La produzione additiva per applicazioni offshore consente di realizzare componenti direttamente a partire da modelli digitali, utilizzando processi di produzione strato per strato per pezzi in piccole serie, geometrie complesse, riparazioni e componenti di ricambio. La stampa 3D offshore può essere impiegata per la realizzazione di valvole, pompe, collettori, scambiatori di calore, alloggiamenti sottomarini, componenti per ROV e AUV, apparecchiature per le energie rinnovabili e attrezzature specializzate.
Questa pagina presenta le principali aziende specializzate nella produzione additiva offshore, che supportano processi quali la fusione su letto di polvere, la deposizione di energia diretta, la produzione additiva ad arco con filo, la stampa a getto di legante e la produzione additiva con polimeri.
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La produzione additiva per applicazioni offshore consente di realizzare componenti direttamente da modelli digitali, attraverso la stratificazione progressiva del materiale. Per gli operatori offshore e i produttori di attrezzature, la produzione additiva (AM) è particolarmente indicata per geometrie complesse, produzione in piccoli volumi, parti di ricambio, riparazione di componenti e situazioni in cui la produzione convenzionale comporta lunghi tempi di attrezzaggio o di approvvigionamento.
La stampa 3D in ambito offshore deve tuttavia soddisfare gli stessi rigorosi requisiti di prestazione previsti dai processi di produzione consolidati. L’esposizione all’acqua di mare, i carichi ciclici, la pressione, la temperatura, l’erosione, i fluidi corrosivi e i requisiti di ispezione influenzano tutti l’idoneità tecnica della produzione additiva. Anche fattori specifici della produzione additiva, quali porosità, mancanza di fusione, tensioni residue, rugosità superficiale, anisotropia e orientamento di costruzione, possono influire sulla resistenza alla fatica, alla corrosione e sulle prestazioni meccaniche. Di conseguenza, il successo dell’adozione dipende dal controllo dell’intero processo produttivo, piuttosto che dal considerare la stampa come una fase isolata della produzione.
La realizzazione di prodotti qualificati mediante produzione additiva per componenti offshore richiede un controllo che va dalla definizione digitale originale fino all’ispezione finale.
La tracciabilità tra queste fasi è particolarmente importante quando i componenti sono destinati a impieghi offshore in cui sono sottoposti a pressione, a funzioni strutturali o ad altre applicazioni critiche, poiché la qualificazione si applica normalmente a una combinazione controllata di progettazione, materia prima, attrezzature, parametri di processo, orientamento e post-lavorazione.
La produzione additiva offshore risulta particolarmente vantaggiosa laddove la complessità geometrica, i bassi volumi di produzione, le esigenze di riparazione o i vincoli logistici offrono un chiaro vantaggio rispetto alla produzione convenzionale.
I processi additivi consentono di produrre giranti, componenti di valvole, collettori e passaggi per fluidi con geometrie interne complesse. I progettisti possono inoltre consolidare i gruppi o ottimizzare i percorsi di flusso, sebbene le superfici di tenuta e altre interfacce di precisione richiedano comunemente una lavorazione meccanica finale.
La produzione additiva consente di realizzare scambiatori di calore compatti con canali interni intricati, difficili da ottenere con i metodi di fabbricazione convenzionali. La qualificazione deve tenere conto dell’integrità alla pressione, dell’ispezionabilità, dell’incrostazione, della corrosione e della possibilità di pulire o effettuare la manutenzione dei passaggi interni, in particolare laddove le tecniche di ispezione convenzionali presentano un accesso limitato.
Le attrezzature specializzate vengono spesso prodotte in quantità relativamente ridotte e possono richiedere una geometria su misura per una particolare operazione. La produzione additiva può supportare una rapida produzione e iterazioni di progettazione, pur richiedendo comunque un’adeguata qualificazione meccanica, a fatica, ambientale e funzionale.
Le applicazioni della produzione additiva sottomarina comprendono alloggiamenti per strumentazione, staffe, raccordi strutturali, supporti per sensori e componenti per veicoli telecomandati (ROV) e veicoli subacquei autonomi (AUV). La riduzione del peso e il consolidamento dei componenti possono risultare vantaggiosi, ma la pressione idrostatica, la compatibilità galvanica, la resistenza alla fatica e la compatibilità con l’acqua di mare rimangono considerazioni progettuali fondamentali.
I sistemi di energia rinnovabile offshore possono avvalersi della produzione additiva (AM) per la realizzazione di parti meccaniche specializzate, attrezzature, alloggiamenti, componenti di ricambio e hardware selezionato per le infrastrutture elettriche. Il processo di produzione deve tenere conto dei requisiti relativi a fatica, corrosione, accessibilità e manutenzione specifici dell’installazione in questione.
La produzione digitale risulta particolarmente interessante per i componenti fuori produzione o di difficile reperibilità. L’impiego della stampa 3D in mare aperto o in prossimità di un impianto operativo può ridurre la dipendenza dalle scorte fisiche, a condizione che la progettazione digitale, i materiali approvati, il sistema di produzione e il percorso di qualificazione rimangano sotto controllo.
Non esiste un unico processo di produzione additiva adatto a ogni componente offshore. Le dimensioni del componente, il materiale, le proprietà richieste, le condizioni superficiali, il volume di produzione, i requisiti di post-lavorazione, la capacità di ispezione e il percorso di certificazione influenzano tutti la scelta del processo.
La scelta del processo dovrebbe quindi partire dai requisiti di funzionamento del componente piuttosto che dalle capacità di una specifica stampante, tenendo conto anche della post-lavorazione, dell’ispezione, dell’impegno richiesto per la qualificazione e dell’intero percorso produttivo.
