Інженери MIT розробили новий метод 3D-друку алюмінієвих сплавів, який поєднує машинне навчання та адитивне виробництво для досягнення рекордної міцності матеріалу.
Новий алюмінієвий сплав, надрукований на 3D-принтері, є міцнішим за традиційний алюміній завдяки ключовій формулі, яка під час друку утворює алюміній (показаний коричневим кольором) з нанометровими осадами (світло-блакитного кольору). Осади розташовані у вигляді регулярних нанорозмірних візерунків (блакитного та зеленого кольорів у вставці з колом), які надають надрукованому сплаву виняткової міцності. Джерело: Felice Frankel
Команда створила алюмінієвий сплав, здатний витримувати високі температури та бути у п’ять разів міцнішим за традиційно виготовлений алюміній. Ключем став підхід, що використовує «машинне навчання», тобто алгоритми аналізу даних для пошуку прихованих закономірностей. Це дозволило різко скоротити простір пошуку можливих складів. Замість мільйона комбінацій було проаналізовано лише 40 .
Новий сплав був спеціально оптимізований для 3D-друку. Дослідники використали лазерне плавлення порошку, або «адитивне виробництво, при якому матеріал наноситься і плавиться шар за шаром». Такий процес забезпечує надшвидке охолодження. Саме воно формує дрібну та щільну мікроструктуру. Мікроструктура безпосередньо визначає міцність матеріалу .
Мохадесе Тахері-Мусаві зазначає: «Інструменти машинного навчання дозволяють зрозуміти, які елементи реально контролюють властивості сплаву». Завдяки цьому вдалося збільшити об’ємну частку дрібних осадів. Саме вони зміцнюють алюміній. Традиційні симуляції такого результату не давали .
Після друку зразки було експериментально перевірено. Міцність нового матеріалу виявилася порівнянною з найкращими литими алюмінієвими сплавами. Водночас він залишався стабільним при температурах до 400 °C. Термостійкість такого рівня є нетиповою для алюмінію .
Джон Харт підкреслює: «У цьому випадку 3D-друк не обмежує, а відкриває нові можливості». Легкий і міцний матеріал може замінити титан. Це особливо важливо для авіації, де зменшення маси економить енергію. Потенційні застосування охоплюють реактивні двигуни, автомобілі та дата-центри .
Дослідження, опубліковане в журналі Advanced Materials, демонструє нову парадигму проєктування матеріалів. Поєднання машинного навчання та 3D-друку дозволяє створювати сплави з наперед заданими властивостями. Це може змінити підхід до виробництва інженерних матеріалів у майбутньому .