O tungsténio, o nióbio e o tântalo, os metais que definirão a próxima geração de tecnologia energética e de defesa, partilham um desafio comum: são notoriamente difíceis de processar e em grande parte provenientes de regiões geopoliticamente sensíveis.
À medida que o Reino Unido se esforça para reduzir a sua dependência de cadeias de abastecimento estrangeiras de materiais estratégicos, Universidade de Loughborough está a resolver ambos os problemas ao mesmo tempo, utilizando a tecnologia de feixe de electrões (EBM) para processar estes materiais internamente de uma forma que as plataformas convencionais não conseguem.
Os limites do laser e o caso da EBM
Uma década e meia gasta levando os sistemas baseados em laser ao seu limite deu ao Professor Attallah uma compreensão precisa do que esses sistemas não podem fazer. Certos metais, cobre, tungstênio, tântalo, molibdênio e nióbio, apresentam obstáculos físicos que o processamento a laser luta para superar: alguns são muito refletivos, outros exigem temperaturas além dos limites práticos e vários reagem destrutivamente quando expostos às condições atmosféricas.
A EBM aborda muitas dessas barreiras confinando o processo a um ambiente de vácuo, eliminando a interferência atmosférica para materiais reativos ao oxigênio e, ao mesmo tempo, gerando a densidade de potência necessária para metais no extremo do espectro de processamento. Essas características o tornam uma escolha pure para aplicações energéticas, aeroespaciais e de defesa, onde o desempenho do materials não é negociável.
O que tornou a plataforma do Freemelt atraente para Loughborough não foi apenas a sua capacidade técnica, mas o grau de controle que ela coloca nas mãos dos pesquisadores. Ao contrário dos sistemas industriais fechados, permite a modificação direta de variáveis de processo, testes de ligas não padronizadas e desenvolvimento de fluxos de trabalho inteiramente novos.
“A tecnologia de feixe de elétrons tem sucesso onde outras técnicas aditivas tiveram dificuldades”, disse o professor Attallah. “O sistema Freemelt se destaca por ser aberto, flexível e acessível aos pesquisadores. Permite experimentar parâmetros, explorar novas ligas e desenvolver processos impossíveis em plataformas comerciais fechadas.”
A arquitetura aberta também posiciona a plataforma para integração com otimização orientada por aprendizado de máquina, comprimindo os prazos de qualificação de materiais, ampliando a gama de ligas viáveis e melhorando a consistência da construção à medida que os requisitos evoluem.
Do laboratório à fronteira
Essa liberdade já está produzindo resultados. Os projectos activos incluem o desenvolvimento de componentes de tungsténio para infra-estruturas de fusão nuclear com Energia Tokamak e Metamórficopesquisa de materiais à base de nióbio para propulsão de espaçonaves e uma colaboração Reino Unido-Japão coordenada pelo Universidade de Birmingham examinando o comportamento da liga refratária e a absorção de oxigênio durante o processamento aditivo.
“Se quisermos construir reatores de fusão nuclear ou naves espaciais de próxima geração, precisamos de métodos de produção sustentáveis para materiais críticos”, disse o Professor Attallah. “A EBM não só permite isso, mas também oferece escalabilidade e eficiência para torná-lo viável.”
O momento dos materiais críticos no Reino Unido
O trabalho em curso em Loughborough não existe no vácuo. No governo e na indústria, a questão de como o Reino Unido obtém, processa e mantém o controlo sobre materiais críticos passou de uma nota de rodapé política para uma prioridade estratégica.
Em abril de 2025, o Ministério da Defesa publicou seu primeiro Estratégia de Fabricação Avançada de Defesaidentificando a produção aditiva como um pilar basic do planeamento a longo prazo das forças armadas britânicas e enfatizando o seu papel no reforço da resiliência da cadeia de abastecimento. O caso financeiro está documentado: um Unidade de Inovação em Defesa O relatório estimou que a impressão 3D de 15% do inventário de defesa do Reino Unido poderia economizar £ 110 milhões nos próximos 15 anos, com benefícios líquidos anuais potencialmente atingindo £ 35,5 milhões a partir de então.
O MoD traduziu a política em programas concretos. O Projeto TAMPA está estabelecendo um estrutura multifornecedor capaz de produzir peças metálicas mais fortes e leves no momento da necessidade, uma resposta direta à fragilidade da cadeia de abastecimento exposta pelos conflitos globais em curso. A produção aditiva também está a ser aplicada aos programas de submarinos nucleares do Reino Unido, incluindo os submarinos em serviço e o programa SSN(A), enquanto o Estabelecimento de Armas Atômicas usa a tecnologia para produzir componentes complexos.
A adoção do sistema Freemelt por Loughborough contribui para uma base crescente de usuários acadêmicos e industriais do Reino Unido, reforçando a posição do país na pesquisa de materiais avançados.
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A imagem em destaque mostra Professor Moataz Attallah (à esquerda) e Mohamed Mentioned – técnico de serviço da Freemelt. Foto by way of Freemelt.