Inżynierowie z MIT zaprezentowali niedawno przełomowe osiągnięcie — świeżo po premierze pojawił się ich nowy stop aluminium nadający się do druku. Co jeszcze bardziej ekscytujące, jest on pięć razy wytrzymalszy od swojego tradycyjnie wytwarzanego odpowiednika. Taki przełomowy krok ma szansę radykalnie zmienić szereg branż, od lotnictwa po motoryzację.
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, doktorantka, która kierowała tymi badaniami, wyjaśnia: “Na właściwości materiału może wpływać niezliczona ilość czynników, które niełatwo jest połączyć w spójną całość. Łatwo się w tym pogubić. Jednak narzędzia uczenia maszynowego mogą wskazać dokładnie to, na co należy zwrócić uwagę”.”
Po ustaleniu idealnego składu zespół postawił na druk 3D. Wykorzystano konkretną metodę zwaną laserowym spiekaniem proszkowym (LPBF), polegającą na nakładaniu warstw proszku metalowego i szybkim topieniu oraz krzepnięciu każdej z nich za pomocą lasera. Szybkie tempo chłodzenia charakterystyczne dla technologii LPBF pozwoliło zachować drobne wtrącenia w mikrostrukturze stopu — co ma kluczowe znaczenie dla uzyskania wysokiej wytrzymałości.
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.
Wychodząc poza ramy lotnictwa, John Hart, współautor niniejszego badania i kierownik Katedry Inżynierii Mechanicznej na MIT, uważa, że zakres zastosowań tego stopu jest znacznie szerszy. Wyobraża sobie jego zastosowanie w zaawansowanych pompach próżniowych, samochodach klasy premium oraz w skomplikowanych systemach chłodzenia dla centrów danych. Dzięki możliwościom druku 3D, takim jak ograniczenie marnotrawstwa materiału, dostosowanie do skomplikowanych geometrii oraz umożliwienie tworzenia unikalnych projektów, 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.
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 na przyszłość tej metodologii. “Marzę o tym, że pewnego dnia pasażerowie, spoglądając przez okno samolotu, zobaczą łopatki wentylatorów silników wykonane z naszych stopów aluminium” – mówi.
Zespół stosuje obecnie podobne techniki uczenia maszynowego do kalibracji innych właściwości stopu, a jego celem jest poszerzenie zakresu zastosowań tego stopu w nieustannie rozwijających się branżach technologicznych. Chcesz dowiedzieć się więcej o tym ekscytującym osiągnięciu? Zapoznaj się z oryginalnym artykułem, klikając tutaj link na MIT News.
Ta strona używa plików cookie.