Aço Impresso em 3D Projetado por IA: Ultra‑Resistente e à Prova de Ferrugem

O aço é um dos materiais‑chave da civilização moderna. Sua durabilidade, ductilidade e alta resistência o tornam vital em quase todos os aspectos de nossas vidas: manufatura, transporte, construção e energia.

Curiosamente, o aço é totalmente reciclável, sem perder sua qualidade, resistência ou integridade estrutural, tornando‑o crítico para o desenvolvimento econômico sustentável.

Em 2025, o mundo produziu um total de 1,849.4 Mt (milhões de toneladas) de aço bruto, abaixo dos 1,882.6 Mt do ano anterior. Dados mostram que a China é a principal produtora de aço, seguida de perto pela Índia e pelos EUA.

Empregando milhões de pessoas globalmente, a indústria do aço serve como um motor econômico chave.

Mas o que exatamente é? O aço é uma liga, uma mistura de dois ou mais elementos. Mais especificamente, o aço é composto por um elemento metálico ferro (Fe) e pequenas quantidades de carbono não metálico (C), bem como alguns elementos adicionais, como manganês (Mn), fósforo (P), enxofre (S), silício (Si), oxigênio (O), cromo (Cr) ou níquel (Ni) para melhorar a resistência, a tenacidade e a resistência à corrosão do material.

Portanto, não existe apenas um tipo de aço; há centenas de diferentes graus de aço com distintas propriedades químicas e físicas.

Quanto à produção do aço, os métodos de alto‑forno‑forno de oxigênio básico (BF‑BOF) e forno de arco elétrico (EAF) são geralmente usados. A principal diferença entre eles está no tipo de matéria‑prima que consomem.

O método BF‑BOF utiliza principalmente minério de ferro, carvão e aço reciclado, enquanto o método EAF utiliza predominantemente aço reciclado e eletricidade.

Embora a indústria do aço tenha feito esforços significativos para reduzir a poluição ambiental nas últimas décadas, o método dominante de produção de aço a partir de minério de ferro ainda depende de combustíveis fósseis como agentes redutores. Contudo, a implementação de novas tecnologias em instalações piloto e em escala comercial está ajudando a mudar para a produção de aço de baixo carbono.

Além disso, os cientistas estão continuamente trabalhando para criar um aço mais ecológico com propriedades muito superiores às existentes.

Por exemplo, o aço super‑resistente, frequentemente classificado como Aço Avançado de Alta Resistência (AHSS) ou Aço Ultra‑Alta Resistência (UHSS), apresenta limites de escoamento superiores a 550‑1000 MPa. A pesquisa sobre esse tipo de aço é impulsionada pela necessidade de materiais mais leves, seguros e duráveis para indústrias que buscam melhorar a eficiência e reduzir a pegada de carbono.

Para alcançar esse tipo de aço, os cientistas tendem a manipular a estrutura nanoscópica da liga.

Cerca de uma década atrás, uma equipe da inventou uma liga de aço¹ que possuía a mesma relação resistência‑peso do titânio, um metal super‑resistente usado na construção de mísseis, motores a jato, espaçonaves e implantes médicos, mas por um décimo do custo.

Então, alguns anos atrás, cientistas do Lawrence Berkeley National Labs e da University of Hong Kong criaram um super‑aço ao “ativar o endurecimento por delaminação acoplado à plasticidade induzida por transformação”.

Os cientistas também estão trabalhando em aço à prova de ferrugem, que pode ajudar a prevenir falhas estruturais e garantir durabilidade em ambientes de alta umidade.

Isso ocorre porque o aço é altamente suscetível à ferrugem. Quando exposto à umidade e ao oxigênio, ele começa a reverter à sua forma original, ou seja, óxido de ferro. Diferentes revestimentos protetores, como tinta ou galvanização a zinco, são usados para superar esse problema. Cromo e níquel também são usados para criar aço inoxidável, que é muito mais resistente à corrosão, embora ainda possa enferrujar em condições específicas e severas.

