Ve světě výrobních technologií je 3D tisk hliníku krok, který čeká na průlom — a podle nového výzkumu se ten průlom právě odehrál. Tradičně se slitiny hliníku vyrábějí odléváním nebo tvářením, což omezuje jemnou kontrolu nad mikrostrukturou. Ale tým inženýrů z MIT použil kombinaci strojového učení a rapidního tavení (laser bed powder fusion) k vytvoření slitiny s velmi jemnými a hustě rozmístěnými částicemi – tzv. precipitáty – které zamezují dislokacím v kovu a výrazně zvyšují pevnost.

Namísto testování milionů možných kombinací použili algoritmus, který rychle vybral 40 slibných kompozic. Jedna z nich podle laboratorních testů překonala pevnost i odolnost litých ekvivalentů slitiny. Je až pětkrát odolnější než běžný hliník a při teplotách do 400 °C si udržuje stabilní strukturu. 

Důležité je, že tisknutý materiál zachovává jemnou mikrostrukturu díky extrémně rychlému ochlazení v procesu tisku – to brání růstu větších precipitátů, které by oslabovaly materiál. V praxi to znamená, že konstrukce vyrobené tímto způsobem mohou být lehčí a zároveň odolnější než dnes běžné.

Přínos pro leteckou konstrukci je zřejmý: například lopatky ventilátorů leteckých motorů, které často používají titan kvůli jeho pevnosti, by mohly být nahrazeny tímto novým hliníkem. Titan je sice pevný, ale těžký a drahý – hliník je levnější a s touto novou slitinou může nabídnout výhodu v poměru pevnost/ hmotnost.

John Hart, profesor konstrukční techniky na MIT, poukázal, že 3D tisk umožňuje navrhovat složité geometrie, minimalizovat odpad a využít materiál tam, kde je potřeba. Tento tisknutelný hliník by mohl být použit v konstrukcích motorů, chladičích, lehkých rámcích či ventilátorech.

Mohadeseh Taheri-Mousavi, která vedla výzkum jako postdoktorandka, zdůraznila energetický přínos: lehčí komponenty vedou k nižší spotřebě paliva, což je v leteckém průmyslu klíčové.

Samotný tisk se prováděl technikou laser bed powder fusion (LBPF/LPBF) – prášková metoda, kde se tenké vrstvy kovového prášku taví laserem a vrstvy se navyšují. Klíčovým momentem je extrémně rychlé ochlazení vrstvy, které „zamrzne“ mikrostrukturu ve výhodném uspořádání.

Testy ukázaly, že nová slitina má větší objem velmi jemných precipitátů – které fungují jako překážky pro pohyb dislokací – a vykazuje výrazně vyšší smykovou a mez pevnosti než ekvivalentní odlitá slitina.

Tato inovace může změnit i proces certifikace v letectví – součásti 3D tištěné z nového hliníku mohou nahradit dnes běžné materiály, což by umožnilo lehčí a efektivnější designy. Ovšem regulační úřady, například FAA, budou muset přezkoumat procesy výroby, testování kvality, únavové chování a spolehlivost.

Občas se zdá, že hlavní omezení 3D tisku kovů bylo ve vlastnostech samotných materiálů. Nová slitina ukazuje, že při správném návrhu a mikrostruktuře lze překonat mnohé limity.

Výzvy ale stále existují: dlouhodobá stability, únavové chování při cyklickém zatížení, škálování výroby na větší komponenty, spolehlivost tisku bez defektů a certifikace pro běžné použití.

Když se tyto překážky podaří odstranit, může nás čekat éra, kdy letadla budou sestavována z modulárních 3D tištěných komponent s vysokou odolností a extrémně nízkou hmotností – motory s lehčími lopatkami, chladicí kanály s optimalizovaným designem, upravované tvary, které by jiné technologie neumožnily.

Tato nová slitina oznámila nový směr v materiálové inženýrské vědě – spojení výpočetního designu, strojového učení a pokročilé metalurgie. V praxi to znamená, že budoucí letadla a konstrukce mohou být lehčí, efektivnější, ekologičtější a ekonomičtější.