Una nuova lega di alluminio stampabile stabilisce record di resistenza e promette aerei più leggeri

Un gruppo di ingegneri del MIT ha sviluppato una lega di alluminio stampabile in 3D capace di resistere a temperature elevate e cinque volte più resistente rispetto all’alluminio tradizionale. Si tratta di un risultato che potrebbe rivoluzionare la produzione di componenti aeronautici, consentendo la realizzazione di parti più leggere, resistenti e meno costose.

La nuova lega nasce dalla combinazione di alluminio e altri elementi, selezionati attraverso un approccio innovativo che unisce simulazioni computazionali e intelligenza artificiale. Tradizionalmente, per individuare una lega ad alte prestazioni si dovrebbero testare oltre un milione di possibili combinazioni di materiali. Grazie al machine learning, i ricercatori sono riusciti a ridurre questa ricerca a soli 40 esperimenti mirati, individuando rapidamente una composizione ideale per una lega di alluminio ad alta resistenza e adatta alla stampa 3D.

Una volta realizzato il materiale, i test hanno confermato le previsioni: la lega stampabile possiede una resistenza paragonabile alle migliori leghe di alluminio ottenute tramite fusione tradizionale. Secondo gli studiosi, questa scoperta apre la strada alla produzione di componenti come le pale dei motori a reazione, oggi realizzate in titanio — un materiale più del 50% più pesante e fino a dieci volte più costoso. Sostituirlo con un alluminio avanzato e leggero potrebbe ridurre significativamente i consumi energetici nel settore dei trasporti.

«Se possiamo utilizzare materiali più leggeri e resistenti, il risparmio energetico per l’industria dei trasporti sarebbe enorme», spiega Mohadeseh Taheri-Mousavi, che ha guidato la ricerca al MIT e oggi insegna alla Carnegie Mellon University. John Hart, direttore del Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT, aggiunge: «La stampa 3D consente geometrie complesse e riduce gli sprechi. Questa lega potrà essere impiegata anche in pompe per il vuoto, auto di fascia alta e sistemi di raffreddamento per data center».

Dalla simulazione alla realtà

Il progetto è nato da un corso del MIT nel 2020, tenuto dal professor Greg Olson, durante il quale gli studenti imparavano a progettare leghe metalliche ad alte prestazioni tramite simulazioni. Olson lanciò una sfida: creare una lega di alluminio più resistente di qualsiasi altra stampabile allora esistente. I tentativi iniziali non portarono ai risultati sperati, ma Taheri-Mousavi intuì che l’intelligenza artificiale poteva superare i limiti dei metodi tradizionali.

Usando algoritmi di apprendimento automatico, la ricercatrice ha analizzato le proprietà degli elementi e individuato correlazioni che permettessero di ottenere una microstruttura ottimale: precipitati microscopici più piccoli e densi, in grado di aumentare notevolmente la resistenza meccanica. Con appena 40 simulazioni, il team ha individuato una “ricetta” di alluminio con prestazioni superiori a quelle ottenute in precedenza anche dopo milioni di tentativi manuali.

La stampa 3D come chiave di solidità

Per trasformare la lega in un materiale reale, i ricercatori hanno scelto la fusione a letto di polvere laser (Laser Powder Bed Fusion, LPBF), una tecnica di stampa 3D che deposita strati di polvere metallica e li fonde con un laser. Questo processo consente un raffreddamento estremamente rapido, che impedisce la crescita dei precipitati e garantisce una struttura più compatta e resistente.

Il gruppo ha prodotto una polvere metallica composta da alluminio e cinque altri elementi, poi inviata ai partner dell’Università di Paderborn, in Germania, per la stampa di campioni. I test condotti successivamente al MIT hanno mostrato che la lega stampata è risultata cinque volte più resistente di una versione fusa e il 50% più resistente rispetto alle leghe ottenute senza l’ausilio del machine learning. Inoltre, la lega mantiene la sua stabilità fino a 400 °C, un valore eccezionalmente alto per l’alluminio.

Un futuro leggero e sostenibile

Il team sta ora applicando lo stesso approccio basato sul machine learning per ottimizzare ulteriormente le proprietà della lega, come la resistenza alla corrosione e la conducibilità termica. «La nostra metodologia apre nuove strade a chiunque voglia progettare leghe per la stampa 3D», conclude Taheri-Mousavi. «Il mio sogno è che un giorno, guardando fuori dal finestrino di un aereo, i passeggeri possano vedere pale di motore costruite con la nostra lega di alluminio».