Os cientistas agora desenvolveram uma nova liga com a ajuda da inteligência artificial (IA) que não só aumentou a resistência do metal em 30% como também dobrou sua ductilidade e o tornou à prova de ferrugem. Além disso, esse super‑aço pode ser impresso em 3D.

Manufatura Aditiva como um Divisor de Águas para a Inovação em Aço

A manufatura aditiva (MA), frequentemente chamada de impressão 3D, ganhou ampla adoção na última década. Ela evoluiu de uma simples ferramenta de prototipagem de nicho para um método de produção convencional, usado ativamente para peças críticas em setores aeroespacial, automotivo e médico.

Nesse processo, um objeto 3D é construído adicionando material camada por camada com base em um modelo digital. Utiliza uma variedade de materiais, incluindo plásticos, polímeros e metais.

Para pesquisadores e empresas, a maior vantagem da tecnologia de impressão 3D é a velocidade. A prototipagem rápida reduz custos, acelera ciclos de desenvolvimento e permite iteração.

Além disso, a impressão 3D é o processo de fabricação mais econômico para pequenas séries de produção, eliminando a necessidade de máquinas caras e técnicos experientes para operá‑las. Há também muito menos desperdício de material, já que a peça é construída do zero.

Há também a flexibilidade de criar peças únicas, complexas e personalizadas a partir de múltiplos materiais. Enquanto isso, a montagem passo a passo das peças na impressão 3D possibilita consistência e maior qualidade.

A sustentabilidade é mais um grande benefício da impressão 3D. Pode‑se desenvolver todo o produto internamente, reduzindo a necessidade de terceirização.

Para os fabricantes de aço, essa técnica de fabricação reduz significativamente o tempo de desenvolvimento e o desperdício de material, ao mesmo tempo que permite experimentar internamente e conduzir testes de protótipo mais rapidamente. Também permite que engenheiros validem rapidamente novas composições de ligas, otimizem o desempenho e passem do design à produção sem depender de ferramentas tradicionais caras ou fabricação terceirizada.

Em comparação com as tecnologias de fabricação tradicionais, MA possui características especiais², como acumulação camada por camada, interações de material, altas taxas de resfriamento e aquecimento cíclico. Essas características resultam em uma microestrutura única, incluindo grãos finos, discordâncias de alta densidade, uma estrutura de célula metálica e uma composição de fases, que conferem propriedades mecânicas notáveis aos aços ultra‑alta resistência.

Quando se trata de impressão 3D de aço ultra‑alta resistência e ductilidade (UHSDS), que apresenta propriedades mecânicas excepcionais, tem demonstrado grande aplicabilidade em setores como aeroespacial, fabricação automotiva e transporte marítimo.

Mas, como apontou o novo estudo internacional, suas aplicações de engenharia têm sido severamente restritas devido à necessidade de elementos de liga caros em altas concentrações, como níquel (Ni), cobalto (Co) ou molibdênio (Mo), e tratamento térmico complexo, ao mesmo tempo em que apresenta baixa resistência à corrosão.

O aprendizado de máquina oferece uma solução para essa restrição. Em 2020, cientistas da Força Aérea dos EUA e da Texas A&M University demonstraram o potencial da impressão 3D de aço ultra‑resistente³ usando um laser para fundir o pó de aço no local. Eles usaram o modelo Eagar‑Tsai para otimizar as configurações do laser e reduzir defeitos de impressão. As amostras impressas exibiram resistências à tração de até 1,4 GPa, a maior já relatada para qualquer liga impressa em 3D, mostrando que a otimização do processo por si só pode melhorar significativamente o desempenho do material.

A otimização de composições de aço de alto desempenho e parâmetros de processamento usando ML emprega várias abordagens de modelagem, como o modelo composição‑processamento‑propriedades (CPP). No entanto, o modelo CPP‑ML impõe altas exigências de qualidade de conjunto de dados, que o modelo CPIP‑ML mitiga ao incorporar variáveis intermediárias derivadas de modelos de metalurgia física (PM), CALPHAD e triagem de características físico‑químicas (PF).

