ایجاد فولاد فوق‌العاده قوی مناسب فناوری چاپ سه‌بعدی!

به گزارش مجله خبری نگار/جهان صنعت نیوز، فولاد جدید طراحی شده توسط هوش مصنوعی، استحکام، انعطاف‌پذیری و مقاومت بالایی را در برابر زنگ‌زدگی ارائه می‌دهد و در عین حال هزینه و زمان پردازش چاپ سه‌بعدی را کاهش می‌دهد.

محققان دانشگاه جنوب چین و دانشگاه پردو با موفقیت از هوش مصنوعی برای ایجاد یک شکل جدید از فولاد با استحکام بالا و شکل‌پذیر و قابل چاپ سه‌بعدی استفاده کرده‌اند.

این فلز جدید همچنین در برابر زنگ‌زدگی، مقاوم است و ارزان و سریع تولید می‌شود. این یک مسئله مهم است، زیرا ساخت فولاد قوی معمولاً نوعی بده‌بستان است.

هرچه فولاد قوی‌تر شود، معمولاً شکننده‌تر می‌شود. برعکس، وقتی فولاد طوری طراحی می‌شود که شکل‌پذیرتر (انعطاف‌پذیرتر) باشد، تمایل به ضعیف‌تر شدن دارد.

با این حال، این فولاد جدید، هم استحکام و هم شکل‌پذیری را با هم ترکیب می‌کند که در واقع یک دستاورد بسیار نادر است و همه اینها به لطف استفاده نوآورانه از هوش مصنوعی است.

این تیم توضیح می‌دهد که این امر با تغذیه هوش مصنوعی با ۸۱ ویژگی فیزیکی فلزات حاصل شده است. این شامل، اما نه محدود به اندازه اتمی، رفتار الکترون و سرعت صوت از طریق فلز و ... بود.

هوش مصنوعی با استفاده از این اطلاعات موظف شد الگو‌هایی را جست‌و‌جو کند که می‌تواند به ساخت فولاد قوی، اما انعطاف‌پذیر کمک کند. پس از مدتی، هوش مصنوعی موفق شد آلیاژ جدیدی را با استفاده از آهن، کروم و مقادیر کمی از فلزات دیگر مانند نیکل، منگنز، مس، سیلیکون، آلومینیوم و کربن را طراحی کند.

همه اینها عموماً نسبتاً ارزان نیز هستند که یک مزیت محسوب می‌شود. محققان با استفاده از این ترکیب، سپس از یک چاپگر سه‌بعدی فلزی لیزری ویژه به نام «رسوب انرژی هدایت شده با لیزر» (LDED) برای ایجاد قطعات با استفاده از آلیاژ جدید استفاده کرد.

در این فرآیند، پودر فلز ذوب شده با لیزر و سپس ساخت قطعات به صورت لایه به لایه دیده می‌شود. این فرآیند به طور گسترده در هوافضا، نظامی و مهندسی سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرد.

محققان پس از فرآیند چاپ متوجه شدند که قطعات فقط به ۶ ساعت یا بیشتر عملیات حرارتی نیاز دارند که جای تعجب دارد، زیرا معمولاً اکثر فولاد‌های با کارایی بالا برای تکمیل به چندین عملیات حرارتی نیاز دارند.

این کار می‌تواند روز‌ها طول بکشد و عموماً بسیار گران، پرانرژی و زمان‌بر است.

به گفته این تیم، آلیاژ جدید به لطف نانوذرات نازک درون ساختار خود، هم قوی و هم انعطاف‌پذیر است. این ذرات به جلوگیری از گسترش تَرَک‌ها هنگام قرار گرفتن فلز تحت فشار و کرنش کمک می‌کنند.

این آلیاژ همچنین دارای برخی از مناطق ضربه‌گیر است که می‌توانند فشار را تحمل کرده و به جای شکستن فلز، تغییر شکل دهند. به گفته تیم، آلیاژ جدید به لطف برخی از فلزات موجود در آن، در برابر زنگ‌زدگی نیز مقاوم است.

به طور معمول در فولاد، ناخالصی‌هایی مانند کروم به مرور زمان در کاربید‌ها محبوس می‌شوند. این امر نقاط ضعفی را ایجاد می‌کند که در صورت عدم عملیات حرارتی، زنگ‌زدگی می‌تواند در آنها تشکیل و تکثیر شود.

در آلیاژ جدید، کروم به طور مساوی در فلز پخش می‌شود و ذرات مس در صورت حرکت کروم به بازگرداندن آن به جای خود کمک می‌کنند. این امر مقاومت به خوردگی آلیاژ را بسیار بهبود می‌بخشد که حتی رقیبی برای فولاد ضد زنگ است.

محققان در مورد خواص فیزیکی آن، تحت آزمایش دریافتند که این فولاد جدید، استحکامی در حدود ۱۷۳۰ مگاپاسکال دارد که بسیار چشمگیر است. همچنین دارای شکل‌پذیری ۱۵.۵ درصدی قبل از شکستن است. این چیزی حدود ۳۰ درصد بهبود نسبت به حالت خام و چاپ‌شده فلز است.

این قابل توجه است و می‌تواند برای صنایعی مانند هوافضا، نظامی، انرژی و مهندسی سنگین بسیار مهم باشد. به عنوان مثال، می‌تواند به تولید قطعات سبک‌تر و بادوام‌تر هواپیما کمک کند.

خواص ضد خوردگی و استحکام و شکل‌پذیری آن همچنین می‌تواند برای مواردی مانند توربین‌های بادی فراساحلی، خطوط لوله نفت و گاز و ... بسیار ارزشمند باشد.

این مطالعه در مجله International Journal of Extreme Manufacturing منتشر شده است.