AMAZEMET e Fusion for Energy: materiali avanzati e stampa 3D metallica per i componenti dei reattori a fusione

Fusion for Energy (F4E), l’organizzazione europea responsabile del contributo dell’Unione Europea al progetto ITER, ha sottoscritto un accordo di collaborazione quinquennale con AMAZEMET, azienda polacca specializzata nella produzione di polveri metalliche, nello sviluppo di leghe e nella fabbricazione additiva. L’intesa, annunciata il 30 settembre 2026, punta a mettere in relazione le competenze industriali della società di Varsavia con i requisiti tecnologici dei futuri componenti per la fusione nucleare, concentrandosi su materiali avanzati, tecnologie di giunzione, rivestimenti, metodi di produzione e procedure di qualificazione.

L’accordo nasce dalla Call for Expression of Interest promossa da Fusion for Energy per ampliare il coinvolgimento delle imprese private nella filiera europea della fusione. Non prevede un trasferimento di finanziamenti tra le parti e non costituisce un contratto per la fornitura di componenti a ITER. Le eventuali attività tecniche, i programmi sperimentali e le responsabilità operative saranno definiti attraverso accordi separati. Questa distinzione è importante: l’intesa offre ad AMAZEMET un canale di confronto diretto con gli specialisti europei della fusione, ma non certifica automaticamente la sua tecnologia per l’impiego nei reattori nucleari.

Il valore industriale dell’operazione riguarda soprattutto un problema ancora aperto nella progettazione dei reattori: come produrre componenti capaci di lavorare in presenza di elevati flussi termici, radiazioni neutroniche, carichi ciclici e forti differenze di comportamento tra materiali metallici accoppiati. La produzione additiva può contribuire alla realizzazione di geometrie e strutture multimateriale difficili da ottenere con metodi convenzionali, ma richiede processi metallurgici controllati e procedure di qualificazione molto più complesse di quelle necessarie per un componente industriale ordinario.

Chi è AMAZEMET e perché interessa a Fusion for Energy

AMAZEMET è stata fondata nel 2019 come spin-off della Warsaw University of Technology, il Politecnico di Varsavia. L’azienda è guidata da Łukasz Żrodowski, cofondatore e amministratore delegato, e opera nello sviluppo di tecnologie per la produzione di polveri metalliche, nella ricerca metallurgica e nelle applicazioni avanzate dell’additive manufacturing.

Una delle sue competenze principali è l’atomizzazione ultrasonica dei metalli, utilizzata per produrre quantità relativamente contenute di polveri con composizioni personalizzate. È una capacità interessante per settori nei quali le leghe commercialmente disponibili non soddisfano completamente i requisiti applicativi oppure vengono richieste composizioni sperimentali difficili da ottenere attraverso fornitori convenzionali.

AMAZEMET commercializza la piattaforma rePOWDER, un sistema modulare che permette di fondere e atomizzare leghe metalliche utilizzando differenti sorgenti termiche e dispositivi ultrasonici. La società sviluppa inoltre attrezzature per trattamenti termici, ricerca su materiali e preparazione di feedstock per diversi processi di produzione additiva.

La possibilità di produrre piccoli lotti di polvere è particolarmente rilevante nella ricerca per la fusione. Materiali come tungsteno, leghe refrattarie, composizioni a elevata entropia e sistemi metallici progettati per ambienti estremi possono richiedere numerose iterazioni sperimentali prima di raggiungere caratteristiche adeguate.

Procurarsi ogni volta grandi quantità di polvere mediante atomizzazione industriale può essere economicamente poco conveniente. Un processo di atomizzazione su scala di laboratorio consente invece di modificare la composizione, produrre un lotto sperimentale, caratterizzarlo e verificare successivamente il comportamento del materiale durante la stampa.

Cinque ambiti di collaborazione, senza un programma produttivo già assegnato

Il memorandum sottoscritto da Fusion for Energy e AMAZEMET individua cinque aree principali: materiali avanzati e nuovi metodi produttivi; requisiti specifici dei materiali per la fusione; tecnologie di fabbricazione, giunzione e rivestimento; prove e qualificazione; codici e standard tecnici.

Non si tratta di cinque progetti già finanziati o di cinque linee produttive assegnate all’azienda polacca. Sono gli ambiti nei quali le parti intendono condividere informazioni, conoscenze specialistiche ed esperienze.

