Japanski znanstvenici razvili su novu obitelj legura aluminija koje ruše dosadašnje metalurške dogme. Koristeći napredne metode 3D ispisa i miješajući elemente poput željeza, titana i mangana, stvorili su materijal koji zadržava snagu i elastičnost čak i pri temperaturi od 300 °C. Ovaj proboj izravno utječe na industrije koje ovise o lakim, ali čvrstim materijalima – prvenstveno automobilsku i zrakoplovnu.
Aluminij otporan na 300 °C: Prekretnica za inženjering
Aluminij je cijenjen zbog svoje lakoće i raspoloživosti, ali ima jednu povijesnu slabost: postaje krt i gubi snagu kada se zagrije. To je ograničavalo njegovu primjenu u ključnim dijelovima motora, turbina ili sustava izloženih stalnom zagrijavanju. Ipak, znanstvenici sa Sveučilišta u Nagoyi dokazali su da se metalnim 3D ispisom ne samo da mogu proizvoditi složeni elementi, već se i potpuno može promijeniti način na koji dizajniramo legure.
Japanski tim razvio je novu obitelj legura aluminija posebno prilagođenih za aditivne proizvodne procese. Rezultat: legure otporne na zagrijavanje, mehanički stabilne i potpuno reciklabilne, izrađene od dostupnih i jeftinih komponenti. Jedna od tih legura zadržava svoju izdržljivost i plastičnost čak i na kritičnih 300 °C, što je izvanredno postignuće. Njihov je rad objavljen u časopisu Nature Communications.
Kako 3D ispis rješava problem slabosti aluminija
Ključ napretka leži u revidiranju klasičnih dogmi metalurgije. Dizajn ovih legura temelji se na korištenju željeza, elementa koji se tradicionalno izbjegava u aluminiju jer ga čini krtim i sklonijim koroziji. U normalnim uvjetima, to je istina. Ali ovdje nastupa snaga 3D ispisa.
U procesima poput laserskog taljenja praškastih slojeva (SLM), rastaljeni metal se hladi ekstremno velikom brzinom, stvrdnjavajući se u sekundama. Ovo ultra-brzo hlađenje narušava uobičajena pravila: stvaraju se metastabilne faze koje se ne pojavljuju u tradicionalnoj proizvodnji. Drugim riječima, atomi „zapnu” u novim konfiguracijama koje materijalu daju posve drugačija svojstva.
Koristeći ovaj fenomen, tim je pažljivo odabrao elemente – uključujući željezo, mangan i titan – kako bi ojačao unutarnju strukturu aluminija bez narušavanja njegove obradivosti. Najperspektivnija legura, sastavljena od aluminija, željeza, mangana i titana (Al-Fe-Mn-Ti), nadmašuje ostale 3D tiskane aluminije. Kombinira visoku čvrstoću pri visokim temperaturama s duktilnošću (fleksibilnošću) na sobnoj temperaturi. To je teška, ali iznimno tražena ravnoteža.
Implikacije za Hrvatsku i globalnu industriju
Potencijalni utjecaj je golem. Ovi se materijali mogu koristiti za proizvodnju laganih komponenti koje rade pod visokim zagrijavanjem, poput rotora kompresora ili dijelova turbina, gdje su se dosad morali koristiti teži ili skuplji materijali. Smanjenje težine u automobilima, kamionima ili industrijskoj opremi znači manju potrošnju energije tijekom cijelog životnog vijeka vozila.
- Automobilska industrija: Lakši dijelovi motora i šasije dovode do smanjene potrošnje goriva (konvencionalna vozila) ili povećanog dometa (električna vozila).
- Zrakoplovstvo: Svaki kilogram je bitan. Dostupnost laganog i temperaturno otpornog aluminija otvara nove mogućnosti za motore i pomoćne sustave, rezultirajući manjom potrošnjom goriva i manjim emisijama.
- Održivost: Budući da je riječ o reciklabilnom aluminiju, ovo se savršeno uklapa u model kružnog gospodarstva.
Osim specifičnih primjena, ovo istraživanje pruža temeljni okvir za stvaranje metala koji su od samog početka namijenjeni za 3D ispis. Takav pristup može ubrzati razvoj materijala u mnogim sektorima, od energetike do proizvodnje.
Potencijal 3D ispisa za budućnost mobilnosti
Ove nove legure mogu realno doprinijeti učinkovitijoj mobilnosti, smanjujući masu bez kompromisa u pogledu sigurnosti i trajnosti. Također se odlično uklapaju u industrijski model gdje lokalni 3D ispis smanjuje troškove transporta, nepotrebne zalihe i prekomjernu proizvodnju, što je posebno relevantno u manjim gospodarstvima poput Hrvatske. U srednjoročnom razdoblju, ovakav pristup može olakšati prijelaz na jednostavnija i lakša vozila s dijelovima precizno prilagođenima njihovoj funkciji.