Como apontado no estudo mais recente, a complexidade multicomponente do UHSDS apresenta desafios tanto para a otimização guiada por ML baseada em PM quanto para a otimização combinada de ML com CALPHAD. Assim, os pesquisadores da University of South China e da Purdue University recorreram à estratégia PF‑ML para desenvolver o UHSDS de forma econômica.

Impressão 3D de um Aço Super‑Resistente que Nunca Enferruja

Publicado no International Journal of Extreme Manufacturing⁴, os pesquisadores construíram um modelo de “aprendizado de máquina interpretável” especificamente para analisar 81 características físico‑químicas dos elementos.

Em vez de deixar a IA adivinhar combinações, a equipe fez com que ela analisasse características específicas, como raio atômico e comportamento eletrônico, para criar uma liga ultra‑resistente, à prova de ferrugem e imprimível em 3D.

O material foi realmente desenvolvido especificamente para o processo de impressão 3D, fazendo com que o modelo também analisasse como a liga reagiria a ele.

“Esta estratégia acelerou drasticamente o processo de descoberta e possibilitou a introdução de uma estratégia de baixo custo e processo curto para a manufatura aditiva de UHSDS com resistência à corrosão excepcional, superando assim limitações críticas nos atuais aços fabricados aditivamente,” escreveram os autores do estudo.

Para criar um aço ultra‑alta resistência e ductilidade (UHSDS), a equipe começou rastreando características para identificar quais recursos‑chave afetam a resistência à tração última (UTS), o limite de escoamento (YS) e o alongamento (EL) do material.

Em seguida, usaram o algoritmo explicativo aditivo de Shapley (SHAP) interpretável baseado em teoria dos jogos para identificar as regras explícitas que regem os efeitos dos elementos nessas propriedades. Depois, os critérios de avaliação e os resultados da análise foram combinados para identificar elementos de liga que podem melhorar tanto a resistência quanto a ductilidade.

Por fim, a equipe utilizou o NSGA‑III (Algoritmo Genético de Ordenação Não‑Dominada) para otimizar o conteúdo dos elementos e os parâmetros de tratamento térmico. Um novo UHSDS de baixo custo com um tratamento de têmpera simples de etapa única foi projetado posteriormente.

Por meio de seu estudo, a equipe desenvolveu uma nova estratégia para a manufatura aditiva de UHSDS usando a metodologia PF‑ML, reduzindo custos, simplificando o processo e melhorando o desempenho.

O metal produzido pelo algoritmo é Fe‑15Cr‑3,2Ni‑0,8Mn‑0,6Cu‑0,56Si‑0,4Al‑0,16C. Essa mistura de ferro e cromo, combinada precisamente com pequenas quantidades de elementos mais baratos como cobre, silício e alumínio, foi calculada pelo algoritmo para formar a estrutura interna ideal.

O metal foi impresso em 3D usando a técnica de deposição de energia dirigida a laser (LDED), depois submetido a um tratamento térmico curto, de etapa única, de seis horas (a 480 °C), e mostrou resultados promissores, superiores aos relatados para UHSDS fabricados aditivamente.

Suas propriedades mecânicas apresentaram UTS: (1.713 ± 17) MPa, YS: (1.502 ± 33) MPa e EL: (15,5 ± 0,7) %. Isso significa que o material recém‑projetado pode suportar cerca de 1.713 megapascais (MPa), de acordo com o modelo de IA. Esse desempenho representa cerca de 30 % de aumento na resistência do metal em comparação ao seu estado impresso bruto.

Ele também pode esticar mais de 15 % antes de romper, representando o dobro da ductilidade.

Testar a liga usando impressoras de fusão a laser de leito de pó (LPBF) mostrou que as previsões da IA são precisas e coincidem exatamente com a experimentação física.

Ao examinar a estrutura interna do metal para entender a mecânica por trás de seu desempenho, a equipe descobriu que o tratamento térmico curto criou nanopartículas de níquel‑alumínio e cobre que bloquearam a propagação de defeitos estruturais.

