Ispisiva aluminijska legura za lakše dijelove zrakoplova

Inženjeri s američkog tehnološkog instituta MIT, razvili su aluminijsku leguru pogodnu za ispis koja može izdržati visoke temperature i pet je puta jača od tradicionalno proizvedenog aluminija.

Novi metal za ispis izrađen je od mješavine aluminija i drugih elemenata koje je tim identificirao kombinacijom simulacija i strojnog učenja, što je značajno smanjilo broj mogućih kombinacija materijala za pretraživanje. Dok bi tradicionalne metode zahtijevale simuliranje preko milijun mogućih kombinacija materijala, novi pristup tima temeljen na strojnom učenju trebao je procijeniti samo 40 mogućih sastava prije nego što je identificirao idealnu mješavinu za aluminijsku leguru visoke čvrstoće za ispis.

Kada su isprintali leguru i testirali dobiveni materijal, tim je potvrdio da je, kako je i predviđeno, aluminijska legura bila čvrsta kao i najjače aluminijske legure koje se danas proizvode tradicionalnim metodama lijevanja.

Istraživači predviđaju da bi se novi aluminij za ispis mogao preraditi u jače, lakše i temperaturno otpornije proizvode, poput lopatica ventilatora u mlaznim motorima. Lopatice ventilatora tradicionalno se liju od titana, materijala koji je više od 50 posto teži i do 10 puta skuplji od aluminija, ili se izrađuju od naprednih kompozita.

U novoj studiji, znanstvenica Mohadeseh Taheri-Mousavi, koja je vodila rad kao postdoktorand na MIT-u, koristila je tehnike strojnog učenja osmišljene za učinkovito prebiranje podataka poput svojstava elemenata, kako bi identificirala ključne veze i korelacije koje bi trebale dovesti do poželjnijeg ishoda ili proizvoda.

Otkrila je da je, koristeći samo 40 sastava koji miješaju aluminij s različitim elementima, njihov pristup strojnog učenja brzo pronašao recept za aluminijsku leguru s većim volumnim udjelom malih taloga, a time i većom čvrstoćom, nego što su to utvrdile prethodne studije. Čvrstoća legure bila je čak i veća od one koju su mogli utvrditi nakon simuliranja više od milijun mogućnosti bez korištenja strojnog učenja.

Kako bi fizički proizveli ovu novu čvrstu leguru s malim precipitatom, tim je shvatio da bi 3D ispis bio rješenje umjesto tradicionalnog lijevanja metala, u kojem se rastaljeni tekući aluminij ulijeva u kalup i ostavlja da se hladi i stvrdne. Što je dulje vrijeme hlađenja, veća je vjerojatnost da će pojedinačni precipitat rasti.

Istraživači su pokazali da 3D ispis, općenito poznat i kao aditivna proizvodnja, može biti brži način hlađenja i skrućivanja aluminijske legure. Konkretno, razmatrali su lasersko nanošenje praha u sloju (LBPF) - tehniku ​​kojom se prah nanosi sloj po sloj na površinu u željenom uzorku, a zatim se brzo topi laserom koji prelazi preko uzorka. Rastopljeni uzorak je dovoljno tanak da se brzo skrućuje prije nego što se nanese sljedeći sloj i slično "ispiše". Tim je otkrio da je LBPF-ovo inherentno brzo hlađenje i skrućivanje omogućilo stvaranje aluminijske legure s malim talogom i visokom čvrstoćom koju je predvidjela njihova metoda strojnog učenja.

Primjenjujući svoju ideju u praksi, istraživači su naručili formulaciju ispisivog praha, na temelju svog novog recepta za aluminijsku leguru. Poslali su prah, mješavinu aluminija i pet drugih elemenata, suradnicima u Njemačkoj, koji su ispisali male uzorke legure koristeći svoj interni LPBF sustav. Uzorci su zatim poslani na MIT gdje je tim proveo više testova kako bi izmjerio čvrstoću legure i snimio mikrostrukturu uzoraka.

Njihovi rezultati potvrdili su predviđanja koja su dali početnim pretraživanjem strojnog učenja. Tiskana legura bila je pet puta jača od lijevane legure i 50 posto jača od legura dizajniranih konvencionalnim simulacijama bez strojnog učenja. Mikrostruktura nove legure također se sastojala od većeg volumnog udjela malih taloga i bila je stabilna na visokim temperaturama do 400 stupnjeva Celzija, vrlo visoke temperature za aluminijske legure.

Rad objavljen u časopisu Advanced Materials možete pronaći na ovoj poveznici.