Umělá inteligence navrhla revoluční ocel pro 3D tisk: Je pevná, pružná a nerezaví

Vědci z University of South China a Purdue University dosáhli významného průlomu v materiálovém inženýrství. S pomocí umělé inteligence (AI) vytvořili novou formu oceli, která je nejen vysoce pevná a tvárná, ale také odolná proti korozi, levná na výrobu a rychlejší na zpracování.

Vědci z University of South China a Purdue University dosáhli významného průlomu v materiálovém inženýrství. S pomocí umělé inteligence (AI) vytvořili novou formu oceli, která je nejen vysoce pevná a tvárná, ale také odolná proti korozi, levná na výrobu a rychlejší na zpracování. Tato inovace otevírá nové možnosti pro 3D tisk součástí a překonává dlouhodobý kompromis v materiálovém výzkumu.

Tradičně platí, že čím pevnější ocel je, tím je křehčí a snáze se láme. Naopak, ocel navržená pro větší tvárnost (pružnost) bývá slabší. Kombinace těchto dvou vlastností – vysoké pevnosti a tvárnosti – je v materiálovém výzkumu velmi vzácným úspěchem. Nová ocel však tuto rovnováhu dosahuje díky inovativnímu využití AI, která dokázala identifikovat optimální složení.

Tým vědců k tomu využil AI, které dodal data o 81 fyzikálních vlastnostech kovů, včetně atomové velikosti, chování elektronů a rychlosti zvuku v kovu. AI pak analyzovala tyto informace a hledala vzorce, které by umožnily vytvořit pevnou a zároveň pružnou ocel. Výsledkem je nová slitina složená ze železa, chromu a malého množství dalších kovů, jako je nikl, mangan, měď, křemík, hliník a uhlík. Všechny tyto komponenty jsou běžně dostupné a relativně levné, což je další výhoda.

Pro výrobu součástí z této slitiny byl použit speciální laserový 3D tiskárna Laser Directed Energy Deposition (LDED), která taje kovový prášek a vrstvu po vrstvě staví požadovaný díl. Překvapivě, po tisku bylo zapotřebí pouze asi šesti hodin úprav, což je výrazně méně než u většiny vysoce výkonných ocelí, které vyžadují dny nákladného a energeticky náročného tepelného zpracování. Nová slitina dosahuje své pevnosti a pružnosti díky tenkým nanočásticím ve své struktuře, které brání šíření trhlin pod tlakem, a také díky „zónám tlumičů nárazů“, které se deformují místo toho, aby se kov zlomil.

Odolnost proti korozi zajišťuje rovnoměrné rozložení chromu v kovu, přičemž měděné částice pomáhají udržet chrom na místě. To výrazně zlepšuje korozní odolnost slitiny, která se dokonce vyrovná nerezové oceli. Při testování dosáhla nová ocel pevnosti přibližně 1 730 MPa a tažnosti 15,5 % před přetržením, což představuje zlepšení o zhruba 30 % oproti jejímu surovému, tištěnému stavu. Tyto vlastnosti jsou klíčové pro průmyslová odvětví jako letectví, armáda, energetika a těžké strojírenství, kde by mohla vést k výrobě lehčích a odolnějších leteckých dílů, offshore větrných turbín nebo ropovodů a plynovodů.