MIT в 5 раз усилил алюминий с помощью 3D-печати
Исследователи создали сплав алюминия, который при 3D-печати формирует сверхпрочную внутреннюю структуру, выдерживает высокие температуры и может заменить более тяжёлые и дорогие металлы в авиадвигателях и других отраслях
Короткое резюме
Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый сплав алюминия, предназначенный для 3D-печати, который в пять раз прочнее литого алюминия и сохраняет стабильность при температурах до 400°C. Ключом к успеху стало использование машинного обучения для поиска оптимального состава сплава: алгоритм проанализировал свойства элементов и отобрал из более чем миллиона возможных комбинаций всего 40 перспективных, что резко сократило время поиска. Предсказанный состав был подтверждён экспериментально.
Высокая прочность достигнута благодаря уникальной микроструктуре, которую позволяет создать метод лазерной плавки на слое порошка (Laser Powder Bed Fusion, LPBF). При быстром охлаждении расплава лазером в металле формируется плотная популяция мельчайших выделений (преципитатов), блокирующих движение дислокаций. Традиционное литьё с медленным охлаждением не позволяет получить такую структуру. Полученный материал по прочности сравним с самыми крепкими алюминиевыми сплавами, произведёнными классическими методами.
Новый сплав открывает перспективы для создания более лёгких, прочных и термостойких компонентов в авиации (например, лопаток вентиляторов реактивных двигателей вместо титана), автомобилестроении, продвинутых вакуумных насосах и системах охлаждения центров обработки данных. Методология, сочетающая машинное обучение и аддитивные технологии, прокладывает путь для ускоренного дизайна новых материалов, оптимизированных именно для 3D-печати.
Рекордное увеличение прочности
Новый сплав, напечатанный на 3D-принтере, демонстрирует пятикратное превосходство в прочности по сравнению с литым алюминием и на 50% прочнее алюминиевых сплавов, разработанных классическими симуляциями
Ключевая роль машинного обучения
Использование алгоритмов машинного обучения (ML-алгоритмов) позволило сократить поиск оптимального состава с более чем 1 000 000 возможных комбинаций до анализа всего 40 кандидатов, радикально ускорив процесс разработки материала
Микроструктурное преимущество 3D-печати
Быстрое охлаждение при лазерной плавке (LPBF — Laser Powder Bed Fusion) фиксирует в сплаве уникальную плотную структуру из наноразмерных преципитатов, что и придаёт материалу исключительную прочность и термостабильность до 400°C
Широкий промышленный потенциал
Материал может заменить более тяжёлый титан (на 50% тяжелее) и дорогие композиты в критических компонентах, таких как лопатки реактивных двигателей, что сулит значительную экономию энергии и стоимости
Текст сгенерирован с использованием ИИ
