La University of Maine ha varato 3Dirigo X, un’imbarcazione lunga circa 30 piedi, poco più di 9,1 metri, realizzata attraverso tecnologie di additive manufacturing di grande formato e progettata per affrontare condizioni offshore a velocità prossime ai 40 nodi. Il progetto è stato sviluppato dall’Advanced Structures and Composites Center (ASCC) dell’università e rappresenta un passaggio importante rispetto alla prima 3Dirigo presentata nel 2019. In quel caso l’obiettivo principale era dimostrare che una struttura delle dimensioni di una barca potesse essere prodotta attraverso estrusione additiva di materiale termoplastico composito. Con 3Dirigo X la domanda è più impegnativa: verificare se la stessa famiglia tecnologica possa essere trasformata in un processo produttivo sufficientemente controllabile, ripetibile ed economico da entrare realmente nella costruzione navale, anche per imbarcazioni soggette a carichi dinamici elevati.
La differenza non è soltanto nelle dimensioni. 3Dirigo X è stata progettata considerando forze statiche e dinamiche, vibrazioni, impatti e carichi idrodinamici associati alla navigazione ad alta velocità in mare aperto. La stampa 3D diventa quindi parte di un programma di ingegneria navale e non semplicemente uno strumento per produrre una grande dimostrazione tecnologica. La barca è stata varata il 28 agosto 2026 a Hampden, nel Maine, dove è stata effettuata anche una dimostrazione in acqua alla presenza di rappresentanti della University of Maine, del governo federale e del Department of Defense statunitense.
Dal record del 2019 a una barca progettata per navigare nell’Atlantico
Il punto di partenza è la 3Dirigo originale. Nel 2019 l’Advanced Structures and Composites Center produsse una barca lunga 25 piedi, circa 7,6 metri, con un peso di circa 5.000 libbre, equivalenti a 2.268 kg. Il processo di stampa richiese 72 ore. La struttura venne realizzata attraverso una piattaforma sviluppata da Ingersoll Machine Tools, società appartenente a Camozzi Group, e permise alla University of Maine di ottenere tre Guinness World Records legati alla dimensione della stampante e dell’oggetto prodotto.
La prima 3Dirigo derivava da una geometria navale sviluppata da Navatek e svolgeva essenzialmente il ruolo di dimostratore. Venne sottoposta a prove nell’Alfond W2 Ocean Engineering Laboratory della University of Maine, dotato di una vasca multidirezionale per la generazione delle onde e di sistemi capaci di simulare condizioni ambientali marine. Il progetto dimostrò che l’estrusione termoplastica di grande formato poteva produrre una struttura navale monolitica nell’arco di pochi giorni. Non dimostrava ancora, però, che quella struttura potesse diventare una piattaforma offshore operativa.
3Dirigo X nasce proprio dal lavoro effettuato negli anni successivi per superare questa distanza. UMaine ha lavorato su materiali compositi, modellazione strutturale, strategie di deposizione, controllo del processo, sensoristica e strumenti digitali destinati a prevedere il comportamento delle grandi strutture stampate.
Una barca da circa 9,1 metri progettata per avvicinarsi ai 40 nodi
La nuova imbarcazione è lunga circa 30 piedi e viene descritta dalla University of Maine come la prima grande barca stampata in 3D progettata specificamente per operare ad alta velocità nelle condizioni impegnative dell’Atlantico. La velocità prevista si avvicina ai 40 nodi, equivalenti a circa 74 km/h. La stampa locale del Maine ha inoltre indicato una motorizzazione complessiva di 300 HP.
A queste velocità la progettazione della struttura cambia radicalmente rispetto a quella di uno scafo destinato a galleggiare o navigare lentamente. Gli impatti sulle onde generano accelerazioni e carichi ciclici che si propagano attraverso lo scafo. La struttura deve sopportare vibrazioni, torsione e ripetute variazioni delle sollecitazioni senza sviluppare delaminazioni o propagazione di difetti tra gli strati depositati.
È proprio questo uno dei punti più interessanti del programma. Nei componenti ottenuti mediante material extrusion le proprietà non sono necessariamente identiche in tutte le direzioni. Il modo in cui gli strati vengono depositati, la temperatura del materiale e del substrato, il tempo trascorso tra due deposizioni e l’orientamento delle fibre di rinforzo influenzano la resistenza finale. Su una struttura di nove metri sottoposta agli impatti del mare, questi fenomeni assumono un’importanza molto maggiore rispetto a quella che hanno su un normale componente stampato in 3D.