Il significato di questo scambio emerge dalle dichiarazioni di Łukasz Żrodowski, secondo il quale la fusione impone requisiti che molte industrie non incontrano normalmente, soprattutto per l’esposizione simultanea a calore e neutroni e per la necessità di combinare materiali differenti nello stesso componente.

Per AMAZEMET, il confronto con F4E permette di conoscere questi requisiti durante la loro definizione, invece di riceverli soltanto quando vengono trasformati in specifiche di fornitura.

Pierre-Yves Chaffard, Senior Projects Adviser di Fusion for Energy, ha evidenziato il potenziale contributo delle competenze di AMAZEMET e il valore dell’esperienza maturata da F4E nel progetto ITER per indirizzare lo sviluppo di nuove soluzioni industriali.

L’elemento interessante è quindi l’integrazione anticipata tra ricerca sui materiali e requisiti di progettazione. In un settore ancora caratterizzato da numerose tecnologie in sviluppo, definire contemporaneamente materiale, processo e criteri di verifica può essere più efficace rispetto al tentativo di adattare successivamente prodotti già esistenti.

Il problema della prima parete dei reattori a fusione

Uno degli esempi citati da Fusion for Energy riguarda la first wall, cioè la prima parete rivolta verso il plasma all’interno della camera del reattore.

Nei tokamak il plasma non deve entrare normalmente in contatto diretto con le superfici solide, perché viene confinato attraverso campi magnetici. Ciò non elimina però l’esposizione dei componenti interni a flussi termici, particelle energetiche, radiazione elettromagnetica e, nelle configurazioni deuterio-trizio, neutroni ad alta energia.

I componenti rivolti verso il plasma devono quindi combinare caratteristiche difficili da ottenere con un unico materiale. La superficie esposta richiede elevata resistenza termica e un comportamento adeguato rispetto all’erosione e all’interazione con il plasma. Le regioni sottostanti devono trasferire efficacemente il calore verso un circuito di raffreddamento e sopportare le sollecitazioni meccaniche e termiche associate al funzionamento.

Il tungsteno è uno dei materiali di maggiore interesse per le superfici esposte a condizioni particolarmente severe. Presenta una temperatura di fusione molto elevata, circa 3.422 °C, ed è caratterizzato da bassa erosione per sputtering in determinate condizioni operative.

Queste proprietà non lo rendono però un materiale semplice da utilizzare. Il tungsteno è difficile da lavorare, può presentare comportamento fragile in determinati intervalli di temperatura e può sviluppare cricche durante processi caratterizzati da gradienti termici elevati.

Per evacuare il calore vengono invece impiegati materiali con elevata conducibilità termica, come il rame e alcune sue leghe, tra cui CuCrZr, una lega rame-cromo-zirconio utilizzata in componenti ad alto flusso termico.

La difficoltà nasce dall’accoppiamento tra materiali con proprietà molto differenti.

Tungsteno e rame: il problema dell’interfaccia

Tungsteno e rame presentano coefficienti di dilatazione termica sensibilmente diversi. Quando un componente costituito da entrambi viene riscaldato e raffreddato ripetutamente, i due materiali tendono a espandersi e contrarsi in misura differente.

Questa incompatibilità può generare tensioni concentrate nella zona di giunzione, favorendo deformazioni, cricche e delaminazioni. Il problema diventa particolarmente importante quando il componente è sottoposto a numerosi cicli termici e deve mantenere una buona conduzione del calore attraverso l’interfaccia.

Le tecniche convenzionali di giunzione includono brasatura, diffusione allo stato solido e altri processi metallurgici specializzati. Ciascuna presenta vincoli relativi alla temperatura di processo, alla composizione dei materiali, alla geometria e alla qualità del collegamento.

Una giunzione tra tungsteno e rame non deve soltanto resistere meccanicamente. Deve anche trasferire il calore con perdite limitate, mantenere un comportamento stabile dopo l’irraggiamento e sopportare le sollecitazioni cicliche senza sviluppare difetti critici.

È in questo ambito che la produzione additiva potrebbe offrire possibilità interessanti.

Come la produzione additiva potrebbe contribuire alle strutture multimateriale

Alcuni processi di additive manufacturing consentono di depositare materiali differenti in regioni specifiche del componente. Le tecnologie Directed Energy Deposition (DED), per esempio, possono utilizzare polveri alimentate localmente e in determinate configurazioni permettono di cambiare composizione durante la deposizione.

