โลหะวิทยาเป็นศาสตร์ที่มีจุดอ่อนที่น่ารำคาญมาโดยตลอด นั่นคือ ถ้าคุณต้องการวัสดุที่มีความแข็งมาก คุณต้องยอมรับว่ามันจะเปราะ นี่คือปัญหาที่เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่ากับเหล็กกล้าอบชุบ ซึ่งสามารถรับน้ำหนักได้มหาศาล แต่เมื่อเผชิญกับการกระแทกอย่างกะทันหันและไม่คาดคิด มันก็จะแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยเหมือนแก้ว อย่างไรก็ตาม ทีมวิทยาศาสตร์จาก Georgia Tech ได้ตัดสินใจว่าถึงเวลาแล้วที่จะต้องแก้ไขปัญหานี้ และพวกเขาได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาที่ตรงจุดโดยใช้... การพิมพ์ 3 มิติด้วยเลเซอร์กำลังสูง เพื่อสร้างสิ่งที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้จนถึงตอนนี้
กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการผสมอะลูมิเนียม โคบอลต์ โครเมียม เหล็ก และนิกเกลในปริมาณเท่าๆ กัน โดยใช้เทคนิคการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (additive manufacturing) พวกเขาได้หลอมและทำให้ธาตุเหล่านี้เย็นตัวลงอย่างรวดเร็วจนอะตอมไม่มีเวลาแข็งตัว ผลลัพธ์ที่ได้คือสารประกอบที่ไม่เพียงแต่... ทนทานกว่าถึงสามเท่า นอกจากจะมีวัสดุที่เรามักใช้ในเตาหลอมแบบดั้งเดิมแล้ว ยังมีความยืดหยุ่นที่จำเป็นในการดูดซับแรงกระแทกโดยที่ชิ้นงานไม่แตกเป็นสองท่อนในโอกาสแรกอีกด้วย
โครงสร้างภายในที่ช่วยดูดซับแรงกระแทก
เคล็ดลับความสำเร็จครั้งนี้ไม่ได้อยู่ที่แค่รายการส่วนผสม แต่ขึ้นอยู่กับวิธีการปรุงแต่งส่วนผสมในเครื่องพิมพ์ แทนที่จะใช้แม่พิมพ์แบบดั้งเดิม ซึ่งโลหะจะเย็นตัวลงอย่างช้าๆ และก่อให้เกิดความเครียดภายใน กลับใช้ [ไม่ชัดเจน - อาจเป็น "กระบวนการเฉพาะ" หรือ "กระบวนการ"] แทน ระบบฐานผงโลหะลำแสงเลเซอร์ส่องผ่านผงโลหะ ทำให้ผงละลายและแข็งตัวเกือบจะในทันทีทีละชั้น กระบวนการนี้สร้างโครงข่ายภายในชนิดหนึ่ง หรือโครงสร้างจุลภาค ซึ่งเมื่อมองภายใต้กล้องจุลทรรศน์ จะดูคล้ายกับชั้นบัฟเฟอร์ระดับอะตอมที่ช่วยป้องกันไม่ให้รอยแตกขยายตัว
ด้วยการจัดเรียงอะตอมแบบนี้ ทำให้วัสดุดังกล่าวมีความต้านทานต่อการเสียรูป 1,3 กิกะปาสคาลข้อดีอย่างยิ่งของเรื่องนี้คือ เมื่อโลหะถูกกดดันอย่างรุนแรง แทนที่จะแตกหักทันที อะตอมจะจัดเรียงตัวใหม่เพื่อทนต่อแรงกดดันนั้น นี่ถือเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญสำหรับอุตสาหกรรม เพราะทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วนที่... พวกมันจะส่งสัญญาณเตือนเราด้วยการเสียรูปทรงก่อนที่จะแตกหัก อย่างสมบูรณ์ ซึ่งช่วยให้มีระยะเผื่อที่สำคัญในการหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุร้ายแรงในสถานที่ใดๆ ก็ตาม
ความปลอดภัยขั้นสูงสุดในเครื่องยนต์และกังหัน
หากเราลองคิดดูว่าวัสดุประเภทนี้มีความจำเป็นมากที่สุดในด้านใด การบินและภาคพลังงานถือเป็นภาคส่วนที่สำคัญที่สุด ภายในเครื่องยนต์ของเครื่องบินหรือกังหันไฟฟ้า ชิ้นส่วนต่างๆ ทำงานภายใต้ความเครียดและอุณหภูมิที่สูงมากอย่างต่อเนื่อง ด้วยการค้นพบนี้ ซึ่งได้รับการตีพิมพ์แล้วในวารสาร Nature อันทรงเกียรติ วิศวกรจึงสามารถออกแบบได้ รูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนโดยไม่มีรอยเชื่อมขจัดจุดอ่อนเหล่านั้นซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของปัญหาทางเทคนิคได้ในคราวเดียว
แนวคิดที่ว่าไม่จำเป็นต้องค้นหาโลหะใหม่และหายากในธรรมชาติอีกต่อไป แต่เพียงแค่... จัดเรียงสิ่งที่เราคุ้นเคยอยู่แล้วใหม่ ในอีกแง่มุมหนึ่งที่ชาญฉลาดกว่านั้น เทคโนโลยีนี้เปิดโอกาสใหม่ๆ มากมาย ด้วยความสามารถในการพิมพ์ชิ้นส่วนสุดท้ายได้โดยตรง ทำให้ประหยัดวัสดุ และทำให้เครื่องจักรมีน้ำหนักเบาและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ท้ายที่สุดแล้ว มันคือการใช้เทคโนโลยีเลเซอร์เพื่อ... เพื่อทำลายข้อจำกัดทางประวัติศาสตร์ของวิศวกรรม ซึ่งทำให้เราติดขัดเล็กน้อยในแง่ของความทนทานของชิ้นส่วนที่สำคัญ
เรากำลังเห็นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีครั้งสำคัญที่เปลี่ยนโฉมการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (additive manufacturing) ให้กลายเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับความปลอดภัยในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ โดยการผสมโลหะทั้งห้าชนิดนี้อย่างแม่นยำ ทำให้ได้โลหะผสมที่รวมความแข็งแกร่งสูงเข้ากับ... ความสามารถในการเปลี่ยนรูปที่น่าอิจฉาสิ่งที่เคยถูกมองว่าเป็นเรื่องในนิยายวิทยาศาสตร์ เทคนิคเลเซอร์นี้ช่วยให้การก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่มีความน่าเชื่อถือมากขึ้นในอนาคต แสดงให้เห็นว่ากุญแจสำคัญของความแข็งแกร่งไม่ได้อยู่ที่พละกำลังเพียงอย่างเดียว แต่ยังอยู่ที่... วิธีการจัดเรียงชิ้นส่วน ในระดับจุลภาค