🛠️ Uma IA projeta uma liga 5 vezes mais resistente que o alumínio tradicional
Para o conseguir, estes investigadores desenvolveram um método original que permite imprimir em 3D ligas de alumínio com desempenhos notáveis. Ao integrar técnicas de aprendizagem automática, identificaram uma formulação específica que gera peças muito mais resistentes do que as obtidas pelos processos clássicos.
Uma nova liga de alumínio impressa em 3D é mais resistente do que o alumínio tradicional, graças a uma receita que produz alumínio (a castanho) com precipitados nanométricos (a azul claro). Estes precipitados organizam-se em padrões regulares (azul e verde no detalhe) para conferir uma força excecional.
Crédito: Felice Frankel
Esta abordagem facilitou grandemente a busca pela composição certa. Em vez de explorar milhões de combinações potenciais, as simulações concentraram-se em cerca de quarenta candidatas promissoras. Esta estratégia eficaz levou à descoberta de uma liga otimizada para a impressão 3D, evitando assim cálculos fastidiosos.
A impressão 3D, ou fabrico aditivo, desempenha um papel central neste processo. A técnica de fusão em leito de pó por laser permite um arrefecimento rápido, o que favorece a formação de microestruturas finas e densas. Estas características são importantes para obter uma resistência aumentada, pois impedem o crescimento dos precipitados durante a solidificação.
Os testes realizados nas amostras impressas confirmaram as previsões iniciais. A liga apresenta uma resistência cinco vezes superior à do alumínio fundido de maneira tradicional. Mantém também a sua estabilidade a temperaturas elevadas, atingindo até 400 graus Celsius, o que é notável para este tipo de material.
As aplicações potenciais abrangem várias áreas, desde as pás de ventiladores nos motores de avião aos sistemas de arrefecimento para centros de dados. Este avanço poderá permitir conceções mais leves e económicas em energia, com impactos interessantes para setores como os transportes ou a indústria.
A equipa científica deseja agora estender esta abordagem a outras ligas, abrindo novas perspetivas para o projeto de materiais de alto desempenho. De acordo com os especialistas citados na Advanced Materials, esta metodologia poderá alterar a maneira como produzimos peças metálicas elaboradas no futuro.
A eficácia da aprendizagem automática em ciência dos materiais
A aprendizagem automática permite acelerar a descoberta de novos materiais ao analisar rapidamente vastos conjuntos de dados. Em vez de testar cada combinação possível, os algoritmos identificam padrões e correlações entre as propriedades dos elementos. Esta abordagem reduz o tempo e os recursos necessários, ao direcionar as composições mais promissoras para simulações mais aprofundadas.
No domínio das ligas, estas ferramentas podem prever como a microestrutura evolui em função dos elementos adicionados. Ajudam, por exemplo, a compreender quais os ingredientes que favorecem a formação de precipitados nanométricos, que reforçam o material. Isto permite evitar muitas experiências infrutíferas e guia os investigadores para soluções ótimas.
Os mecanismos da solidificação rápida em impressão 3D
A solidificação rápida é um processo importante na impressão 3D metálica, nomeadamente com técnicas como a fusão em leito de pó por laser. Quando o metal fundido arrefece rapidamente, não tem tempo para formar estruturas grosseiras, o que conduz a microestruturas mais finas e mais densas. Estas características melhoram a resistência mecânica do material final.
No caso do alumínio, um arrefecimento acelerado impede o crescimento dos precipitados, minúsculas partículas que se formam durante a solidificação. Ao mantê-las a uma escala nanométrica, elas distribuem-se uniformemente e reforçam a liga em vez de a enfraquecer. Este fenómeno explica por que razão a impressão 3D pode produzir ligas mais sólidas do que as fabricadas tradicionalmente.