อลูมิเนียมจะกลายเป็น "ระดับไทเทเนียม"? เหตุผลที่ MIT สร้างโลหะผสมใหม่ที่มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น 5 เท่าด้วยการพิมพ์ 3 มิติ

อลูมิเนียมสามารถแข็งแกร่งได้ถึงเพียงนี้

ทีมวิจัยจาก MIT (Massachusetts Institute of Technology) ได้ออกแบบโลหะผสมอลูมิเนียมใหม่ที่เหมาะสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ (การสร้างชั้น) ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีความแข็งแกร่งถึง 5 เท่าเมื่อเทียบกับวัสดุที่เทียบเท่ากับการหล่อ นอกจากนี้ อลูมิเนียมยังคงมีคุณสมบัติเสถียรในพื้นที่อุณหภูมิสูงที่เคยเป็นจุดอ่อน โดยสามารถทนทานได้ถึง **400℃** หากอลูมิเนียมที่มีน้ำหนักเบาสามารถมีคุณสมบัติ “ความแข็งแกร่งสูงและทนความร้อน” จะมีโอกาสที่ข้อกำหนดการออกแบบจะถูกเปลี่ยนแปลงตั้งแต่เครื่องบินไปจนถึงศูนย์ข้อมูล ScienceDaily

การค้นหาวัสดุที่ถูกบีบอัดจาก "หนึ่งล้านวิธี" เป็น "40 วิธี" ด้วย AI

การออกแบบโลหะผสมมีการรวมกันของส่วนประกอบที่มหาศาล หากใช้วิธีการแบบดั้งเดิมในการค้นหา “การผสมที่ถูกต้อง” อาจต้องประเมินมากกว่าหนึ่งล้านวิธีในการจำลอง ในการวิจัยครั้งนี้ ได้มีการรวมการจำลองและการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อบีบอัดพื้นที่การค้นหาอย่างรวดเร็ว สุดท้ายได้ประเมินองค์ประกอบที่เป็นไปได้ประมาณ 40 ชนิดอย่างเข้มข้น และอธิบายว่าพบสูตรที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ ScienceDaily

สิ่งสำคัญที่นี่คือ การเรียนรู้ของเครื่องไม่ได้ทำหน้าที่เพียงแค่เป็น “เครื่องคำนวณที่เร็ว” แต่ยังชี้ให้เห็นถึงปัจจัยที่มีผลต่อคุณสมบัติของโลหะผสม (เช่น องค์ประกอบใดที่ควบคุมโครงสร้างละเอียดใด) เพื่อเป็นแนวทางในการค้นหา นักวิจัยเองก็กล่าวถึงการที่สามารถหลุดพ้นจากสถานการณ์ที่มีปัจจัยที่ไม่เป็นเส้นตรงมากเกินไปด้วยการเรียนรู้ของเครื่อง ScienceDaily

กุญแจของความแข็งแกร่งคือ "การตกผลึกระดับนาโน" — ยิ่งเล็กและหนาแน่นยิ่งแข็งแกร่ง

ความแข็งแกร่งของโลหะเปลี่ยนแปลงได้มากจาก “โครงสร้างละเอียด” ภายในวัสดุ ตัวเอกในครั้งนี้คือการตกผลึก (precipitates)ที่เกิดขึ้นในเฟสแม่ของอลูมิเนียม หากการตกผลึกมีขนาดเล็กและหนาแน่นการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ถูกขัดขวางและความแข็งแกร่งจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน หากการระบายความร้อนหรือประวัติความร้อนยาวนาน การตกผลึกจะเติบโตและหยาบขึ้น ทำให้ความแข็งแกร่งลดลงได้ง่าย ScienceDaily

ทีมวิจัยได้แสดงให้เห็นว่ามีการตกผลึกระดับนาโนที่มีความหนาแน่นสูงหลังจากการพิมพ์ 3 มิติ และอธิบายว่า “โครงสร้างนาโนที่หนาแน่นนี้” เป็นสิ่งที่สนับสนุนความแข็งแกร่ง ScienceDaily