Il vantaggio economico principale potrebbe essere l’eliminazione degli stampi
L’obiettivo industriale del progetto emerge soprattutto confrontando la stampa 3D con la costruzione tradizionale di imbarcazioni in materiale composito. La produzione di uno scafo convenzionale può richiedere la costruzione di modelli, plug, stampi, strutture di supporto e attrezzature che vengono utilizzate successivamente per laminare il componente definitivo. Il processo diventa economicamente efficiente quando lo stesso stampo viene utilizzato per una serie sufficientemente numerosa di barche, ma rappresenta una barriera significativa quando vengono costruiti pochi esemplari o quando la geometria cambia frequentemente.
Con una catena digitale basata sull’additive manufacturing, una modifica allo scafo può invece essere introdotta direttamente nel modello CAD e trasferita al processo produttivo senza costruire da zero un nuovo stampo per ogni versione. Non significa che scompaiano tutte le lavorazioni successive: fresatura, finitura superficiale, assemblaggio, installazione dei sistemi di bordo, verniciatura e controlli rimangono necessari. Viene però eliminato o ridotto uno dei passaggi che tradizionalmente rende costoso modificare una geometria navale.
È proprio nei bassi volumi che questo modello può diventare interessante. Un cantiere che produce migliaia di barche identiche continuerà ad avere motivi economici molto forti per utilizzare stampi ottimizzati. Per pattugliatori specializzati, prototipi, imbarcazioni autonome, piattaforme per sensori o mezzi prodotti in quantità limitate, il bilancio può essere differente.
Il progetto introduce il concetto di digital twin nella costruzione navale
Keith DeVries, Manufacturing Technology Director del Department of Defense, ha evidenziato durante il varo il ruolo del digital twin. In un processo completamente digitale, geometria, simulazioni, parametri della macchina, dati raccolti durante la stampa e risultati delle prove possono essere collegati allo stesso componente.
Ogni costruzione diventa quindi anche una fonte di informazioni utilizzabili per migliorare quella successiva. Se una determinata zona dello scafo mostra deformazioni, tensioni o comportamenti differenti rispetto alle previsioni, il modello può essere aggiornato e la geometria o la strategia di deposizione possono essere modificate prima di produrre l’esemplare successivo.
Questo meccanismo è particolarmente interessante per i programmi di sviluppo militari. Le piattaforme navali specializzate vengono spesso prodotte in quantità limitate e aggiornate in funzione della missione. Cambiare configurazione attraverso il software invece che attraverso una nuova serie di stampi può accorciare notevolmente il ciclo progettazione-prototipo-prova-modifica.
Da circa 20 a 500 libbre all’ora di materiale depositato
Un altro cambiamento sostanziale riguarda la produttività delle tecnologie sviluppate dall’Advanced Structures and Composites Center. UMaine indica che, nelle prime fasi della ricerca sul large-format additive manufacturing, i sistemi depositavano circa 20 libbre di materiale all’ora, poco più di 9 kg/h. Le piattaforme utilizzate oggi raggiungono circa 500 libbre all’ora, equivalenti a 227 kg/h.
Non bisogna interpretare questo dato come il tempo effettivo necessario a costruire 3Dirigo X. UMaine non ha pubblicato, al momento del varo, il tempo totale di stampa della nuova imbarcazione né la massa esatta del materiale depositato. Le 500 libbre/ora rappresentano la capacità raggiunta dalla tecnologia di produzione dell’ASCC.
La crescita è comunque significativa: rispetto ai circa 20 lb/h delle prime attività sperimentali, la capacità di deposizione è aumentata di un fattore prossimo a 25. Per strutture delle dimensioni di una barca, la produttività dell’estrusore è uno dei fattori che determina se il processo può uscire dal laboratorio e diventare economicamente confrontabile con altre tecniche produttive.
Ingersoll Machine Tools ha fornito una delle piattaforme alla base del programma
Una parte importante dello sviluppo dell’ASCC è stata resa possibile dalla tecnologia MasterPrint di Ingersoll Machine Tools, azienda di Camozzi Group. La piattaforma installata alla University of Maine combina additive manufacturing termoplastico di grande formato con lavorazioni sottrattive a cinque assi.
