختلفة، فسيكون طعم الطبق مختلفًا تمامًا". من وجهة نظره، لا ينعكس ابتكار Foundation Alloy في التركيبة نفسها فحسب، بل الأهم من ذلك، "كيفية القيام بذلك" - "لا تعتمد جودة الطبق على المواد الخام فحسب، بل على طريقة الطهي. ما اخترعناه هو "طريقة طهي" جديدة."