O que acontece é que, quando uma tensão física é aplicada ao metal, essas partículas atuam como barreiras, aumentando significativamente a força necessária para quebrá‑lo. Ao mesmo tempo, pequenos bolsões de uma fase mais macia funcionam como amortecedores, impedindo que ele se quebre sob tensão.

Além disso, o material apresenta excelente resistência à corrosão, com uma taxa de corrosão de 0,105 mm·a⁻¹ em água salgada.

Considerando que a nova liga se degrada em apenas 0,105 milímetros por ano, superando muitos aços inoxidáveis comerciais padrão, o material tem potencial para aplicações muito mais amplas, especialmente nos setores marítimo e aeroespacial, onde os materiais frequentemente interagem diretamente com a umidade.

Os autores acreditam que a estratégia de design PF‑ML é uma forma econômica de avançar a manufatura aditiva de metais e pode ajudar a criar metais fortes, projetados sob medida e resistentes à ferrugem com rapidez.

“Este trabalho será de grande importância para fornecer novas percepções sobre o desenvolvimento de UHSDS de baixo custo e processo simplificado, especialmente para a fabricação a laser de componentes de aço de alto valor agregado com desempenho abrangente excelente,” afirmou o estudo.

Investindo em Inovação no Aço

Enquanto os pesquisadores aperfeiçoam essas ligas no laboratório, líderes comerciais como a Carpenter Technology já estão ampliando a infraestrutura para levar ao mercado pós‑processos de pó 3D‑impressos de alto desempenho.

No âmbito das ligas avançadas de aço, Carpenter Technology Corporation (CRE ) destaca‑se como uma das empresas mais fortes no desenvolvimento de aços inoxidáveis especiais, ligas de alto desempenho, titânio e ligas à base de níquel. A empresa desenvolve ligas em pó especificamente usadas em manufatura aditiva, incluindo pós padrão e personalizados, bem como hardware para gerenciamento de pó.

Esses produtos atendem aos setores aeroespacial, de defesa, dispositivos médicos e energia, onde os aços impressos em 3D ultra‑alta resistência e resistentes à corrosão são mais valiosos.

A empresa opera através dos segmentos Specialty Alloys Operations (SAO) e Performance Engineered Products (PEP).

Se observarmos o desempenho das ações da Carpenter Technology, elas têm desfrutado de uma forte tendência de alta nos últimos seis anos. No final de 2020, a CRS negociava abaixo de US$ 20, e em meados de 2024, o preço das ações ultrapassou US$ 100. Mas esse rally não parou por aí; o preço das ações continuou subindo, atingindo um recorde histórico (ATH) de US$ 459 nesta semana.

No momento da redação, a CRS está sendo negociada a US$ 423,91, alta de 34,64 % no ano e 122,26 % no último ano. Isso coloca a capitalização de mercado da empresa em US$ 21,115 bilhões. Ela tem um EPS (TTM) de 8,60 e um P/E (TTM) de 49,26. O rendimento de dividendos da empresa é de 0,19 %.

A Carpenter Technology reportou um aumento de 31 % no lucro operacional em relação ao ano anterior, para US$ 155,2 milhões no 2T 2026, encerrado em 31 de dezembro de 2025.

As expectativas no segmento SAO “excederam” com o lucro operacional disparando 29 % YoY para US$ 174,6 milhões, “seu melhor trimestre registrado”, e entregando uma margem operacional ajustada de 33,1 %. Notavelmente, registrou um aumento de 23 % nas reservas para a aviação comercial, enquanto negociações foram concluídas em vários acordos de longo prazo.

O desempenho trimestral foi impulsionado pelo segmento SAO, que continuou a expandir as margens operacionais ajustadas. A demanda em nosso mercado de uso final Aeroespacial e de Defesa continua a acelerar à medida que os clientes ganham confiança com as taxas de produção em ascensão.

– Presidente e CEO Tony R. Thene

Para o trimestre, o lucro por ação diluída da empresa foi de US$ 2,09, e o lucro ajustado por ação diluída foi de US$ 2,33. As vendas líquidas do 2Q 26 foram de US$ 728 milhões. O caixa gerado pelas atividades operacionais, por sua vez, foi de US$ 132,2 milhões, refletindo maiores lucros e melhorias no capital de giro, o que ajudou o fluxo de caixa livre ajustado a alcançar US$ 85,9 milhões.

