Inteligentne projektowanie materiałów
O skali ich osiągnięcia najlepiej świadczy fakt, iż tradycyjne metody projektowania stopów metali wymagałyby przetestowania ponad miliona kombinacji materiałów, co zajęłoby lata pracy i pochłonęło ogromne środki. Zespół z MIT zdołał ten proces radykalnie uprościć. Dzięki wykorzystaniu sztucznej inteligencji udało się zredukować liczbę niezbędnych eksperymentów z ponad miliona do zaledwie czterdziestu. Algorytmy analizowały właściwości różnych pierwiastków i ich wpływ na strukturę krystaliczną, przewidując które połączenia erbu, cyrkonu i niklu z aluminium przyniosą najlepsze efekty w procesie wytwarzania addytywnego.
Nasza metodologia otwiera nowe drzwi dla każdego, kto chce projektować stopy do druku 3D – wyjaśnia Mohadeseh Taheri-Mousavi z MIT
Efektem tych prac jest stop oznaczony jako Al-0.4Er-1Zr-1.33Ni, zaprojektowany specjalnie z myślą o druku 3D. W przeciwieństwie do popularnego stopu Al 7075, który ma tendencję do pękania podczas produkcji addytywnej, nowy materiał zachowuje stabilność w całym procesie. Testy wytrzymałościowe pokazują imponujące wyniki 395 MPa po procesie starzenia w temperaturze 400 stopni Celsjusza przez 8 godzin. To o połowę lepszy rezultat niż dotychczas najlepsze drukowalne stopy aluminium i wartość porównywalna z kutym stopem Al 7075. Sekret tak doskonałych parametrów tkwi w unikalnej mikrostrukturze z nanometrycznymi wydzieleniami zwanymi fazami L12-Al3M. Powstają one dzięki szybkiemu chłodzeniu podczas laserowego stapiania proszku – technologii stosowanej w metalowym druku 3D. Co szczególnie istotne, nowy stop zachowuje swoje właściwości w wysokich temperaturach do 400 stopni podczas gdy większość konwencjonalnych stopów aluminium traci wtedy wytrzymałość. Mikrostruktura charakteryzuje się większą objętościową frakcją małych wydzieleń, które nie ulegają rozrostowi pod wpływem ciepła.
To nie tylko teoretyczne ustalenia
Potencjalne wykorzystanie tego materiału sięga od lotnictwa przez motoryzację po centra danych. W przemyśle lotniczym każdy zaoszczędzony gram przekłada się na mniejsze zużycie paliwa, co ma znaczenie zarówno ekonomiczne, jak i ekologiczne.
Moim marzeniem jest, aby pewnego dnia pasażerowie wyglądający przez okno samolotu zobaczyli łopatki wentylatorów silników wykonane z naszych stopów aluminium – dodaje Taheri-Mousavi
Czytaj też: Lżejsza niż stal, wytrzymalsza niż tradycyjne metale. Naukowcy z stworzyli materiał nie z tej ziemi
Druk 3D umożliwia tworzenie skomplikowanych geometrii przy minimalnym marnotrawstwie materiału, co czyni nowy stop atrakcyjnym dla producentów zaawansowanych pomp próżniowych, luksusowych samochodów czy systemów chłodzenia w centrach danych. Zastąpienie tytanu, czyli materiału o 50% cięższego i znacznie droższego, mogłoby przynieść wymierne korzyści ekonomiczne. Prace MIT pokazują, jak sztuczna inteligencja zmienia podejście do projektowania materiałów. Zamiast wieloletnich eksperymentów metodą prób i błędów, naukowcy mogą w relatywnie krótkim czasie opracowywać stopy o parametrach dostosowanych do konkretnych potrzeb. Metodologia łączenia uczenia maszynowego z drukiem 3D wydaje się mieć ogromny potencjał. Może ona przyspieszyć rozwój nie tylko stopów aluminium, lecz również innych zaawansowanych materiałów, które znajdą zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu.