قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد
ابتكار سبيكة ألمنيوم أقوى 5 مرات من السبائك التقليدية
ابتكر مهندسون في «معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا» (MIT) سبيكة ألمنيوم جديدة مصممة خصيصاً للطباعة ثلاثية الأبعاد، تتحمل درجات الحرارة المرتفعة وتتفوق في قوتها خمس مرات على الألمنيوم المصنع بالطرق التقليدية.
وتفتح هذه السبيكة الثورية آفاقاً واسعة لصناعة مكونات أخف وزناً وأكثر مقاومة للحرارة في قطاعات حيوية مثل الطيران والنقل.
وأوضحت مهديسة طاهري موسوي، التي قادت البحث كزميلة ما بعد الدكتوراه في «إم آي تي» وتشغل حالياً منصب أستاذ مساعد في «جامعة كارنيغي ميلون»، أن «استخدام مواد خفيفة الوزن وعالية القوة سيوفر كميات هائلة من الطاقة في قطاع النقل». وأضافت أن «شفرات المراوح في المحركات النفاثة تُصنع تقليدياً من التيتانيوم الذي يفوق الألمنيوم وزناً بنسبة 50 في المئة وتكلفة بعشرة أضعاف، أو من مركبات متقدمة باهظة الثمن».
واعتمد الفريق البحثي على تقنيات التعلم الآلي لتسريع عملية تطوير السبيكة الجديدة. وبدلاً من محاكاة أكثر من مليون مزيج محتمل للمواد كما تتطلب الأساليب التقليدية، احتاج نهجهم المدعوم بالذكاء الاصطناعي إلى تقييم 40 تركيبة فقط قبل تحديد المزيج الأمثل.
ونجح الباحثون في دمج الألمنيوم مع خمسة عناصر أخرى، مستخدمين عمليات محاكاة متطورة للوصول إلى التركيبة المثالية.
وأشار جون هارت، رئيس قسم الهندسة الميكانيكية في «إم آي تي»، إلى أن الطباعة ثلاثية الأبعاد تفتح آفاقاً جديدة بفضل خصائصها الفريدة، لاسيما معدل التبريد السريع.
وتابع قائلاً إن التجميد السريع للسبيكة بعد انصهارها بواسطة الليزر يخلق مجموعة خاصة من الخصائص الميكانيكية المتفوقة، مؤكداً أن هذه السبيكة يمكن استخدامها في مضخات فراغ متقدمة وسيارات فاخرة وأجهزة تبريد لمراكز البيانات.
وبعد طلب تركيبة المسحوق القابل للطباعة، أرسل الفريق البحثي العينات إلى متعاونين في ألمانيا لطباعتها باستخدام نظام الانصهار بالليزر.
وعند إخضاع العينات المطبوعة للاختبارات في «إم آي تي»، أكدت النتائج التوقعات الأولية للتعلم الآلي. وتبين أن السبيكة المطبوعة أقوى بخمس مرات من نظيرتها المسبوكة، وأقوى بنسبة 50 في المئة من السبائك المصممة بالمحاكاة التقليدية من دون الاستعانة بالتعلم الآلي.
وأظهرت الاختبارات أن السبيكة الجديدة تحافظ على استقرارها عند درجة حرارة تصل إلى 400 درجة مئوية، وهي درجة حرارة مرتفعة بشكل استثنائي بالنسبة للألمنيوم.
وبعد المعالجة الحرارية عند هذه الدرجة لمدة ثماني ساعات، وصلت قوة الشد في درجة حرارة الغرفة إلى 395 ميغاباسكال، أي أقوى بنسبة 50 في المئة من أفضل سبائك الألمنيوم القابلة للطباعة المعروفة حالياً.
ونُشرت نتائج هذا البحث الرائد في مجلة «Advanced Materials» العلمية المرموقة.
وتعبر موسوي عن حلمها بأن يشهد ركاب الطائرات يوماً ما شفرات مراوح المحركات النفاثة مصنوعة من سبائك الألمنيوم التي طورها فريقها، ما يسهم في تقليل استهلاك الوقود وخفض الانبعاثات الكربونية في قطاع الطيران العالمي.
