CIPMAF - Controlo Inteligente de Processo para Produção de Materiais Avançados por tecnologia DED Relevantes para Fusão Nuclear

O projeto tem como objetivo a investigação de estratégias de manufatura aditiva de um material com gradiente funcional (FGM), através de tecnologia de Deposição por Energia Direcionada com modelo de controlo em malha fechada, compatível com a sua aplicação em fusão nuclear. O projeto culminará com a produção de um monobloco para divertor com o FGM através de tecnologia DED e com a elaboração de um manual de FGM para FN. O consórcio pretende: - Investigar novas estratégias de manufatura aditiva de um FGM que possa reduzir o stress térmico na interface entre o material em contacto com o plasma (W) e a liga responsável pela retirada de calor do W (CuCrZr). Este FGM será baseado em ligas de alta entropia (HEAs), concebido para suportar a exposição ao plasma, combinando elevada resistência térmica, mecânica e à radiação. - Desenvolver um sistema avançado de controlo do processo DED, integrando uma câmara térmica e sensores adicionais, cujos dados serão processados por algoritmos de machine learning para ajuste automático em tempo real (controlo em malha fechada); - Produzir e validar um protótipo de monobloco, demonstrando a viabilidade tecnológica do processo DED na produção de componentes complexos e a capacidade do FGM desenvolvido para aplicação em reatores de fusão. Os objetivos SMART são: CI1: Nova composição química (Functional Graded Material –FGM9 de base High Entropy Alloys (HEAs)) -S: Imprimir um FGM como (Sistema)1-xWx otimizado para aplicação em reatores de FN. -M: Caracterização da qualidade dos FGM produzidos, através da avaliação das suas propriedades: densidade (bulk) > 99%, condutividade térmica semelhante ao W ou CuCrZr, não apresentando high temperature softening nem DBTT à temperatura de serviço. -A: O grande desafio é a existência de diferentes temperaturas de fusão, coeficientes de expansão térmica e incompatibilidade de condutividade térmica entre os seus constituintes, que podem causar diversos problemas. Para os evitar é necessário um bom controlo do gradiente de concentração e um controlo efetivo das condições de impressão do FGM. -R: Um monobloco de divertor deve feito com um FGM que lhe permita suportar condições severas tais como stress térmico, radiação e temperaturas altas, para além de apresentar uma boa condutividade térmica. -T: O desenvolvimento do FGM, CuCrZr/(Sistema)1-xWx, para o monobloco ocorre em T3.1 em simultâneo com a sua caracterização (M2). CI2: Desenvolvimento de um modelo de controlo em malha fechada com machine learning, para otimização do processo DED na produção de FGMs -S: Implementar um sistema de controlo em malha fechada num equipamento DED, recorrendo a uma câmara térmica e sensorização adicional para recolha de dados, posteriormente processados por um algoritmo de controlo (ML ou PID). -M: O progresso será medido através da avaliação da qualidade de impressão. -A: O sistema DED é uma tecnologia madura no contexto da MA, proporcionando uma base sólida para o desenvolvimento de modelos avançados de controlo. Existem modelos já validados para determinadas ligas comerciais que podem servir de base técnica para o desenvolvimento de um novo modelo de controlo. -R: A implementação de um sistema de controlo neste equipamento contribuirá para uma maior estabilidade deste tipo de processo e para um conhecimento mais profundo acerca dos parâmetros a si associados. -T: A integração e desenvolvimento do modelo de controlo devem ocorrer em simultâneo com o desenvolvimento do FGM proposto (T3.1), de forma a prolongar o período de maturação do modelo, utilizando inicialmente um FGM (IN625-AISI413), para que depois o modelo final seja mais facilmente integrável com o material desenvolvido neste projeto. O desenvolvimento do modelo de controlo deverá acompanhar todo o projeto, até à fase final da sua validação (M5) com a produção do monobloco (T6.2). CI3: Produção do Monobloco para uso em fusão nuclear por DED com controlo em malha fechada -S: Produzir um protótipo de monobloco para fusão nuclear via DED com controlo em malha fechada e com o FGM desenvolvido, CuCrZr/(Sistema)1-xWx, na sua composição, de modo a garantir resistência ao desgaste, ao stress térmico e à oxidação, boas propriedades mecânicas e de radiação, e uma condutividade térmica do componente otimizada. -M: Caracterização da qualidade dos monoblocos produzidos, através da avaliação da precisão geométrica obtida e a caracterização das suas propriedades. -A: A combinação de uma tecnologia madura com um controlo de processo à medida do FGM desenvolvido constitui uma base sólida para o fabrico de um monobloco de elevada qualidade (T6.2) (M7). -R: A produção consistente e controlada de monoblocos com FGM é crucial para superar limitações atuais no setor de FN, como falhas prematuras por stress térmico entre W e CuCrZr. -T: O modelo e FGM desenvolvidos culminam na obtenção da CI3 (T6.2), resultando na obtenção de um monobloco com propriedades adequadas ao serviço em FN (T6.3) (M7).