Investigadores estadounidenses y japoneses desarrollaron componentes de tungsteno mediante fabricación aditiva a temperaturas superiores a 1.400 °C. Las pruebas realizadas en San Diego abren nuevas posibilidades para la industria de materiales críticos y el desarrollo de futuros reactores de fusión.
Un equipo internacional de investigadores logró fabricar componentes de tungsteno mediante impresión 3D capaces de resistir 74 descargas de plasma de alta potencia en el reactor experimental DIII-D, ubicado en San Diego, California. El ensayo representa un avance en el desarrollo de materiales destinados a soportar las condiciones térmicas y mecánicas extremas que enfrentan los futuros sistemas de generación eléctrica mediante fusión nuclear.
El trabajo reunió a especialistas de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC State), el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) y la empresa japonesa JEOL. Los componentes fueron fabricados utilizando haces de electrones capaces de mantener el material por encima de los 1.400 grados Celsius durante el proceso de impresión, evitando las fracturas que tradicionalmente dificultan la fabricación de piezas de tungsteno.
Los resultados, difundidos durante octubre y noviembre de 2026, corresponden a ensayos realizados en el dispositivo experimental DIII-D, operado por General Atomics para el Departamento de Energía de Estados Unidos.
Las piezas fueron instaladas en julio de 2026 y sometidas a tres jornadas de exposición directa al plasma, incluyendo 74 descargas en condiciones de confinamiento elevado y potencias medias a altas.
El experimento permitió comprobar que componentes fabricados mediante impresión 3D pueden conservar su integridad estructural durante pruebas relevantes para la investigación de la fusión nuclear.
Tungsteno: un metal estratégico para los reactores de fusión
El tungsteno, también conocido como wolframio, es uno de los metales con mayor resistencia térmica utilizados por la industria.
Su punto de fusión alcanza aproximadamente 3.422 °C, el más elevado entre los metales puros, mientras que su densidad llega a 19,3 gramos por centímetro cúbico, una característica que lo sitúa entre los materiales metálicos más pesados.
Estas propiedades lo convierten en un candidato para fabricar componentes interiores de reactores de fusión nuclear, donde el plasma puede alcanzar temperaturas superiores a los 100 millones de grados Celsius.
Aunque el plasma se mantiene separado de las paredes mediante campos magnéticos, determinadas regiones del reactor deben soportar intensos flujos de calor y partículas.
Una de las zonas más exigidas es el divertor, sistema encargado de gestionar parte del calor y de las partículas que abandonan el plasma confinado.
En instalaciones futuras, como el proyecto internacional ITER, los materiales del divertor deberán enfrentar cargas térmicas continuas del orden de 10 a 20 megavatios por metro cuadrado, además de episodios transitorios de mayor intensidad.
El tungsteno ofrece ventajas para estas aplicaciones, pero presenta una dificultad industrial significativa: su fragilidad a temperaturas relativamente bajas.
Dependiendo de su microestructura y condiciones de procesamiento, el metal experimenta una transición entre comportamiento dúctil y frágil dentro de un intervalo aproximado de 200 a 600 °C.
Esta característica complica la fabricación de componentes de geometría compleja mediante técnicas convencionales.
Impresión 3D a más de 1.400 °C evita fracturas del material
La investigación utilizó una tecnología conocida como fusión de lecho de polvo por haz de electrones (EB-PBF), que permite construir piezas metálicas mediante la incorporación sucesiva de capas de material.
A diferencia de los métodos tradicionales de impresión 3D metálica basados en láser, esta técnica utiliza un haz de electrones para fundir selectivamente el polvo dentro de una cámara de vacío.
Durante el proceso, el sistema mantiene el entorno de fabricación a temperaturas superiores a 1.400 °C.
Este calentamiento sostenido reduce los gradientes térmicos y las tensiones que pueden producir grietas durante la solidificación y enfriamiento del tungsteno.
La estrategia permitió fabricar componentes densos, sin defectos estructurales importantes detectados durante su elaboración y con las tolerancias dimensionales requeridas para el experimento.
El desarrollo constituye la continuación de investigaciones previas que habían demostrado la viabilidad de fabricar pequeñas muestras de tungsteno mediante este procedimiento.
Sin embargo, el desafío actual consistía en aumentar el tamaño de las piezas hasta dimensiones compatibles con un reactor experimental.
La colaboración internacional consiguió avanzar desde muestras de aproximadamente 50 milímetros hasta componentes cercanos a los 140 milímetros de ancho.
