Inżynierowie MIT opracowują rekordowo wytrzymały drukowany stop aluminium

Inżynierowie z MIT zaprezentowali niedawno przełomowe osiągnięcie - nowy, nadający się do druku stop aluminium. Co jeszcze bardziej ekscytujące, jest on pięciokrotnie mocniejszy niż jego tradycyjnie produkowany odpowiednik. Taki przełomowy krok może radykalnie zmienić szereg branż, od lotnictwa i kosmonautyki po motoryzację.

Uwolnienie mocy uczenia maszynowego na potrzeby projektowania stopów najwyższej jakości

Zespół z MIT zawdzięcza swój sukces przełomowemu połączeniu symulacji obliczeniowych i uczenia maszynowego. Ogólnie rzecz biorąc, tworzenie wysokowydajnych stopów wymaga przetestowania milionów możliwych kombinacji materiałów, co jest zarówno czasochłonne, jak i obciążające moc obliczeniową. Jednak dzięki sprytnej integracji algorytmów uczenia maszynowego, naukowcy zdołali skoncentrować swoje wysiłki, zawężając je do 40 obiecujących kompozycji stopów.

Mohadeseh Taheri-Mousavi, doktor habilitowany, który przewodził badaniom, wyjaśnia: “Na właściwości materiału mogą wpływać niezliczone czynniki, które niełatwo się sumują. Łatwo jest zgubić drogę. Ale narzędzia uczenia maszynowego mogą wskazać dokładnie to, na co należy zwrócić uwagę”.”

Po znalezieniu idealnego składu, zespół postawił na druk 3D. Wykorzystali oni specjalną metodę określaną jako laserowe spiekanie proszków (LPBF), która polega na nakładaniu warstw proszku metalowego i wykorzystaniu lasera do szybkiego stopienia i zestalenia każdej warstwy. Szybkie tempo chłodzenia charakterystyczne dla LPBF zachowało małe osady w mikrostrukturze stopu - niezbędne do osiągnięcia wysokiej wytrzymałości.

Odporność na wysokie temperatury zwiększa potencjał stopu

Obszary Polygon, w których ten nowy stop naprawdę pręży muskuły, to jego stabilność w wysokich temperaturach. Zachowanie wytrzymałości i mikrostruktury w temperaturze do 400 stopni Celsjusza jest sporym osiągnięciem dla materiałów na bazie aluminium. Otwiera to drogę do jego wykorzystania w zastosowaniach zorientowanych na wydajność i wysoką temperaturę, takich jak tworzenie łopatek wentylatorów silników odrzutowych. Ten nowy stop może potencjalnie zastąpić tytan - zmniejszając ciężar i koszt komponentów samolotu oraz zwiększając oszczędność paliwa.

Patrząc poza niebo, John Hart, współautor tego badania i szef Wydziału Inżynierii Mechanicznej MIT, uważa, że możliwości zastosowania tego stopu sięgają dalej. Przewiduje on jego zastosowanie w zaawansowanych pompach próżniowych, samochodach klasy premium i zaawansowanych systemach chłodzenia dla centrów danych. Dzięki możliwościom druku 3D w zakresie redukcji odpadów materiałowych, dostosowania złożonych geometrii i umożliwienia unikalnego projektowania, możliwości wydają się nieograniczone.

Pierwotnie ten przełomowy stop wyłonił się z zadania klasy MIT polegającego na zaprojektowaniu mocniejszej, nadającej się do druku wersji stopu aluminium. Pomimo początkowych symulacji, które nie spełniły oczekiwań, Taheri-Mousavi wytrwał, stosując techniki uczenia maszynowego, aby osiągnąć przełom.

Kształtowanie przyszłości Material Design

Mając projekt w ręku, zespół połączył siły z niemieckimi badaczami w celu wyprodukowania próbek proszku. Próbki te, po wydrukowaniu i przetestowaniu w MIT, potwierdziły pomyślne wyniki - odzwierciedlając przewidywania uczenia maszynowego i potwierdzając ich innowacyjne podejście do projektowania materiałów.

Taheri-Mousavi z optymizmem patrzy w przyszłość tej metodologii. “Moim marzeniem jest, aby pewnego dnia pasażerowie wyglądający przez okno samolotu zobaczyli łopatki silników wykonane z naszych stopów aluminium” - mówi.

Zespół stosuje obecnie podobne techniki uczenia maszynowego do kalibracji innych właściwości stopu, a ich celem jest poszerzenie zastosowania stopu w stale rozwijających się branżach technologicznych. Chcesz zagłębić się w ten ekscytujący rozwój? Zapoznaj się z oryginalnym artykułem za pośrednictwem link na MIT News.