Questo apre la possibilità di produrre strutture con una transizione progressiva tra materiali differenti, invece di creare un’interfaccia brusca tra due metalli.

Una distribuzione graduale della composizione potrebbe ridurre alcune concentrazioni di tensione legate alla differenza di dilatazione termica. Tuttavia, una transizione composizionale continua non garantisce automaticamente una giunzione migliore. È necessario verificare la formazione di fasi indesiderate, la solubilità reciproca, la porosità, la qualità metallurgica e la stabilità della microstruttura.

Nel sistema rame-tungsteno la difficoltà è accentuata dalla limitata miscibilità e dalle forti differenze di temperatura di fusione e proprietà termofisiche.

La produzione additiva può inoltre contribuire a realizzare canali di raffreddamento integrati, geometrie ottimizzate per lo scambio termico e strutture progettate per distribuire meglio le sollecitazioni. Ma l’efficacia di queste soluzioni deve essere dimostrata attraverso simulazioni, prove sperimentali e validazione nelle condizioni operative previste.

Il memorandum AMAZEMET-F4E non annuncia la realizzazione di una specifica first wall multimateriale mediante stampa 3D. Identifica invece un ambito tecnologico nel quale le competenze dell’azienda polacca potrebbero contribuire a programmi futuri.

L’atomizzazione ultrasonica come strumento per sviluppare nuove leghe

La tecnologia più caratteristica di AMAZEMET è l’atomizzazione ultrasonica.

Nel processo, il metallo viene portato allo stato liquido e alimentato su una superficie soggetta a vibrazioni ultrasoniche. Quando l’ampiezza delle oscillazioni supera determinate condizioni, sulla superficie del liquido si formano onde capillari che possono espellere piccole gocce di metallo.

Le gocce solidificano nell’atmosfera controllata, generando particelle metalliche utilizzabili come feedstock.

Rispetto all’atomizzazione a gas convenzionale, l’atomizzazione ultrasonica può risultare interessante soprattutto per piccoli lotti e attività sperimentali. Non deve però essere considerata automaticamente superiore in termini di produttività industriale o costo unitario per grandi volumi.

La dimensione delle particelle dipende dalla frequenza di vibrazione, dalle proprietà fisiche del metallo liquido e dai parametri di processo.

AMAZEMET indica, nella documentazione commerciale della piattaforma rePOWDER, distribuzioni granulometriche indicative differenti in funzione della frequenza:

Questi valori sono intervalli indicativi dichiarati dal produttore, non specifiche garantite per qualsiasi lega. Tensione superficiale, viscosità, densità e caratteristiche di solidificazione possono modificare la distribuzione granulometrica.

AMAZEMET dichiara inoltre che, in determinate condizioni, fino all’80% della polvere prodotta può rientrare nella frazione dimensionale desiderata. Anche questa percentuale deve essere riferita alla combinazione materiale-processo utilizzata e non generalizzata a tutti i metalli.

Perché le piccole quantità di polvere contano nella ricerca nucleare

La produzione di polveri su scala sperimentale è importante quando occorre studiare sistemi metallici non convenzionali.

Nel settore della fusione possono essere necessari materiali con una combinazione molto specifica di conducibilità, comportamento termomeccanico, resistenza all’irraggiamento e stabilità metallurgica.

Un programma di ricerca potrebbe richiedere la preparazione di composizioni leggermente differenti, seguita da caratterizzazione chimica, misurazione della granulometria, prove di scorrevolezza e successive sperimentazioni LPBF o DED.

AMAZEMET dispone di un servizio di atomizzazione a richiesta, introdotto commercialmente nel luglio 2025, con lotti minimi dichiarati a partire da circa 50 grammi e progetti con budget iniziale nell’ordine di 1.000 euro. Queste condizioni appartengono all’offerta commerciale generale dell’azienda e non rappresentano il valore economico dell’accordo con F4E.

La disponibilità di piccoli lotti rende più accessibili le fasi iniziali dello sviluppo metallurgico, ma non risolve il problema della qualificazione di un materiale. Una polvere adatta a una sperimentazione non è automaticamente adatta a produrre componenti per un reattore.

È necessario valutare composizione, contaminazione da ossigeno e altri elementi, forma e distribuzione granulometrica, scorrevolezza, densità apparente e comportamento durante la fusione.

La differenza tra sviluppare una polvere e qualificare un componente

Per un componente destinato a un reattore a fusione, la qualificazione richiede molto più della semplice dimostrazione che la lega può essere stampata.