Componentes fabricados en Japón fueron sometidos a pruebas en Estados Unidos
La empresa JEOL fabricó las piezas en sus instalaciones de Akishima, Japón, utilizando su sistema industrial de impresión 3D JAM-5200EBM.
Posteriormente, los componentes fueron trasladados a Carolina del Norte para completar el mecanizado y acabado superficial.
Los investigadores emplearon técnicas de mecanizado por descarga eléctrica y rectificado de precisión, evitando someter el material a esfuerzos mecánicos excesivos.
En la etapa final se retiraron aproximadamente 250 micrómetros de material para obtener una superficie de acabado similar a un espejo.
Las piezas fueron instaladas sobre soportes de aleación de cobre en la zona inferior del divertor de DIII-D.
Las cifras del experimento
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Indicador |
Resultado |
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Material utilizado |
Tungsteno |
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Tecnología de fabricación |
Impresión 3D por haz de electrones |
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Temperatura durante fabricación |
Superior a 1.400 °C |
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Punto de fusión del tungsteno |
3.422 °C |
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Descargas de plasma soportadas |
74 |
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Duración acumulada de las descargas principales |
Aproximadamente 4 minutos |
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Jornadas de exposición |
3 |
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Dimensiones aproximadas de cada par de piezas |
136 × 143 mm |
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Espesor |
20 mm |
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Instalación experimental |
DIII-D, San Diego |
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Instalación de componentes |
Julio de 2026 |
Uno de los episodios más relevantes ocurrió cuando una pieza convencional ubicada junto a los componentes impresos sufrió fusión parcial debido a una desalineación.
El metal fundido alcanzó la superficie de una de las piezas fabricadas mediante impresión 3D, sin provocar una falla estructural visible.
La resistencia observada constituye un resultado favorable, aunque todavía es necesario completar los análisis posteriores de erosión, modificaciones superficiales y comportamiento microestructural.
El desafío de fabricar materiales para una nueva industria energética
La fusión nuclear busca reproducir de manera controlada las reacciones que liberan energía en el interior de las estrellas.
A diferencia de la fisión utilizada en las centrales nucleares comerciales, la fusión combina núcleos atómicos ligeros para liberar energía.
Uno de los principales obstáculos para desarrollar centrales eléctricas comerciales consiste en fabricar materiales capaces de operar durante períodos prolongados bajo intensas cargas térmicas, radiación y bombardeo de partículas.
La resistencia de los componentes interiores resulta decisiva porque influye directamente en la disponibilidad de los equipos, sus necesidades de mantenimiento y los costos de operación.
Los resultados obtenidos en DIII-D permiten avanzar en la evaluación de nuevas técnicas de fabricación, especialmente para componentes que presentan geometrías difíciles de producir mediante métodos tradicionales.
No obstante, el ensayo no significa que la tecnología esté certificada para operar durante años en una central de fusión comercial.
Las 74 descargas representan aproximadamente cuatro minutos acumulados de exposición en las condiciones principales del experimento.
Los futuros reactores necesitarán demostrar resistencia durante operaciones mucho más prolongadas, incluyendo los efectos acumulativos de radiación, fatiga térmica y erosión.
Qué significa el desarrollo para la minería de minerales críticos
La investigación también tiene implicancias para la industria minera internacional debido al papel del tungsteno como materia prima estratégica.
Este metal se utiliza actualmente en herramientas de corte, perforación, maquinaria industrial, aleaciones especiales y aplicaciones que requieren elevada dureza o resistencia térmica.
En minería, uno de sus principales usos corresponde al carburo de tungsteno, empleado en componentes de perforación, brocas, herramientas de desgaste y equipos para trabajar materiales abrasivos.
La eventual expansión comercial de la energía de fusión podría incorporar una nueva fuente de demanda de tungsteno de alta pureza, especialmente para aplicaciones que requieren especificaciones metalúrgicas exigentes.
Sin embargo, todavía no existen antecedentes suficientes para determinar cuánto podría aumentar el consumo mundial de este metal como consecuencia de la construcción de futuras centrales de fusión.
El impacto dependerá de la cantidad de reactores desarrollados, sus diseños, las tecnologías de revestimiento utilizadas y la posibilidad de recuperar y reutilizar componentes.
También será relevante la capacidad industrial para transformar concentrados minerales en polvos metálicos adecuados para procesos de fabricación avanzada.
Este último aspecto conecta directamente la actividad extractiva con industrias de mayor valor agregado, como la metalurgia especializada, la fabricación aditiva y la producción de componentes para infraestructura energética.