Il MasterPrint utilizzato dall’ASCC dispone di un volume operativo di circa 60 × 22 × 10 piedi, equivalenti a 18,3 × 6,7 × 3 metri, e può depositare fino a circa 500 libbre di materiale all’ora. La possibilità di associare estrusione e fresatura è importante perché le superfici prodotte tramite deposizione di cordoni di materiale di grande dimensione non hanno la finitura richiesta per tutte le applicazioni navali.
Il processo può quindi costruire rapidamente una geometria lasciando materiale in eccesso nelle zone critiche e utilizzare successivamente una testa di fresatura per ottenere superfici dimensionalmente più precise. È la stessa filosofia che sta rendendo la manifattura ibrida particolarmente interessante nella produzione di stampi e attrezzature di grandi dimensioni.
Ingersoll Machine Tools propone oggi la famiglia MasterPrint proprio per settori come aerospace e costruzione navale, con configurazioni che possono integrare stampa, fresatura, deposizione di fibre, ispezione e altre operazioni sotto lo stesso sistema di movimentazione.
Il programma ARP punta su stampanti capaci di controllare autonomamente il processo
3Dirigo X è stato sviluppato nell’ambito dell’Accelerated Rapid Prototyping Program, finanziato dal Department of Defense statunitense. Il programma non riguarda soltanto le dimensioni delle stampanti. Uno dei suoi obiettivi è aumentare qualità e affidabilità delle parti prodotte e ridurre la quantità di ispezioni e certificazioni successive necessarie prima di poterle utilizzare.
I ricercatori della University of Maine stanno lavorando su sistemi di produzione dotati di sensori, intelligenza artificiale e high-performance computing. L’obiettivo è creare macchine capaci di osservare il processo mentre avviene, identificare deviazioni e, in prospettiva, modificare automaticamente alcuni parametri.
Nel large-format additive manufacturing questo problema è particolarmente rilevante. Una stampa può durare molte ore e utilizzare centinaia o migliaia di chilogrammi di materiale. Individuare un difetto soltanto alla fine della produzione significa perdere non soltanto il componente, ma anche macchina, materiale ed energia utilizzati durante l’intero ciclo.
La capacità di monitorare temperatura, geometria, deposizione e comportamento del materiale in tempo reale può quindi avere un impatto economico persino maggiore dell’aumento della velocità di estrusione.
L’intelligenza artificiale serve soprattutto a rendere il processo ripetibile
Uno degli obiettivi della ricerca ARP è anche ridurre la dipendenza dall’esperienza dei singoli operatori. Quando viene introdotto un nuovo materiale, oggi possono essere necessarie numerose prove per determinare temperatura dell’estrusore, velocità, condizioni termiche dello strato precedente e altri parametri.
Su una normale stampante 3D queste prove possono consumare qualche chilogrammo di materiale. Su una macchina capace di depositare centinaia di chilogrammi all’ora, un processo di calibrazione inefficiente diventa molto più costoso.
L’ASCC sta quindi sviluppando metodi per caratterizzare rapidamente nuovi feedstock e prevederne il comportamento durante la deposizione. È un elemento importante anche per la costruzione navale: un produttore non può basare una serie di imbarcazioni sulla presenza di pochi operatori che conoscono empiricamente il comportamento di una macchina. Il processo deve poter essere documentato, trasferito e ripetuto.
3Dirigo X non dimostra ancora che le barche stampate possano entrare in produzione seriale
Il varo rappresenta l’inizio della parte probabilmente più importante del progetto, non la sua conclusione. La nuova imbarcazione deve essere utilizzata e sottoposta a prove per comprendere come la struttura si comporti nel tempo e sotto sollecitazioni reali.
Keith DeVries ha sottolineato che 3Dirigo X dovrà essere messa alla prova nelle acque dell’Atlantico, verificando resistenza, durata e comportamento sotto stress. I risultati dovranno quindi tornare nei modelli digitali per correggere il progetto.
Restano numerosi aspetti industriali da verificare: ripetibilità tra uno scafo e l’altro, controllo dei difetti interni, resistenza a fatica, comportamento delle interfacce tra gli strati, assorbimento d’acqua, stabilità sotto esposizione ultravioletta, riparabilità, finitura superficiale e costo totale del componente.
Anche la certificazione rappresenterà un passaggio fondamentale. Una tecnologia destinata a imbarcazioni operative deve essere accompagnata da procedure capaci di dimostrare che le proprietà ottenute durante la costruzione corrispondano a quelle utilizzate nella progettazione.
