نجح باحثون في تطوير نوع جديد من الفولاذ باستخدام الذكاء الاصطناعي، يتميز بقوة عالية ومرونة كبيرة ومقاومة للصدأ، ما قد يُحدث تحولا كبيرا في تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد والصناعات المتقدمة.

مشكلة تقليدية في صناعة الفولاذ

عادةً ما تواجه صناعة الفولاذ تحديا أساسيا يتمثل في تحقيق التوازن بين خاصيتين متعارضتين:

زيادة القوة تؤدي غالبًا إلى هشاشة المعدن

زيادة المرونة تؤدي إلى ضعف القوة

لكن السبيكة الجديدة تمكنت من الجمع بين هاتين الخاصيتين، وهو إنجاز نادر في علم المواد.

كيف ساعد الذكاء الاصطناعي؟

اعتمد الباحثون على إدخال بيانات تشمل 81 خاصية فيزيائية للمعادن إلى نظام ذكاء اصطناعي، مثل:

حجم الذرات

سلوك الإلكترونات

سرعة الصوت داخل المعدن

وقام النظام بتحليل هذه البيانات لاكتشاف أنماط تساعد في تصميم سبيكة قوية ومرنة في الوقت نفسه.

مكونات السبيكة الجديدة

تم تطوير السبيكة باستخدام عناصر شائعة ومنخفضة التكلفة، أبرزها:

الحديد

الكروم

النيكل

المنغنيز

النحاس

السيليكون

الألمنيوم

الكربون

وهذا يجعل إنتاجها اقتصاديا وقابلا للتطبيق الصناعي الواسع.

تقنية التصنيع المستخدمة

استخدم الباحثون تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد متقدمة تُعرف باسم الترسيب بالطاقة الموجهة بالليزر (LDED)، والتي تعتمد على:

صهر مسحوق المعدن باستخدام الليزر

بناء الأجزاء طبقة تلو الأخرى

وتُستخدم هذه التقنية في:

صناعة الطيران

الصناعات العسكرية

الهندسة الثقيلة

تقليل الوقت والتكلفة

بعد الطباعة، احتاجت السبيكة إلى حوالي 6 ساعات فقط من المعالجة الحرارية، مقارنة بأيام في الأنواع التقليدية من الفولاذ عالي الأداء.

وهذا يؤدي إلى:

تقليل استهلاك الطاقة

خفض التكاليف

تسريع الإنتاج

سر القوة والمرونة

تعود خصائص السبيكة المميزة إلى:

جسيمات نانوية دقيقة داخل بنيتها

مناطق تمتص الصدمات وتمنع انتشار الشقوق

وهذا يسمح للمعدن بتحمل الضغط دون أن ينكسر بسهولة.

مقاومة عالية للصدأ

تتميز السبيكة أيضا بمقاومة ممتازة للتآكل، حيث:

يتم توزيع عنصر الكروم بشكل متساوٍ داخل المعدن

تساعد جزيئات النحاس في الحفاظ على هذا التوزيع

وهذا يمنع تكوّن نقاط ضعف قد تؤدي إلى الصدأ، ويجعل أداءها قريبا من الفولاذ المقاوم للصدأ.

أداء ميكانيكي متميز

أظهرت الاختبارات أن السبيكة تحقق:

قوة تصل إلى 1,730 ميغاباسكال

مرونة تصل إلى 15.5% قبل الكسر

وهو تحسن بنحو 30% مقارنة بالحالة الأولية بعد الطباعة.

تطبيقات صناعية واعدة

يمكن أن تُستخدم هذه السبيكة في العديد من المجالات، منها:

صناعة الطائرات الخفيفة والمتينة

المعدات العسكرية

توربينات الرياح البحرية

أنابيب النفط والغاز

الصناعات الهندسية الثقيلة.

يمثل هذا الابتكار خطوة مهمة في مجال المواد المتقدمة، حيث يتيح الذكاء الاصطناعي تصميم سبائك تجمع بين القوة والمرونة ومقاومة الصدأ بكفاءة عالية. ومن المتوقع أن يسهم هذا التطور في تحسين أداء المنتجات الصناعية وتقليل تكاليف الإنتاج في المستقبل القريب.