การพิมพ์ 3 มิติกลายเป็น “อาวุธ” ไม่ใช่ “จุดอ่อน”: พลังของการแข็งตัวอย่างรวดเร็ว

นี่คือส่วนที่น่าสนใจในครั้งนี้ โดยทั่วไปแล้วอลูมิเนียมถือเป็นวัสดุที่ยากต่อการจัดการด้วยการพิมพ์ 3 มิติ แต่ทีมวิจัยได้ใช้คุณสมบัติของ **LPBF (Laser Powder Bed Fusion)** ซึ่งใช้เลเซอร์ในการหลอมผงและทำให้แข็งตัวเป็นชั้นๆ —— กล่าวคือ “ชั้นที่หลอมละลายบางและแข็งตัวอย่างรวดเร็ว”การแข็งตัวอย่างรวดเร็ว——ให้เป็นประโยชน์ ScienceDaily

ในกระบวนการที่ “เย็นตัวช้า” เช่นการหล่อ การตกผลึกจะเติบโตได้ง่าย แต่ใน LPBF โลหะที่หลอมละลายด้วยเลเซอร์จะแข็งตัวทันที ผลที่ได้คือสามารถ “ทำให้เป็นจริง” การตกผลึกที่ละเอียดและหนาแน่นที่การเรียนรู้ของเครื่องมุ่งหมายได้ การประกาศของ MIT ได้แสดงให้เห็นว่า “การพิมพ์ 3 มิติเปิดประตูใหม่” ScienceDaily

แข็งแกร่งแค่ไหน? ทนความร้อนได้แค่ไหน?

ตามการประกาศ ตัวอย่างที่เสร็จสมบูรณ์แสดงให้เห็นว่ามีความแข็งแกร่ง 5 เท่าเมื่อเทียบกับการหล่อและการทำนายของการเรียนรู้ของเครื่องได้รับการยืนยันด้วยการทดลอง นอกจากนี้ยังกล่าวว่าแข็งแกร่งกว่าโลหะผสมที่ออกแบบโดยการจำลองแบบเดิมถึง50% และสิ่งที่ควรสังเกตคือโครงสร้างยังคงเสถียรที่อุณหภูมิสูงถึง **400℃** ซึ่งถือว่าสูงสำหรับอลูมิเนียม ScienceDaily

ในคำอธิบายที่อิงจากบทคัดย่อของบทความที่เผยแพร่ในแหล่งข้อมูลอื่น ระบุว่าในคลาสของโลหะผสมเฉพาะ (เช่น Al–Er–Zr–Y–Yb–Ni) การแข็งตัวอย่างรวดเร็วทำให้เกิดเฟสกึ่งเสถียร และการตกผลึกระดับนาโนไม่หยาบขึ้นง่ายหลังจากการอบร้อน ซึ่งเป็นกุญแจในการรักษาความแข็งแกร่ง นอกจากนี้ยังมีข้อมูลเชิงปริมาณที่ระบุว่าหลังจากการบ่มที่400℃ เป็นเวลา 8 ชั่วโมงความแข็งแรงในการดึงถึง395MPa Tech-Eye Technology Information Research Institute

ไม่ใช่แค่เครื่องบินเท่านั้น อุตสาหกรรมที่ “น้ำหนักเบา×ความอิสระของรูปทรง” มีผลคือผู้สมัครทั้งหมด

ทำไมการบินถึงถูกกล่าวถึงก่อน เพราะในส่วนประกอบที่การลดน้ำหนักมีผลโดยตรงต่อการประหยัดเชื้อเพลิง, ระยะทาง, และ CO₂ เช่นใบพัดของเครื่องยนต์ ผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงวัสดุจะมาก MIT ระบุว่าใบพัดทำจาก **ไทเทเนียม (หนักกว่าอลูมิเนียมมากกว่า 50% และมีค่าใช้จ่ายสูงสุดถึง 10 เท่า)** หรือวัสดุผสม และหากสามารถรักษาความแข็งแกร่งและทนความร้อนได้เท่ากัน การเปลี่ยนแปลงอาจเกิดขึ้นได้ ScienceDaily