Materiali compositi e sostenibilità rimangono una parte centrale della ricerca UMaine
Il programma di large-format additive manufacturing della University of Maine è nato anche dalla ricerca sui materiali compositi contenenti fibre e derivati della cellulosa. Il Maine dispone di una grande industria forestale e l’ASCC studia da anni l’utilizzo di fibre di legno, microcellulosa e nanocellulosa come rinforzo di matrici termoplastiche.
La prima 3Dirigo rappresentava una delle dimostrazioni di questa linea di ricerca. UMaine e Oak Ridge National Laboratory hanno inoltre collaborato attraverso un programma dedicato allo sviluppo di feedstock bio-based per la stampa 3D di grande formato.
Per 3Dirigo X, tuttavia, la University of Maine non ha pubblicato al momento del lancio la formulazione precisa del materiale utilizzato. È quindi importante non attribuire automaticamente alla nuova barca la stessa composizione della 3Dirigo del 2019. Il centro ha sviluppato negli anni numerose formulazioni e il nuovo progetto è stato esplicitamente associato a un miglioramento delle proprietà dei compositi.
Il settore militare potrebbe essere uno dei primi mercati reali
La presenza del Department of Defense nel programma non è casuale. Le applicazioni indicate dalla University of Maine comprendono imbarcazioni senza equipaggio, patrol craft, mezzi logistici, piattaforme per sensori e componenti di ricambio.
Sono applicazioni nelle quali il numero di esemplari può essere relativamente ridotto e la possibilità di modificare rapidamente una geometria ha un valore superiore rispetto alla produzione nautica di grande serie. Un mezzo autonomo dedicato a una particolare missione può richiedere un nuovo vano sensori, una diversa distribuzione dei pesi o una geometria modificata. Attraverso una produzione basata sul modello digitale, queste modifiche possono essere trasferite direttamente all’impianto.
L’ASCC ha già lavorato con le forze armate statunitensi. Nel 2022 la University of Maine annunciò la produzione additiva di due grandi imbarcazioni per il U.S. Marine Corps, utilizzate come prototipi per esplorare sistemi logistici e mezzi militari prodotti attraverso large-scale additive manufacturing. I dettagli tecnici di quelle imbarcazioni non furono pubblicati per ragioni di sicurezza nazionale, ma il programma dimostrava già l’interesse del Department of Defense verso la tecnologia.
La stampa diretta dello scafo non è l’unica applicazione possibile
Paradossalmente, uno dei mercati più immediati per il large-format additive manufacturing nel settore nautico potrebbe non essere la stampa delle barche, ma quella degli stampi necessari a produrle.
La University of Maine aveva già utilizzato la propria tecnologia per produrre un grande stampo destinato al tetto di un limousine tender di Hodgdon Yachts. La stampa di stampi permette di mantenere i processi consolidati di laminazione dei compositi riducendo però il tempo e il costo necessari per costruire il tooling.
Questa soluzione può rappresentare una fase intermedia particolarmente interessante per l’industria. Il cantiere continua a utilizzare resine, fibre e procedure già qualificate per il componente finale, mentre sostituisce soltanto il metodo utilizzato per produrre lo stampo.
La stampa diretta dello scafo, come nel caso di 3Dirigo X, rappresenta invece il livello successivo: il materiale depositato diventa parte strutturale dell’imbarcazione e deve quindi soddisfare direttamente tutti i requisiti della struttura navale.
La Factory of the Future porterà la deposizione verso 1.000 libbre all’ora
Il programma della University of Maine non si ferma alle macchine attuali. L’università sta completando il Green Engineering and Materials Building, GEM, una struttura di circa 50.000 piedi quadrati destinata ad accogliere la nuova Factory of the Future.
Il centro integrerà large-scale additive manufacturing, lavorazioni sottrattive, automazione, robot collaborativi, sensoristica, intelligenza artificiale e strumenti digitali. Habib Dagher indica per la nuova generazione di apparecchiature un obiettivo di deposizione fino a 1.000 libbre all’ora, circa 454 kg di materiale ogni sessanta minuti.
Raddoppiare la produttività rispetto alle attuali 500 libbre/ora non significa però semplicemente spingere più velocemente il materiale attraverso l’estrusore. Aumentando la portata devono crescere anche capacità di raffreddamento e riscaldamento, precisione nella gestione delle traiettorie, controllo della geometria e capacità di mantenere una corretta saldatura tra gli strati.
