محبوبه ستارزاده
گروه علم و فناوری

مهندسان دانشگاه MIT با ساخت یک آلیاژ آلومینیوم ویژه با کمک فناوری پرینت سه بعدی، به یکی از سبک‌ترین نمونه‌های این آلیاژ دست یافتند که می‌تواند زمینه ساخت قطعات سبک‌تر هواپیما و انواع خودرو را فراهم کند. این تیم که به رهبری یک زن ایرانی با نام محدثه طاهری موسوی در حال تحقیق و پژوهش بر ساخت آلیاژهایی با کاربردهایی ویژه است، با استفاده از فناوری یادگیری ماشینی(ML)، آلیاژهایی فناورانه توسعه داده‌ که بسیار قوی‌تر از نسخه‌های تولید شده به روش مرسوم هستند.

تولید آلیاژ جدید
 به رهبری یک ایرانی
محدثه طاهری موسوی که رهبری این کار را به عنوان دانشجوی پسادکتری در دانشگاه MIT برعهده دارد و استادیار دانشگاه کارنگی ملون است، می‌گوید:« اگر بتوانیم از مواد سبک‌تر و با استحکام بالا استفاده کنیم، در صنعت حمل‌و‌نقل مقدار قابل توجهی انرژی صرفه‌جویی خواهد شد.»آلیاژ آلومینیوم قابل پرینت ساخته شده توسط مهندسان MIT، می‌تواند در برابر دماهای بالا مقاومت کند و پنج برابر قوی‌تر از آلومینیوم تولید شده به روش سنتی است.
این فلز قابل چاپ جدید، ترکیبی از آلومینیوم و سایر عناصر است؛عناصری که این تیم با استفاده از ترکیبی از شبیه‌سازی‌ها و یادگیری ماشینی شناسایی کرده‌اند. در حالی که روش‌های سنتی برای یافتن عناصر جدید، نیاز به شبیه‌سازی بیش از یک میلیون ترکیب ممکن از مواد را دارند، دانشمندان MIT با رویکرد جدید خود مبتنی بر یادگیری ماشینی، تنها به ارزیابی ۴۰ ترکیب ممکن قبل از شناسایی ترکیب ایده‌آل برای یک آلیاژ آلومینیوم با استحکام بالا و قابل چاپ نیاز داشتند. همین موضوع به سرعت کار دانشمندان و احتمال موفقیت نهایی آنها کمک شایان توجهی کرد.
وقتی تیم محدثه طاهری موسوی، این آلیاژ جدید را چاپ کرد و سپس ماده حاصل مورد آزمایش قرار گرفت، این تیم تأیید کرد همان‌طور که پیش‌بینی می‌شد، قدرت این آلیاژ به اندازه قوی‌ترین آلیاژهای آلومینیومی‌است که امروزه با استفاده از روش‌های ریخته‌گری سنتی تولید می‌شوند.طاهری موسوی، سرپرست این تیم می‌گوید:« روش ما درهای جدیدی به روی هر کسی می‌گشاید که می‌خواهد طراحی آلیاژ چاپ سه‌بعدی انجام دهد. رویای من این است که روزی مسافرانی که از پنجره هواپیما به بیرون نگاه می‌کنند، پره‌های فن موتورهایی را ببینند که از آلیاژهای آلومینیوم ما ساخته شده‌اند.»جان‌هارت، رئیس دانشکده مهندسی مکانیک در MIT نیز دراین باره می‌گوید:« چاپ سه‌بعدی می‌تواند علاوه بر تولید هندسه‌های پیچیده و صرفه‌جویی در مواد، ایجاد طرح‌های منحصر به فردی را ممکن کند. ما این آلیاژ قابل چاپ را به عنوان چیزی می‌بینیم که علاوه بر هواپیماها، می‌تواند در پمپ‌های خلأ پیشرفته، خودروهای لوکس و دستگاه‌های خنک‌کننده برای مراکز داده نیز مورد استفاده قرار گیرد.»

شبیه‌سازی کامپیوتری و پرینت سه‌بعدی
 این تیم از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری برای ترکیب آلومینیوم با انواع و غلظت‌های مختلف عناصر استفاده کرد تا استحکام آلیاژ حاصل را شبیه‌سازی و پیش‌بینی کند. این دانشمندان دریافتند چاپ سه‌بعدی به جای ریخته‌گری سنتی فلز که در آن، آلومینیوم مایع مذاب در قالب ریخته شده و برای خنک شدن و سخت شدن رها می‌شود، راه‌حل مناسبی است. چاپ سه‌بعدی می‌تواند راهی سریع‌تر برای خنک کردن و جامد کردن آلیاژ آلومینیوم باشد و طی آن، پودر مورد استفاده به صورت لایه به لایه، روی سطحی با الگوی دلخواه رسوب داده می‌شود. سپس توسط لیزری که روی الگو حرکت می‌کند، به سرعت ذوب می‌شود. الگوی ذوب شده به اندازه کافی نازک است به گونه‌ای که قبل از رسوب لایه دیگر، به سرعت جامد می‌شود.محققان معتقدند از آلیاژ آلومینیوم قابل چاپ جدید می‌توان در محصولات قوی‌تر، سبک‌تر و مقاوم‌تر در برابر دما مانند پره‌های فن موجود در موتورهای جت استفاده کرد. پره‌های فن به طور سنتی از تیتانیوم ساخته می‌شوند. تیتانیوم ماده‌ای است که بیش از ۵۰ درصد سنگین‌تر و تا ۱۰ برابر گران‌تر از آلومینیوم است. گاهی نیز برای تولید پره‌های فن جت‌های موجود از کامپوزیت‌های پیشرفته استفاده می‌شود که قیمت بالایی دارند. حالا تولید این آلیاژ آلومینیوم ویژه، می‌تواند بدون کاهش کیفیت، هزینه‌های تولید فن جت‌ها را کم کند. هم اکنون محققان در حال استفاده از تکنیک‌های مشابه یادگیری ماشینی برای بهینه‌سازی بیشتر سایر خواص آلیاژ هستند.