นอกจากนี้ การใช้งานไม่ได้จำกัดแค่เครื่องบิน การพิมพ์ 3 มิติแข็งแกร่งในรูปทรงที่ซับซ้อนและมีประสิทธิภาพในการใช้วัสดุ MIT ระบุว่าสามารถขยายไปยังรถยนต์ประสิทธิภาพสูง, ปั๊มสุญญากาศ, อุปกรณ์ระบายความร้อนของศูนย์ข้อมูลได้เช่นกัน หากเป็นพื้นที่ที่ความร้อนและน้ำหนักเบา, ความอิสระของรูปทรงมีค่า การประยุกต์ใช้จะกว้างขวาง ScienceDaily

อย่างไรก็ตาม มีความท้าทายหรือไม่? ระยะทางจาก "วัสดุที่ยอดเยี่ยม" ถึง "สามารถใช้ในอุตสาหกรรม"

ยิ่งข่าวสารวัสดุสร้างความตื่นเต้นมากเท่าไหร่ สถานที่ทำงานก็ยิ่งสงบมากขึ้นเท่านั้น การที่ "ตัวอย่างทดสอบแข็งแกร่ง" และ "สามารถผลิตเป็นชิ้นส่วนในปริมาณมากได้อย่างเสถียร" เป็นปัญหาที่แตกต่างกัน LPBF มีคุณสมบัติที่แปรปรวนได้ง่ายตามเงื่อนไขกระบวนการ (กำลังเลเซอร์, การสแกน, คุณภาพของผง, บรรยากาศ) การขยายขนาดไปยังชิ้นส่วนขนาดใหญ่และการรับประกันคุณภาพ (การตรวจสอบแบบไม่ทำลาย, การจัดการล็อต) ก็จำเป็นเช่นกัน

นอกจากนี้ หากเป็นส่วนประกอบของเครื่องบิน จะมีตัวชี้วัดที่ต้องผ่านหลายตัว เช่น ความแข็งแรงเมื่อเกิดความล้า, ความต้านทานการกัดกร่อน, การเปลี่ยนแปลงของโครงสร้างในประวัติความร้อนระยะยาว, ความเข้ากันได้กับการเชื่อมและการเคลือบผิว ทีมวิจัยยังกล่าวว่าจะดำเนินการ "การปรับคุณสมบัติอื่นๆ ให้เหมาะสม" ด้วยวิธีการเรียนรู้ของเครื่องเดียวกันในอนาคต และนี่คือเฟสการนำไปใช้จริง MIT News

ปฏิกิริยาบนโซเชียลมีเดีย (มีเสียงอะไรบ้าง?)

※เนื่องจากข้อจำกัดในการเข้าถึงและการดึงข้อมูลจากโซเชียลมีเดียหลัก ที่นี่จะจัดเรียงเป็น "แนวโน้ม" โดยเน้นที่การมีอยู่ของโพสต์อย่างเป็นทางการและปฏิกิริยาที่สามารถตรวจสอบได้ในช่องแสดงความคิดเห็น

1) ความตื่นเต้นต่อ "ยุคที่ AI คิดค้นวัสดุ"

บน LinkedIn มีการแนะนำว่า "การผสมผสาน AI กับวิทยาศาสตร์วัสดุจะเปลี่ยนอนาคตของการผลิต" และ "อัลกอริทึมจะ 'คิดค้นวัสดุ'" และมีเสียงคาดหวังในความคิดเห็นว่า "อาจนิยามความสามารถใหม่ในอุตสาหกรรมข้ามสาย" LinkedIn

2) การพูดถึง "อลูมิเนียมโปร่งใส" เป็นเรื่องปกติในข่าววิทยาศาสตร์ที่ได้รับความนิยม

ในช่องแสดงความคิดเห็นของ SciTechDaily มีการโพสต์ที่อ้างถึง "อลูมิเนียมโปร่งใส" ที่มีชื่อเสียงในนิยายวิทยาศาสตร์ และมีการเสริมว่า "อลูมิเนียมโปร่งใส (อลูมิเนียมไนไตรด์) เป็นไปได้ตั้งแต่ยุค 80" ซึ่งเป็นตัวอย่างคลาสสิกของการที่หัวข้อทางเทคนิคถูกบริโภคในบริบทของวัฒนธรรม ##