Un processo LPBF, per esempio, deve essere valutato in termini di densità, microstruttura, difetti interni, orientamento di costruzione, tensioni residue e variazioni delle proprietà dopo trattamenti termici.

Nel settore della fusione bisogna considerare ulteriori variabili, tra cui esposizione neutronica, variazioni microstrutturali indotte dall’irraggiamento, fragilizzazione, comportamento a fatica termica e compatibilità con il fluido refrigerante.

Per alcune applicazioni è inoltre necessario analizzare il trasporto e la permeazione del trizio, le modificazioni della composizione dovute alle reazioni nucleari e il comportamento nel lungo periodo.

La qualifica deve riguardare il sistema effettivamente prodotto: materiale di partenza, processo di fabbricazione, trattamenti successivi, geometria e condizioni operative.

Un laboratorio può dimostrare la realizzabilità di un campione multimateriale senza aver ancora raggiunto il livello di affidabilità richiesto per un componente di ITER.

È quindi significativo che il memorandum tra AMAZEMET e F4E includa esplicitamente testing, qualification, codes and standards. La produzione additiva può entrare nella filiera della fusione soltanto quando le capacità geometriche e metallurgiche vengono accompagnate da metodi di verifica adeguati.

Il ruolo di Fusion for Energy nel progetto ITER

Fusion for Energy è l’impresa comune europea istituita per gestire il contributo dell’Unione Europea a ITER e sostenere lo sviluppo delle tecnologie necessarie alla fusione.

ITER è un grande impianto sperimentale internazionale in costruzione a Saint-Paul-lez-Durance, nel sud della Francia. Il suo obiettivo è dimostrare su scala significativa la fattibilità scientifica e tecnologica della fusione magneticamente confinata.

ITER non è una centrale elettrica commerciale e non è progettato per immettere elettricità nella rete. Il programma deve invece sviluppare conoscenze e tecnologie utili a future generazioni di impianti.

La partecipazione europea comprende numerosi componenti complessi, sistemi di supporto e attività di ingegneria che coinvolgono imprese, università e centri di ricerca.

Il coinvolgimento di aziende come AMAZEMET risponde alla necessità di ampliare le competenze industriali disponibili, soprattutto nei settori nei quali i requisiti futuri non possono essere soddisfatti semplicemente acquistando componenti commerciali già esistenti.

Dal tungsteno alle leghe refrattarie: quali materiali possono interessare la fusione

I materiali per la fusione comprendono famiglie molto differenti.

Il tungsteno è importante per superfici soggette a carichi termici elevati. Il rame e le leghe rame-cromo-zirconio possono essere impiegati nelle regioni nelle quali è necessario trasferire calore verso i sistemi di raffreddamento.

Acciai ferritico-martensitici a ridotta attivazione, come EUROFER97, sono studiati per applicazioni strutturali nelle quali il comportamento sotto irraggiamento e la gestione dell’attivazione radioattiva rappresentano fattori critici.

Le leghe refrattarie e alcune composizioni multicomponente ad alta entropia sono invece oggetto di ricerca per la possibilità di combinare stabilità microstrutturale e proprietà utili in ambienti severi.

Non tutte queste famiglie sono allo stesso livello di maturità tecnologica e non tutte sono destinate alle stesse parti del reattore.

AMAZEMET presenta la propria tecnologia di atomizzazione come utilizzabile anche per leghe ad alta entropia e materiali refrattari. Questo rende plausibile un contributo alla ricerca sui feedstock per la fusione, ma non equivale a dichiarare che l’azienda disponga già di un materiale qualificato per applicazioni nucleari.

Il confronto con le attività britanniche di UKAEA

La collaborazione europea si inserisce in un contesto più ampio di utilizzo dell’additive manufacturing per componenti esposti al plasma.

Nel Regno Unito, la United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA) ha investito in sistemi di produzione additiva metallica destinati alla ricerca su componenti per la fusione, coinvolgendo aziende come Freemelt, Nikon SLM Solutions, Kingsbury Machine Tools e Additure.

Tra le tecnologie considerate figura la deposizione e fusione di tungsteno su substrati metallici differenti, tra cui CuCrZr, acciaio inossidabile ed EUROFER97.

L’obiettivo è esplorare modalità produttive che possano ridurre alcune delle difficoltà associate alla giunzione convenzionale di materiali dissimili.

