Một nhóm các nhà nghiên cứu đã tìm ra phương pháp in 3D các hợp kim nhôm siêu nhẹ và có độ bền cao. Loại vật liệu mới này hứa hẹn sẽ tạo ra bước đột phá cho ngành luyện kim trên thế giới.
Làm việc với kim loại
Hợp kim nhôm là một vật liệu nhẹ và có độ bền cao nhưng lại không thể hàn. Nhiệt độ cao sinh ra trong quá trình hàn sẽ làm suy yếu hợp kim này, khiến cho mối hàn không được bền.
Nhưng các nhà nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm HRL, California, Mỹ đã tìm ra được một phương pháp hoàn toàn mới, cho phép họ in 3D hợp kim nhôm có độ bền cao và hàn các vật liệu không thể hàn được trước đây.
Chúng ta đang sử dụng lý thuyết hạt nhân 70 năm tuổi để giải quyết những vấn đề đã được 100 năm tuổi trong thế kỉ 21 đầy máy móc”, ông Hunter Martin - nhà nghiên cứu tại Trường Đại học California, cho biết.
Martin và cộng sự của mình là Santa Barbara thuộc phòng thí nghiệm Vật liệu và Cảm biến HRL đã đưa ra một phương pháp mà họ gọi là “chức năng hóa nano” (nanofunctionalization). Theo đó, bột chức năng hóa nano được cho vào máy in 3D, sau đó chuyển qua các lớp mỏng được nung nóng bởi laser để trở nên rắn lại và cuối cùng cho ra đời một vật thể ba chiều.
Những vật liệu được tạo ra bằng phương pháp này không hề bị nứt và có thể duy trì toàn bộ độ bền trong suốt quá trình nóng chảy và rắn lại. Điều này được thực hiện nhờ những hạt nano trong cấu trúc vi mô của hợp kim mới.
Mục tiêu đầu tiên của chúng tôi là tìm ra cách để loại bỏ hoàn toàn hiện tượng kim loại bị nứt trong quá trình nung nóng. Những cấu trúc siêu nhỏ và chúng tôi đang tìm cách để kiểm soát quá trình nóng lên của các vật liệu, nhà nghiên cứu Martin nói.
Cấu trúc bền và chắc
Các hợp kim có độ bền cao như nhôm - bao gồm các loại như Al7075 và Al6061 - hiện đang được sử dụng để chế tạo một số bộ phận của máy bay và phụ tùng ô tô. Tuy nhiên, hiện các phương pháp để tạo ra các hợp kim phần lớn đều tốn kém. Hơn nữa, với những phương pháp truyền thống, vật liệu cũng không được tận dụng một cách hiệu quả nhất.
Hiện tại, với kỹ thuật chức năng hóa nano mới của HRL, các nhà khoa học có thể in 3D những hợp kim có độ bền cao dưới mọi hình dạng và kích cỡ với quy mô lớn. Điều này giúp quá trình sản xuất những vật liệu có độ bền cao nhanh hơn, rẻ hơn và hiệu quả hơn.
Hơn nữa, quá trình in 3D cũng giống như kỹ thuật hàn nên phương pháp mới sẽ giúp hàn các hợp kim không thể hàn được trước đây.
Để xác định những phân tử kim loại nào có các tính chất cần thiết cho nghiên cứu, nhóm HRL đã nhờ tới sự giúp đỡ của phần mềm khoa học thông tin (Citrine Informatics). "Mục đích của việc sử dụng phần mềm là nhằm tiến hành một cách tiếp cận có chọn lọc, từ đó tìm ra nguyên liệu có những tính chất phù hợp với những yêu cầu chúng ta cần" - nhà nghiên cứu Brennan Yahata của HRL giải thích.
Chỉ cần cho máy biết chúng ta đang cần cái gì, bộ phân tích dữ liệu khổng lồ của chúng sẽ thu hẹp phạm vi của các tài liệu có sẵn - chỉ một số ít được chọn từ hàng trăm ngàn dữ liệu. "Chúng ta hoàn toàn có thể “mò kim dưới đáy bể" - ông cho biết thêm.