MLで5倍強いアルミ合金開発 3Dプリントにより航空機軽量化へ

米MITのエンジニアチームは、機械学習（ML）を活用し、従来の製法に比べ5倍の強度を持つ3Dプリント可能なアルミニウム合金を開発しました。この新合金は、航空機や高性能自動車部品の軽量化を加速させ、輸送産業における大幅なエネルギー節約に貢献すると期待されています。MLによる効率的な材料設計と積層造形（3Dプリント）技術の組み合わせが、高強度と耐熱性を両立させました。

従来、新しい合金を開発するには、100万通り以上の組成をシミュレーションする必要がありましたが、MLを導入することで、わずか40通りの組成評価で最適な配合を特定できました。複雑な要素が非線形に寄与する材料特性探索において、MLツールは設計空間の探索を劇的に効率化します。この手法は、今後の合金設計プロセス全体を変革する可能性を秘めています。

高強度を実現した鍵は、製造プロセスにあります。従来の鋳造では冷却に時間がかかり、合金の強度を左右する微細な析出物が大きく成長してしまいます。対照的に、チームが採用したレーザー粉末床溶融結合（LBPF）などの3Dプリント技術は、急速な冷却と凝固を可能にし、予測通りの高強度を持つ微細な析出物を安定的に生成しました。

新合金は、現行の最強の鋳造アルミニウム合金に匹敵する強度を持ち、さらにアルミニウム合金としては非常に高い400度Cまでの高温安定性を誇ります。これにより、ジェットエンジンのファンブレードなど、これまでチタンや複合材が使われていた部品への適用が可能になります。チタンより50%以上軽量かつ最大10分の1のコストで済むため、部品製造の収益性を高めます。

この3Dプリント可能な新合金は、複雑な形状の製造に適しており、航空機部品のほかにも、高性能自動車やデータセンターの冷却装置など、幅広い分野での利用が見込まれています。材料設計と積層造形の特性を組み合わせたこの新たな設計手法は、様々な産業における軽量化ニーズに対応し、革新的な製品開発の扉を開きます。