La differenza rispetto all’accordo F4E-AMAZEMET è sostanziale. Nel caso britannico sono stati commissionati e introdotti sistemi fisici di produzione additiva per attività sperimentali. Nell’intesa con AMAZEMET, invece, viene stabilito anzitutto un quadro di cooperazione e scambio tecnico.

Il confronto mostra che la produzione additiva multimateriale rappresenta un’area di interesse concreta per il settore della fusione, ma non permette di attribuire ad AMAZEMET attività già svolte da altri operatori.

I limiti industriali della produzione additiva per la fusione

La fabbricazione additiva offre alcuni vantaggi potenziali: maggiore libertà geometrica, possibilità di realizzare canali interni complessi, riduzione di determinate operazioni di assemblaggio e sviluppo di architetture multimateriale.

Tuttavia, la produzione di componenti nucleari introduce vincoli particolarmente severi.

La presenza di porosità, difetti lack-of-fusion o cricche può compromettere il comportamento meccanico e termico. La rugosità interna può influenzare il flusso del refrigerante. Le tensioni residue possono generare deformazioni durante il trattamento termico oppure durante l’esercizio.

Le proprietà anisotrope tipiche di diversi processi additivi richiedono una caratterizzazione specifica. La difficoltà aumenta quando il componente contiene più materiali e quindi interfacce con comportamenti termomeccanici differenti.

Bisogna inoltre considerare la scalabilità. Un processo che permette di fabbricare un piccolo campione di laboratorio non è necessariamente in grado di produrre componenti di grandi dimensioni con caratteristiche ripetibili.

La qualificazione di ogni nuova combinazione materiale-processo può richiedere prove costose, tempi lunghi e una documentazione estesa.

Per questo la produzione additiva deve essere valutata non soltanto in termini di geometrie realizzabili, ma anche di affidabilità, ispezionabilità, ripetibilità e costi complessivi del ciclo produttivo.

Una collaborazione industriale, non ancora una fornitura per ITER

L’accordo tra Fusion for Energy e AMAZEMET ha una durata prevista di cinque anni. Il suo contenuto pubblico identifica aree di cooperazione, ma non stabilisce un valore economico, un numero di componenti da produrre o un programma sperimentale già assegnato.

Non è stato annunciato alcun trasferimento di fondi tra le parti.

Questa caratteristica distingue il memorandum da una commessa industriale e anche da un progetto di ricerca già finanziato. Le attività specifiche potranno nascere successivamente, quando le parti avranno definito obiettivi, responsabilità e strumenti contrattuali.

L’aspetto più rilevante riguarda la possibilità per AMAZEMET di orientare le proprie competenze sui materiali verso problemi tecnologici concreti identificati da F4E.

L’accesso anticipato ai requisiti può facilitare lo sviluppo di nuove composizioni metalliche, tecniche di giunzione, trattamenti superficiali e metodi di qualificazione.

Resta però necessario dimostrare che tali soluzioni possano essere trasferite dal laboratorio a processi produttivi ripetibili.

Una nuova opportunità per la filiera europea dei materiali avanzati

La partecipazione di AMAZEMET alla rete di collaborazione di Fusion for Energy mostra come la ricerca per la fusione stia coinvolgendo anche imprese specializzate in tecnologie relativamente circoscritte, ma cruciali per lo sviluppo dei componenti.

Nel caso dell’azienda polacca, queste competenze riguardano soprattutto la preparazione di polveri metalliche personalizzate, l’atomizzazione ultrasonica, la ricerca sulle leghe e il supporto alla produzione additiva.

Non è possibile sapere, sulla base del memorandum, quali prodotti o tecnologie verranno effettivamente sviluppati nei prossimi cinque anni. Il risultato immediato è l’apertura di un rapporto strutturato con Fusion for Energy, attraverso il quale le esigenze tecnologiche della fusione potranno essere confrontate direttamente con le capacità di ricerca e produzione dell’azienda.

La questione industriale più importante non riguarda quindi l’impiego generico della stampa 3D nei reattori, ma la possibilità di costruire una filiera capace di sviluppare, produrre, caratterizzare e qualificare materiali metallici che oggi presentano ancora difficoltà di lavorazione e giunzione.

Per la fabbricazione additiva si tratta di un ambito applicativo nel quale le competenze metallurgiche e il controllo delle interfacce possono essere almeno altrettanto importanti della capacità di realizzare geometrie complesse.

Dati principali dell’accordo

Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).