La Factory of the Future dovrà quindi studiare non soltanto come costruire più velocemente, ma come farlo mantenendo proprietà ripetibili.
3Dirigo X segna il passaggio dal “possiamo stamparlo?” al “possiamo produrlo?”
Il significato principale di 3Dirigo X sta probabilmente proprio in questo cambiamento. Nel 2019 3Dirigo rispondeva a una domanda essenziale: è possibile stampare in un unico pezzo una barca delle dimensioni di un vero scafo? La risposta fu positiva e il progetto attirò l’attenzione internazionale.
Sette anni dopo, questa dimostrazione non è più sufficiente. La domanda è diventata industriale: il processo permette di realizzare una struttura capace di navigare ad alta velocità in mare aperto? Può essere ripetuto? Le parti possono essere ispezionate e qualificate? Il costo totale è competitivo? Le riparazioni possono essere effettuate in modo affidabile? Quanto dura una struttura sottoposta per anni a vibrazioni, acqua salata e cicli termici?
3Dirigo X dovrà contribuire a rispondere a queste domande attraverso le prove in mare. Se i risultati saranno positivi, il valore della tecnologia non sarà semplicemente quello di stampare una barca in meno tempo. Il vantaggio potrebbe essere la possibilità di trasformare la costruzione navale di piccola serie in un processo molto più digitale, nel quale una stessa infrastruttura può passare rapidamente da uno scafo all’altro, eliminando una parte degli stampi e consentendo di migliorare continuamente il progetto utilizzando i dati raccolti durante produzione e navigazione.
3Dirigo X – dati disponibili al momento del varo
| Caratteristica | Dato |
|---|---|
| Progetto | 3Dirigo X |
| Sviluppatore | University of Maine – Advanced Structures and Composites Center |
| Tecnologia | Large-Format Additive Manufacturing di compositi termoplastici |
| Lunghezza | Circa 30 ft / 9,1 m |
| Ambiente previsto | Navigazione offshore |
| Velocità obiettivo | Quasi 40 nodi / circa 74 km/h |
| Potenza riportata | 300 HP |
| Programma | Accelerated Rapid Prototyping – Department of Defense |
| Carichi considerati | Statici, dinamici, impatto, vibrazioni e carichi idrodinamici |
| Portata di deposizione raggiunta dall’ASCC | Circa 500 lb/h / 227 kg/h |
| Materiale esatto di 3Dirigo X | Non divulgato |
| Peso dello scafo | Non divulgato |
| Tempo esatto di stampa | Non divulgato |
| Obiettivo | Valutare producibilità, prestazioni, ripetibilità e impiego offshore |
3Dirigo 2019 e 3Dirigo X 2026 a confronto
| Caratteristica | 3Dirigo – 2019 | 3Dirigo X – 2026 |
|---|---|---|
| Lunghezza | 25 ft / 7,62 m | Circa 30 ft / 9,1 m |
| Peso | Circa 5.000 lb / 2.268 kg | Non comunicato |
| Tempo di stampa | 72 ore | Non comunicato |
| Ruolo principale | Dimostratore tecnologico | Imbarcazione sperimentale ad alte prestazioni |
| Prove | Vasca oceanica UMaine | Navigazione e successive prove offshore |
| Alta velocità offshore | Non era l’obiettivo principale | Sì |
| Velocità prevista | — | Quasi 40 nodi |
| Focus di ricerca | Dimostrare la scala dell’AM | Prestazioni, qualità, ripetibilità e industrializzazione |
| Digital twin / controllo avanzato | Prime attività | Parte centrale del programma |
| Riconoscimenti | Tre Guinness World Records | Non impostato come progetto da record |
Evoluzione della capacità di stampa di UMaine
| Fase | Capacità / caratteristica |
|---|---|
| Prime attività di ricerca | Circa 20 lb/h / 9 kg/h |
| MasterPrint / capacità corrente dichiarata | Circa 500 lb/h / 227 kg/h |
| Obiettivo Factory of the Future | Circa 1.000 lb/h / 454 kg/h |
| MasterPrint ASCC | Volume circa 18,3 × 6,7 × 3 m |
| Processo | Estrusione termoplastica di grande formato |
| Lavorazioni integrate | Stampa additiva e fresatura a 5 assi |
| Sviluppi ARP | Sensori, AI, HPC e controllo in-process |