Ricercatori UK al lavoro sull’interfaccia tungsteno-rame per i reattori a fusione: il progetto DIADEM punta sulla stampa 3D multi-metallo
Il problema industriale: unire tungsteno e rame senza creare un “punto debole”
Nei reattori a fusione, soprattutto nelle zone esposte al plasma, servono materiali che resistano a carichi termici e ambienti estremi. Il tungsteno è tra i candidati più studiati per la sua capacità di tollerare temperature elevate, mentre il rame (e alcune sue leghe) è prezioso perché trasferisce calore in modo efficace verso i sistemi di raffreddamento. La difficoltà è che tungsteno e rame hanno proprietà molto diverse: quando vengono accoppiati, differenze di dilatazione termica e comportamento meccanico possono generare cricche, vuoti e stress residui proprio lungo l’interfaccia, cioè nella zona più critica.
DIADEM: ricerca su “interfacce ingegnerizzate” e metamateriali per applicazioni di fusione
Il progetto citato nell’articolo si chiama DIADEM (Design of Interfaces for ADditively Engineered Metamaterials) ed è guidato dal Centre for Additive Manufacturing (CfAM) dell’University of Nottingham insieme alla United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA). La descrizione ufficiale del progetto indica l’obiettivo di sviluppare ricerca di base sulle interfacce e poi arrivare a prototipi mirati per applicazioni di fusione, testati in collaborazione con UKAEA.
Il finanziamento: cornice EPSRC “Adventurous Manufacturing”
DIADEM è finanziato all’interno dell’iniziativa EPSRC Adventurous Manufacturing, pensata per sostenere progetti ad alto rischio tecnico e con ambizioni di avanzamento significativo nelle tecnologie manifatturiere. Nel caso di DIADEM, la “scommessa” è rendere ripetibile l’unione additiva di metalli dissimili in un contesto (fusione) dove un difetto locale può compromettere prestazioni e durata del componente.
Partner industriali e di filiera: Rolls-Royce, MTC e Aerosint
Il progetto è supportato da partner che coprono applicazioni e industrializzazione: Rolls-Royce, The Manufacturing Technology Centre (MTC) e Aerosint sono citati come soggetti di supporto. La presenza di questo tipo di attori segnala che l’interesse non è solo accademico: l’obiettivo è creare metodi e dati utili a trasferire la stampa 3D multi-materiale verso componenti ad alte prestazioni impiegabili in contesti regolati e ad alta responsabilità.
La strada tecnica: Multi-Metal Laser Powder Bed Fusion e interfacce “progettate”
Per superare la barriera tungsteno-rame, il team punta su Multi-Metal Laser Powder Bed Fusion (MM-LPBF): l’idea è controllare deposizione e fusione degli strati in modo da limitare la formazione di difetti (cricche, porosità, discontinuità) all’interfaccia. Nella logica di DIADEM, la parola chiave è “design dell’interfaccia”: invece di un contatto netto tra due metalli incompatibili, si mira a interfacce ingegnerizzate che riducano concentrazioni di tensione e migliorino il trasferimento di calore.
Il contesto UKAEA: il laboratorio “dual-process” e la generazione di dati su tungsteno e leghe di rame
UKAEA sta costruendo una base sperimentale dedicata alla manifattura per la fusione presso il Central Support Facility (CSF) a Culham. Viene indicato l’uso combinato di due piattaforme: una macchina electron beam powder bed fusion Freemelt eMELT e un sistema laser SLM Solutions / Nikon SLM Solutions SLM 280, con l’obiettivo di studiare, validare e rendere più robusti i build che coinvolgono tungsteno e leghe come CuCrZr (rame-cromo-zirconio). In parallelo, UKAEA ha incaricato Kingsbury e Additure per fornire tecnologia e competenze, incluse formazione e supporto alla progettazione per metalli refrattari.
Perché conta: componenti fronte-plasma, carichi estremi e obiettivo STEP 2040
La motivazione applicativa è diretta: nei reattori a fusione i componenti esposti al plasma subiscono flussi di calore elevati, forze elettromagnetiche e bombardamento neutronico, quindi l’interfaccia tra materiali deve essere stabile nel tempo. L’articolo collega l’impatto potenziale di questi risultati anche al programma britannico STEP (Spherical Tokamak for Energy Production), che mira a una centrale prototipo con obiettivo operativo indicato per il 2040. In questa prospettiva, riuscire a produrre in modo affidabile componenti multi-materiale può diventare un tassello della strategia industriale UK sulla fusione.