Com este balanço sólido e fluxo de caixa livre ajustado significativo, a empresa está adotando uma abordagem equilibrada de alocação de capital, o que significa sustentar a base de ativos atual e investir em iniciativas de crescimento de alto valor, como a expansão de capacidade brownfield de US$ 400 milhões, que adicionará capacidade de fusão aos ativos de acabamento downstream da empresa e impulsionará o crescimento de longo prazo.

No final do trimestre, a empresa possuía US$ 730,9 milhões em liquidez total, composta por US$ 231,9 milhões em caixa e US$ 498,9 milhões em empréstimos disponíveis.

Durante esse período, a Carpenter Technology também gastou US$ 32,1 milhões em recompras de ações dentro de um programa de recompra de US$ 400,0 milhões.

A Carpenter Technology ainda reportou uma perda contábil única de US$ 15,6 milhões por quitar antecipadamente sua dívida antiga. A empresa possuía notas seniores não garantidas que originalmente deveriam vencer em julho de 2028 e março de 2030, mas em vez de esperar até então, optou por resgatá‑las antecipadamente.

A empresa também divulgou orientações para o trimestre atual e o exercício fiscal de 2026, esperando entre US$ 177 milhões e US$ 182 milhões em lucro operacional e um aumento de 30‑33 % para US$ 680 milhões e US$ 700 milhões, respectivamente.

A Carpenter Technology está “bem posicionada para crescimento contínuo além do exercício fiscal de 2027, com forte perspectiva de demanda de mercado para nosso amplo portfólio de soluções especializadas, aumento de produtividade, otimização da mistura de produtos e ações de precificação,” afirmou a empresa.

Últimas Notícias e Desenvolvimentos das Ações da Carpenter Technology Corporation (CRE)

Conclusão

Durante séculos, o aço foi produzido da mesma forma. Os métodos tornaram‑se mais limpos e eficientes ao longo das décadas, mas a abordagem permaneceu amplamente inalterada. Agora, o design impulsionado por IA e a impressão 3D estão rompendo esse padrão completamente.

Desenvolver aço ultra‑alta resistência costumava significar elementos de liga caros, tratamentos térmicos longos e extensa experimentação de tentativa‑e‑erro. Mas o design de ligas impulsionado por IA está tornando possível criar aços mais fortes, mais ductéis e mais resistentes à corrosão, especificamente otimizados para impressão 3D, a custos menores.

O super aço recém‑desenvolvido, à prova de ferrugem, demonstra a capacidade do aprendizado de máquina de resolver compensações de longa data entre suas propriedades principais, ao mesmo tempo simplificando os processos de produção. Com um aumento de 30 % na resistência, o dobro da ductilidade e resistência à corrosão superior, essa inovação oferece grande potencial para aplicações de alto valor.

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Referências

^{1. Kim, S.-H., Kim, H. & Kim, N. J. Composto intermetálico frágil produz aço ultra‑resistente de baixa densidade com grande ductilidade. Nature 518, 77–79 (2015). https://doi.org/10.1038/nature14144
2. Li, K., Zhang, Y., Wang, X., Liu, H., Chen, J. & Murr, L. E. Manufatura aditiva de aços ultra‑alta resistência: Uma revisão. Journal of Alloys and Compounds 2023. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.17269
3. Tang, M., Pistorius, P. C. & Beuth, J. L. Previsão de porosidade por falta de fusão para fusão em leito de pó. Scripta Materialia 161, 69–72 (2019). https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.10.024
4. Luo, Y., Zhu, T., Pan, C., Ben, X., An, X., Wang, X. & Zhu, H. Aprendizado de máquina interpretável integrado com característica físico‑química para desenvolver aço ultra‑alta resistência e ductilidade fabricado aditivamente. International Journal of Extreme Manufacturing 8 (2026). https://doi.org/10.1088/2631-7990/ae5006}