Дослідники використали штучний інтелект, щоб створити новий сплав, спеціально оптимізований для 3D-друку металів. Такий підхід може значно змінити підхід до виробництва складних деталей, які сьогодні використовуються в авіації, машинобудуванні та інших високотехнологічних галузях.
3D-друк металів уже давно розглядається як одна з найперспективніших технологій сучасного виробництва. Він дозволяє створювати деталі складної форми без традиційного різального інструменту, зменшує кількість відходів і скорочує час виготовлення. Однак більшість металів, які зараз використовуються в цій сфері, спочатку були розроблені для лиття або кування, а вже потім адаптовані під адитивні технології.
Через це виникають проблеми: мікродефекти, зниження міцності та нестабільна поведінка матеріалу під час швидких циклів нагрівання і охолодження, характерних для лазерного порошкового 3D-друку.
ШІ, який «проєктує» метали з нуля
У новому міжнародному дослідженні вчені розробили модель «інтерпретованого машинного навчання», яка аналізує десятки фундаментальних властивостей елементів — від атомних радіусів до поведінки електронів. Усього система враховує 81 фізико-хімічну характеристику.
Крім того, алгоритм одночасно моделює поведінку матеріалу саме в умовах 3D-друку, зокрема під час процесу лазерного спікання. Це дозволило створити сплав, який спочатку «заточений» під адитивне виробництво, а не адаптований до нього постфактум.
Результати роботи опубліковані в журналі International Journal of Extreme Manufacturing.
Новий надміцний і стійкий до корозії сплав
Отриманий матеріал має склад із довгою формулою (Fe-15Cr-3.2Ni-0.8Mn-0.6Cu-0.56Si-0.4Al-0.16C), але його властивості виглядають ще більш вражаюче, ніж назва.
Згідно з прогнозами моделі, сплав здатний витримувати навантаження приблизно до 1713 МПа та розтягуватися більш ніж на 15% до руйнування. Під час експериментів із використанням технології лазерного порошкового друку (LPBF) ці показники практично повністю підтвердилися.
Дослідники також зазначають, що новий підхід дозволив підвищити міцність матеріалу приблизно на 30% у порівнянні зі звичайними надрукованими металами, а також подвоїти його пластичність.
Коротка термообробка і «самозахист» структури
Після додаткової шестигодинної термічної обробки в структурі сплаву формуються нанорозмірні частинки міді та нікель-алюмінієвих фаз. Вони фактично блокують поширення мікродефектів усередині матеріалу, підвищуючи його стабільність під навантаженням.
Ще одна важлива перевага — висока стійкість до корозії. За даними дослідження, швидкість деградації матеріалу становить лише близько 0,105 мм на рік, що краще за показники деяких сучасних нержавіючих сталей.
Перспективи для промисловості
Автори роботи вважають, що підхід на основі фізико-хімічного машинного навчання може суттєво прискорити розробку нових металів для адитивного виробництва. Водночас вони зазначають, що для кожного нового класу матеріалів модель доведеться переналаштовувати.
Попри це, дослідження демонструє важливий напрямок розвитку: замість адаптації старих сплавів до 3D-друку можна одразу проєктувати матеріали під конкретний виробничий процес. Це відкриває шлях до створення легших, міцніших і більш стійких до корозії металів для авіації, морської індустрії та високонавантажених інженерних систем.