Ученые из Университета Джонса Хопкинса разрабатывают методы улучшения титановых сплавов с помощью искусственного интеллекта. Это позволит повысить прочность материалов и ускорить их производство для использования в космосе, на подводных лодках и в других высокотехнологичных сферах.
Производство деталей из титана для космических аппаратов, подводных судов и медицинских устройств традиционно требует значительных затрат и времени. Несмотря на достижения в области 3D-печати металлов, процесс настройки оптимальных параметров печати по-прежнему остаётся трудоёмким и длительным.
Оптимизация лазерного производства
По словам Морган Трекслер, руководителя программы «Наука о экстремальных и многофункциональных материалах» в Лаборатории прикладной физики (APL) при Университете Джонса Хопкинса, США необходимо ускорить производство для удовлетворения потребностей современной обороны. В связи с этим APL активно развивает исследования в области лазерного аддитивного производства, что позволяет оперативно разрабатывать материалы, соответствующие новым вызовам.
Применяя ИИ-моделирование, исследователи изучили новые параметры технологии лазерного сплавления порошка, одного из методов 3D-печати металлов. Их работа опровергла устоявшиеся представления о производстве титана, продемонстрировав возможность значительно расширить диапазон рабочих параметров, что ведёт к созданию более прочных и лёгких компонентов с настраиваемыми механическими характеристиками.
Как отметил один из авторов исследования Брэндан Крум, ранее считавшиеся нежелательными условия обработки теперь рассматриваются как перспективные. Благодаря использованию искусственного интеллекта команда смогла выявить новые режимы печати, обеспечивающие не только более высокую скорость производства, но и сохранение или даже улучшение прочностных характеристик материалов.
Разработка материалов для экстремальных условий
Помимо APL, учёные Инженерной школы Уитинга применяют ИИ-моделирование для прогнозирования поведения аддитивно изготовленных материалов в экстремальных условиях. Исследования, возглавляемые Сомнатом Гхошем в сотрудничестве с Университетом Карнеги-Меллон, направлены на ускорение сертификации новых материалов для космических миссий. Это дополнительно усиливает инициативы APL по совершенствованию титана.
Стив Сторк, ведущий научный сотрудник APL в области производственных технологий, отметил, что одним из главных препятствий для широкого внедрения аддитивного производства в оборонном секторе остаётся недостаточная доступность подходящих материалов. Титан — один из немногих сплавов, отвечающих высоким требованиям, но для большинства других материалов отсутствуют проверенные параметры обработки.
После нескольких лет исследований команда Сторка разработала систему ускоренной оптимизации материалов, получив патент в 2020 году и опубликовав в 2021 году исследование об устранении дефектов в журнале Johns Hopkins APL Technical Digest. Эти разработки легли в основу нового исследования, в котором машинное обучение позволило значительно повысить точность и эффективность производства.
«Мы открываем совершенно новые способы обработки материалов, расширяя границы возможного. Всего за короткое время мы нашли параметры, которые раньше считались невозможными, но теперь позволяют добиваться высочайших характеристик прочности и пластичности», — подчеркнул Сторк.
Эти открытия способны ускорить производство и повысить качество титановых изделий, что принесёт пользу авиационной, судостроительной, медицинской и оборонной отраслям, а также откроет новые горизонты для аддитивного производства.