La produzione additiva offshore utilizza un’ampia gamma di metalli e polimeri, ma il materiale stampato deve essere valutato come il risultato di una specifica materia prima, macchina, serie di parametri, orientamento, condizioni di costruzione e percorso di post-lavorazione.
| Gruppo di materiali | Considerazioni relative al settore offshore |
| Acciai inossidabili austenitici | Utili laddove siano richieste resistenza alla corrosione generale e caratteristiche di lavorazione consolidate. |
| Acciai inossidabili duplex e super duplex | Particolarmente indicati per gli ambienti clorurici, dove è necessario un rigoroso controllo della microstruttura, dell’equilibrio di fase, del trattamento termico e della lavorazione. |
| Leghe a base di nichel | Adatte ad ambienti difficili in termini di corrosione, temperatura e fluidi di processo, purché debbano essere adeguatamente qualificate. |
| Acciai al carbonio e bassolegati | Indicate per strutture di grandi dimensioni e componenti di ingegneria generale, in base ai requisiti di protezione dalla corrosione e di funzionamento. |
| Leghe di titanio | Garantiscono un’elevata resistenza specifica e resistenza alla corrosione in acqua di mare per componenti selezionati in cui il peso è un fattore determinante. |
| Leghe di alluminio | Utili per alloggiamenti, strutture e attrezzature leggeri selezionati, laddove le prestazioni specifiche della lega in termini di resistenza alla corrosione e alla fatica siano accettabili. |
| Leghe a base di rame | Possono essere adatte ad applicazioni marine e termiche specializzate, a seconda della lega, del processo e dell’ambiente operativo. |
| Polimeri tecnici e compositi polimerici | Applicabili ad alloggiamenti non metallici, attrezzature, condotti, coperture e altri componenti, qualora la temperatura, la pressione, l’esposizione alle sostanze chimiche e l’invecchiamento siano accettabili. |
La scelta del materiale deve tenere conto dell’esposizione all’acqua di mare, della compatibilità galvanica, della fatica, della temperatura, dell’erosione, della protezione catodica e dei relativi effetti dell’idrogeno, delle condizioni di servizio in ambiente acido, ove applicabile, nonché dell’effetto del processo di produzione additiva (AM) e del percorso di post-lavorazione sulle proprietà del materiale risultante.
Le norme e i requisiti di classificazione forniscono un quadro di riferimento per il controllo dei processi di AM, dei materiali, del personale, delle ispezioni e della documentazione di produzione.
Il percorso di qualificazione applicabile dipende in ultima analisi dalla funzione del componente, dalla sua criticità, dall’ambiente operativo, dal processo di produzione, dai requisiti contrattuali e dal regime normativo o di classificazione pertinente. La qualificazione del processo di produzione additiva non elimina di per sé la necessità di dimostrare che il componente finito sia idoneo all’uso previsto.
Al di là della progettazione dei componenti, la produzione additiva può cambiare il modo in cui le organizzazioni offshore gestiscono i ricambi, i dati di produzione e la capacità produttiva.
I file digitali convalidati dei componenti possono ridurre la necessità di immagazzinare fisicamente ogni pezzo di ricambio a bassa domanda. La produzione richiede comunque un controllo della configurazione, affinché la corretta revisione progettuale, il materiale, i parametri di processo e la documentazione di qualificazione rimangano collegati, con l’integrità dei file e il controllo degli accessi garantiti lungo l’intero flusso di lavoro digitale.
La produzione additiva distribuita consente di avvicinare la capacità produttiva alle operazioni offshore, ai porti, ai cantieri navali o ai centri di assistenza regionali. Il suo valore dipende dalla garanzia che gli stabilimenti geograficamente distanti siano in grado di riprodurre parti qualificate in modo coerente. La produzione offshore può inoltre richiedere il controllo di umidità, vibrazioni, movimenti, qualità dell’alimentazione elettrica, ventilazione e altre condizioni ambientali che influenzano le attrezzature e le materie prime.
La produzione additiva può rappresentare una soluzione per la sostituzione di componenti i cui stampi, fornitori o linee di produzione originali non esistono più. Il reverse engineering deve essere supportato da informazioni progettuali e di manutenzione sufficienti a stabilire i requisiti funzionali e dei materiali, poiché la semplice riproduzione della geometria esterna non garantisce l’equivalenza con il componente originale.
La produzione additiva solitamente integra, anziché sostituire, la lavorazione meccanica, la saldatura, la formatura e altri processi consolidati. La stampa «near-net-shape» seguita da una lavorazione meccanica di precisione può combinare la flessibilità geometrica con superfici di tenuta, fori, filettature e interfacce controllate.
Una produzione qualificata richiede la tracciabilità attraverso le revisioni di progetto, i lotti di materia prima, le impostazioni delle macchine, i registri di costruzione, la post-lavorazione, le ispezioni, i campioni di riferimento e i risultati dei test. Un solido controllo digitale della configurazione è quindi fondamentale per una produzione ripetibile di AM offshore.
Le polveri metalliche, i fili e le materie prime polimeriche richiedono uno stoccaggio, un’identificazione, una movimentazione e un controllo della contaminazione adeguati. I sistemi a base di polveri richiedono inoltre controlli appropriati per i rischi legati all’inalazione, agli incendi, alle polveri combustibili e alla movimentazione. Per le organizzazioni che prendono in considerazione la produzione a distanza, disporre di attrezzature qualificate, personale addestrato, capacità di ispezione calibrate e materie prime controllate può essere importante quanto l’accesso alla stampante stessa.
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