MIT开发3D打印超强铝合金，助力更轻航空系统

快速阅读: 麻省理工学院研究人员利用机器学习开发3D打印合金，强度比传统铝高五倍，耐高温，适用于喷气发动机叶片等。此合金通过40种材料组合筛选得出，有望大幅节省运输业能源。

麻省理工学院（MIT）的研究人员利用机器学习技术，开发出一种3D打印合金的新方法，这种合金比传统制造的铝强度高五倍。这种新型金属不仅能够承受高温，而且其成分由铝和其他元素混合而成，这些元素是通过模拟和机器学习相结合的方式筛选出来的，最终确定了40种可能的材料组合，并从中找到了最佳配比。研究人员随后进行了3D打印并测试了该合金，证实了其强度确实如预期般强大。

研究团队认为，这种可打印的铝合金可用于制造更强、更轻且耐温的产品，例如喷气发动机的风扇叶片。传统的风扇叶片由钛制成，而钛的质量超过传统铝的50%，成本也高达十倍。卡内基梅隆大学教授莫哈德塞·塔赫里-穆萨维（Mohadeseh Taheri-Mousavi），同时也是这项研究的领导者，表示：“如果可以使用更轻、高强度的材料，将为运输行业节省大量能源。”麻省理工学院机械工程系主任约翰·哈特（John Hart）补充说：“由于3D打印可以生产复杂的几何形状，节约材料，并支持独特的设计，我们看到这种可打印合金在高级真空泵、高端汽车以及数据中心冷却设备中也有应用潜力。”

这项研究的细节发表在《先进材料》（Advanced Materials）期刊上。塔赫里-穆萨维在2020年参加的一门材料科学与工程课程中首次接触到使用计算模拟设计高性能合金的方法。她的导师格雷格·奥尔森（Greg Olson）向学生提出了挑战，要求他们设计出比现有最强3D打印铝合金更强的铝合金融。尽管课堂上的尝试未能产生赢家，但塔赫里-穆萨维开始思考机器学习是否能提供更好的解决方案。

“当涉及到材料属性时，很多因素以非线性方式相互作用，这使得问题变得复杂。”塔赫里-穆萨维说，“借助机器学习工具，它们可以帮助我们找到需要关注的重点，比如指出这两种元素控制着某个特性，从而让我们更高效地探索设计空间。”

在新研究中，她继续了奥尔森课堂上未完成的工作。通过机器学习方法，研究团队发现了一种包含铝和其他五种元素的配方，这种配方下的合金强度甚至超过了他们在没有使用机器学习的情况下通过模拟一百多万种可能性所识别的最佳方案。

为了实际生产这种含有小颗粒的高强度合金，研究团队意识到3D打印是最优选择，而非传统的金属铸造方法，后者涉及将熔融的铝液倒入模具中冷却硬化。“3D打印因工艺的独特特性，特别是快速冷却速率，开启了新的可能性。”塔赫里-穆萨维说。

这种新型合金的微观结构中含有更高比例的小沉淀物，并能在高达400摄氏度的高温下保持稳定，这是铝合金融中非常高的温度。“我们的方法为希望从事3D打印合金设计的人打开了新的大门。”塔赫里-穆萨维说，“我的梦想是有一天，乘客们透过飞机窗户就能看到用我们研发的铝合金制成的发动机风扇叶片。”（来源：MIT新闻）

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