ساخت فولاد فوققوی و ضدزنگ قابل چاپ سهبعدی با کمک هوش مصنوعی
پژوهشگران با بهرهگیری از هوش مصنوعی موفق به طراحی نوعی فولاد فوققوی، شکلپذیر و مقاوم در برابر زنگزدگی شدهاند که برای چاپ سهبعدی فلزی مناسب است و میتواند هزینه و زمان فرآیند تولید را کاهش دهد.
به گزارش پایگاه خبری «معدن نامه» دانشمندان با استفاده از فناوری هوش مصنوعی موفق به طراحی نوعی فولاد فوققوی و مقاوم در برابر زنگزدگی شدهاند که امکان تولید قطعات با فناوری چاپ سهبعدی را فراهم میکند.
این فولاد جدید که با کمک هوش مصنوعی توسعه یافته است، علاوه بر ارائه استحکام بالا، از انعطافپذیری مناسب و مقاومت قابل توجه در برابر خوردگی برخوردار است و در عین حال میتواند هزینه و زمان پردازش در چاپ سهبعدی را کاهش دهد.
پژوهشگران دانشگاه جنوب چین و دانشگاه پردو با بهرهگیری از الگوریتمهای هوش مصنوعی توانستند نوعی فولاد جدید با استحکام بالا، شکلپذیری مناسب و قابلیت چاپ سهبعدی طراحی کنند.
این آلیاژ علاوه بر مقاومت در برابر زنگزدگی، با هزینه کمتر و سرعت تولید بالاتر قابل ساخت است. این موضوع از آن جهت اهمیت دارد که در بسیاری از موارد، افزایش استحکام فولاد با کاهش انعطافپذیری همراه است.
به طور معمول هرچه فولاد قویتر باشد، شکنندگی آن نیز بیشتر میشود. در مقابل، زمانی که فولاد برای افزایش شکلپذیری طراحی میشود، معمولاً از استحکام آن کاسته میشود. با این حال فولاد جدید توانسته است به طور همزمان استحکام و شکلپذیری را ترکیب کند؛ دستاوردی که به ندرت در طراحی آلیاژهای فولادی حاصل میشود و حاصل استفاده نوآورانه از هوش مصنوعی است.
به گفته این تیم تحقیقاتی، هوش مصنوعی برای رسیدن به این نتیجه با ۸۱ ویژگی فیزیکی فلزات تغذیه شد. این ویژگیها شامل مواردی مانند اندازه اتمی، رفتار الکترونی و سرعت انتقال صوت در فلزات و سایر خصوصیات مرتبط بودند.
استفاده از هوش مصنوعی برای طراحی فولاد قویتر
در ادامه، هوش مصنوعی مأمور شد تا با تحلیل این دادهها الگوهایی را شناسایی کند که بتوانند به تولید فولادی همزمان قوی و انعطافپذیر منجر شوند. در نهایت این سیستم موفق شد آلیاژی جدید بر پایه آهن و کروم و با مقادیر کمی از فلزاتی مانند نیکل، منگنز، مس، سیلیکون، آلومینیوم و کربن طراحی کند.
بخش عمده این عناصر نسبتاً ارزان هستند که از نظر اقتصادی نیز مزیت محسوب میشود. پژوهشگران سپس با استفاده از یک چاپگر سهبعدی فلزی لیزری با فناوری «رسوب انرژی هدایت شده با لیزر» (LDED) قطعاتی را با استفاده از این آلیاژ تولید کردند.
در این روش، پودر فلز با استفاده از لیزر ذوب شده و قطعات به صورت لایهبهلایه ساخته میشوند. این فناوری در صنایع مختلف از جمله هوافضا، نظامی و مهندسی سنگین کاربرد گستردهای دارد.
پس از چاپ، محققان مشاهده کردند که قطعات تولیدشده تنها به ۶ ساعت یا کمی بیشتر عملیات حرارتی نیاز دارند. این در حالی است که بسیاری از فولادهای با کارایی بالا برای رسیدن به خواص مطلوب به چندین مرحله عملیات حرارتی نیاز دارند.
چنین فرآیندی معمولاً چندین روز زمان میبرد و هزینه، مصرف انرژی و پیچیدگی بالایی دارد.
بر اساس اعلام این تیم تحقیقاتی، آلیاژ جدید به دلیل وجود نانوذرات بسیار ریز در ساختار خود، همزمان از استحکام و انعطافپذیری برخوردار است. این ذرات از گسترش ترکها در هنگام اعمال فشار و کرنش به فلز جلوگیری میکنند.
همچنین در ساختار این آلیاژ مناطقی وجود دارد که مانند ضربهگیر عمل میکنند و میتوانند فشار وارد شده را جذب کرده و به جای شکست، تغییر شکل دهند. وجود برخی فلزات در ترکیب این آلیاژ نیز باعث افزایش مقاومت آن در برابر زنگزدگی شده است.
کاربردهای صنعتی قابل توجه
در فولادهای معمولی، ناخالصیهایی مانند کروم با گذشت زمان در کاربیدها محبوس میشوند که این مسئله میتواند نقاط ضعف ساختاری ایجاد کند. در چنین شرایطی، در صورت نبود عملیات حرارتی مناسب، زنگزدگی در این نقاط آغاز شده و گسترش مییابد.
اما در آلیاژ جدید، کروم به صورت یکنواخت در ساختار فلز توزیع شده و ذرات مس در صورت جابهجایی کروم، آن را به محل اولیه بازمیگردانند. این ویژگی باعث افزایش قابل توجه مقاومت آلیاژ در برابر خوردگی شده و حتی آن را به رقیبی برای فولادهای ضدزنگ تبدیل میکند.
آزمایشهای انجامشده نشان میدهد این فولاد جدید دارای استحکامی در حدود ۱۷۳۰ مگاپاسکال است که مقدار بسیار قابل توجهی محسوب میشود. همچنین این آلیاژ پیش از شکست دارای شکلپذیری ۱۵.۵ درصدی است که حدود ۳۰ درصد بهبود نسبت به حالت خام و چاپشده فلز نشان میدهد.
چنین ویژگیهایی میتواند برای صنایعی مانند هوافضا، نظامی، انرژی و مهندسی سنگین اهمیت زیادی داشته باشد. برای مثال، این آلیاژ میتواند در تولید قطعات سبکتر و مقاومتر برای هواپیماها مورد استفاده قرار گیرد.
علاوه بر این، ترکیب استحکام بالا، شکلپذیری مناسب و مقاومت در برابر خوردگی، کاربردهای مهمی در تجهیزاتی مانند توربینهای بادی فراساحلی، خطوط لوله نفت و گاز و سایر زیرساختهای صنعتی ایجاد میکند.
نتایج این پژوهش در مجله International Journal of Extreme Manufacturing منتشر شده است.
