Μια ομάδα μηχανικών από το MIT ανακοίνωσε μια καινοτομία που θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο κατασκευής εξαρτημάτων για αεροσκάφη, αυτοκίνητα και βιομηχανικά οχήματα. Δημιούργησαν ένα νέο υπερκράμα αλουμινίου, εκτυπώσιμο σε 3D, το οποίο αποδεικνύεται έως και πέντε φορές ισχυρότερο από το κοινό αλουμίνιο, ανοίγοντας τον δρόμο για πιο ελαφριές, ανθεκτικές και ενεργειακά αποδοτικές κατασκευές.
Η AI στην υπηρεσία της μεταλλουργίας
Η πραγματική καινοτομία της ανακάλυψης δεν βρίσκεται τόσο στο ίδιο το κράμα, όσο στη μέθοδο με την οποία σχεδιάστηκε. Οι ερευνητές του MIT συνδύασαν ψηφιακές προσομοιώσεις με αλγορίθμους τεχνητής νοημοσύνης για να επιταχύνουν τη διαδικασία ανάπτυξης νέων υλικών.
Αντί να δοκιμάσουν εκατομμύρια πιθανές χημικές συνθέσεις, όπως συμβαίνει με τις παραδοσιακές μεθόδους, η ομάδα χρειάστηκε να εξετάσει μόλις σαράντα. Ο αλγόριθμος μηχανικής μάθησης αναγνώρισε γρήγορα τον πιο υποσχόμενο συνδυασμό, ένα μείγμα αλουμινίου με λίγα επιλεγμένα στοιχεία, ειδικά σχεδιασμένο ώστε να διατηρεί τη σταθερότητά του ακόμη και σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.
Η έρευνα, που καθοδηγήθηκε από τη Mohadeseh Taheri-Mousavi, αποδεικνύει πώς η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να μεταμορφώσει την επιστήμη των υλικών.
Αν μπορέσουμε να χρησιμοποιήσουμε πιο ελαφριά και ανθεκτικά υλικά θα μπορούσαμε να μειώσουμε σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας στις μεταφορές, από την αεροπλοΐα μέχρι τα αυτοκίνητα.
Ένα υλικό με εντυπωσιακές επιδόσεις
Το νέο υπερκράμα παράγεται σε μορφή σκόνης και εκτυπώνεται προσθετικά, χωρίς ρωγμές ή ατέλειες. Μετά από θερμική επεξεργασία οκτώ ωρών στους 400 °C, το κράμα έφτασε σε εφελκυστική αντοχή 395 megapascals, περίπου 50% υψηλότερη από τα καλύτερα 3D printable κράματα αλουμινίου που υπάρχουν σήμερα.
Αυτό σημαίνει ότι το νέο υλικό όχι μόνο προσφέρει μεγαλύτερη μηχανική αντοχή, αλλά και σταθερότητα σε συνθήκες έντονης θερμότητας. Πρόκειται για κρίσιμη ιδιότητα σε τομείς όπως η αεροναυπηγική ή οι αγωνιστικές εφαρμογές, όπου τα εξαρτήματα εκτίθενται σε ακραίες θερμοκρασίες και πιέσεις.
Ελευθερία σχεδιασμού και μείωση αποβλήτων
Ο καθηγητής John Hart, επικεφαλής του Τμήματος Μηχανολογίας του MIT, τόνισε πως το πιο εντυπωσιακό στοιχείο δεν είναι μόνο η αντοχή του υλικού, αλλά και η ελευθερία σχεδιασμού που προσφέρει η τρισδιάστατη εκτύπωση.
«Με την προσθετική κατασκευή μπορούμε να δημιουργήσουμε περίπλοκες αλλά ελαφριές δομές, μειώνοντας τα μεταλλικά απόβλητα και αυξάνοντας την αποδοτικότητα των προϊόντων», δήλωσε ο Hart. Με άλλα λόγια, η τεχνολογία δεν αφορά μόνο ένα ισχυρότερο υλικό, αλλά μια πιο βιώσιμη και ευέλικτη βιομηχανική διαδικασία.
Σύμφωνα με τον ίδιο, το νέο κράμα θα μπορούσε να βρει εφαρμογή σε κινητήρες αεροσκαφών, πολυτελή αυτοκίνητα ή ακόμα και σε συστήματα ψύξης για data centers, τομείς όπου σήμερα χρησιμοποιείται κυρίως τιτάνιο, ένα υλικό ανθεκτικό αλλά ιδιαίτερα ακριβό και βαρύ. Αν η νέα ένωση αποδειχθεί εξίσου αξιόπιστη, θα αποτελέσει μια φθηνότερη και πιο φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική.
Ένα βήμα προς τα «έξυπνα» κράματα του μέλλοντος
Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι η μέθοδος που ανέπτυξαν δεν περιορίζεται μόνο στο αλουμίνιο. Η ίδια στρατηγική θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ολόκληρων οικογενειών νέων μεταλλικών κραμάτων, με ιδιότητες προσαρμοσμένες στις ανάγκες κάθε εφαρμογής, από αντοχή στη διάβρωση μέχρι ανοχή σε ακραία μηχανικά φορτία.
Η μελέτη υπογραμμίζει πως βρισκόμαστε ακόμα στα εργαστηριακά στάδια. Ωστόσο, τα αποτελέσματα είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά. Τα επόμενα βήματα θα επικεντρωθούν σε δοκιμές ανθεκτικότητας και στην προσαρμογή της διαδικασίας για βιομηχανική παραγωγή μεγάλης κλίμακας.
Αν όλα εξελιχθούν σύμφωνα με τις προβλέψεις, το νέο υπερκράμα αλουμινίου θα μπορούσε μέσα στα επόμενα χρόνια να αντικαταστήσει βαρύτερα και ακριβότερα υλικά, αλλάζοντας τους κανόνες του παιχνιδιού σε τομείς που βασίζονται στην υψηλή απόδοση και την ενεργειακή αποδοτικότητα.
[via]