Tecnología de fabricación avanzada y oportunidades para Chile
Para la minería chilena, el experimento presenta interés desde dos perspectivas: la evolución de la demanda internacional de minerales estratégicos y la aplicación de nuevas tecnologías de manufactura en operaciones industriales.
La impresión 3D metálica ofrece posibilidades para producir componentes de geometría compleja, fabricar repuestos especializados y desarrollar soluciones resistentes al desgaste y las altas temperaturas.
Sin embargo, la transferencia de estas técnicas hacia equipos mineros requiere evaluaciones específicas de costos, certificación de materiales, resistencia mecánica y desempeño bajo condiciones operacionales reales.
Las aplicaciones en reactores de fusión tienen requisitos diferentes de aquellos presentes en molinos, bombas, chancadores y sistemas de perforación.
Por esa razón, los resultados obtenidos con tungsteno en DIII-D deben entenderse como una demostración tecnológica dentro del sector energético, y no como una validación directa para maquinaria minera.
En Chile, el desarrollo de capacidades de fabricación avanzada puede complementar las actividades de mantenimiento industrial y abrir nuevas oportunidades para proveedores especializados en metalurgia, ingeniería de materiales y procesos de precisión.
El vínculo con la industria minera podría fortalecerse a medida que estas tecnologías alcancen mayores niveles de madurez industrial.
Los próximos desafíos para la energía de fusión
El equipo de investigación continúa con el análisis de los componentes sometidos a plasma para identificar eventuales modificaciones de superficie y evaluar sus mecanismos de desgaste.
Estas pruebas permitirán determinar con mayor precisión el comportamiento del tungsteno fabricado mediante haces de electrones y establecer qué mejoras deben incorporarse antes de utilizarlo en dispositivos de mayor escala.
Los resultados también pueden aportar antecedentes al desarrollo de ITER y otros programas internacionales que investigan componentes capaces de resistir condiciones extremas dentro de reactores de fusión.
La fabricación aditiva ofrece una ventaja potencial: producir geometrías específicas mediante procesos digitales, reduciendo algunas restricciones asociadas al mecanizado de metales difíciles de trabajar.
No obstante, la competitividad económica de este método dependerá de factores como el consumo energético, los tiempos de fabricación, el costo del polvo metálico y los procedimientos de control de calidad.
El experimento estadounidense confirma que la impresión 3D por haz de electrones puede producir componentes de tungsteno de tamaño funcional capaces de superar ensayos de plasma de alta potencia.
Para la industria de materiales críticos, el avance amplía las posibilidades de utilización de un metal que ya desempeña un papel relevante en minería, manufactura y tecnología energética.
El desafío será transformar estos resultados experimentales en procesos industriales reproducibles y económicamente competitivos, capaces de abastecer futuros sistemas de generación eléctrica mediante fusión nuclear.
REDIMIN Responde
¿Qué avance lograron los investigadores con el tungsteno?
Los investigadores desarrollaron componentes de tungsteno mediante fabricación aditiva a temperaturas superiores a 1.400 °C, capaces de resistir 74 descargas de plasma de alta potencia en el reactor experimental DIII-D en San Diego.
¿Qué tecnología se utilizó para fabricar los componentes de tungsteno?
Se utilizó la tecnología de fusión de lecho de polvo por haz de electrones (EB-PBF), que permite construir piezas metálicas mediante la incorporación sucesiva de capas de material, manteniendo el entorno de fabricación a temperaturas superiores a 1.400 °C.
¿Dónde se realizaron las pruebas de los componentes de tungsteno?
Las pruebas se realizaron en el reactor experimental DIII-D, ubicado en San Diego, California, operado por General Atomics para el Departamento de Energía de Estados Unidos.
¿Qué características tiene el tungsteno que lo hacen adecuado para reactores de fusión?
El tungsteno tiene un punto de fusión de aproximadamente 3.422 °C y una densidad de 19,3 gramos por centímetro cúbico, lo que lo convierte en un metal con alta resistencia térmica y adecuado para soportar las condiciones extremas de los reactores de fusión nuclear.
¿Qué desafíos enfrenta la fabricación de componentes de tungsteno para reactores de fusión?
El principal desafío es la fragilidad del tungsteno a temperaturas relativamente bajas, lo que complica la fabricación de componentes de geometría compleja mediante técnicas convencionales. La impresión 3D a más de 1.400 °C ayuda a evitar fracturas del material.
