Nel settore navale, il tema dell’efficienza non riguarda soltanto nuovi carburanti, motori alternativi o sistemi di propulsione assistita dal vento. Una parte importante dei consumi di una nave dipende anche da un fenomeno molto concreto: l’attrito tra lo scafo e l’acqua. Ridurre questa resistenza significa diminuire la potenza necessaria per mantenere una certa velocità e, di conseguenza, ridurre consumo di carburante ed emissioni.
È in questo ambito che si inserisce il lavoro di Armada Technologies, azienda britannica con sede a Liverpool, che ha sviluppato il sistema PALS, acronimo di Passive Air Lubrication System. La tecnologia è stata installata su una nave per il trasporto di gas naturale liquefatto, una LNG carrier, e include un componente critico prodotto tramite stampa 3D da 3D People, service britannico specializzato in manifattura additiva industriale. Il componente è integrato in un sottogruppo del sistema venturi che miscela aria e acqua prima dell’immissione sotto lo scafo.
Perché l’attrito dello scafo pesa sui consumi
Quando una nave si muove, deve vincere varie forme di resistenza: attrito lungo lo scafo, onde generate dal movimento, resistenza appendicolare, effetto del vento, condizioni di carico e stato del mare. Sulle grandi unità commerciali, anche piccoli miglioramenti dell’efficienza possono avere effetti economici importanti, perché il consumo di carburante è una delle principali voci di costo operativo.
La lubrificazione ad aria dello scafo lavora su un principio semplice: rilasciare microbolle sotto la carena per creare uno strato di acqua aerata tra lo scafo e il mare. Questo strato riduce l’attrito e permette alla nave di muoversi con meno energia. Armada descrive proprio questo effetto: le microbolle formano una superficie aerata che limita il contatto diretto tra scafo e acqua, con riduzione della resistenza e dei consumi.
Il punto tecnico non è nuovo in assoluto. I sistemi di air lubrication esistono da anni. La differenza sta nel modo in cui l’aria viene generata e distribuita. Molte soluzioni usano compressori che richiedono spazio, potenza elettrica, tubazioni, manutenzione e possono introdurre rumore e vibrazioni. Nei casi peggiori, quando il sistema non è in funzione, alcune configurazioni possono anche aumentare la resistenza della nave.
La scelta di Armada: un sistema passivo con effetto venturi
Il sistema PALS di Armada punta a ridurre la dipendenza dai compressori. La tecnologia usa il movimento in avanti della nave per spingere l’acqua all’interno di pod installati nei doppi fondi, a filo con la linea di base dello scafo. L’acqua attraversa un venturi, la variazione di pressione richiama aria dal ponte e la miscela aria-acqua viene poi rilasciata nello strato limite sotto lo scafo.
Il principio del venturi è centrale. Quando il flusso accelera in una sezione ristretta, la pressione diminuisce. Armada usa questo effetto per aspirare aria senza ricorrere a compressori ad alta energia. La miscela viene poi distribuita in forma di microbolle, con l’obiettivo di creare un tappeto più stabile sotto lo scafo. Ogni pod può essere regolato in modo indipendente, così il sistema può adattarsi a velocità, pescaggio e condizioni operative diverse.
Armada presenta PALS come una tecnologia adatta sia a nuove costruzioni sia a retrofit su navi esistenti. Questo è un aspetto importante, perché la flotta mercantile mondiale non può essere sostituita rapidamente. Molte strategie di decarbonizzazione dovranno passare da interventi su navi già operative: miglioramenti idrodinamici, ottimizzazione della propulsione, gestione dell’energia a bordo, riduzione dei consumi e, quando possibile, cambio di carburante.
Dove entra la stampa 3D
Il componente stampato in 3D non è una parte decorativa o un semplice prototipo. Si tratta di un elemento collegato al venturi ejector, cioè al punto in cui il sistema deve creare e controllare la miscela aria-acqua. Per funzionare bene deve mantenere il giusto salto di pressione, limitare la contropressione, favorire l’aspirazione dell’aria e sostenere un flusso continuo in ambiente marino.
Questa geometria è il motivo principale della scelta additiva. Secondo le informazioni pubbliche, la forma interna richiesta per ottenere il comportamento fluidodinamico desiderato non era adatta a una produzione tradizionale semplice. Il pezzo doveva avere passaggi interni precisi, superfici idonee al contatto con il fluido, resistenza meccanica e durabilità in presenza di acqua marina, variazioni di pressione e funzionamento continuo.
Qui la stampa 3D non viene usata perché “può fare tutto”, ma perché consente di produrre una forma che serve al funzionamento del sistema. È una distinzione importante: nel settore industriale la manifattura additiva ha senso quando permette una prestazione non ottenibile, o non ottenibile in modo conveniente, con fresatura, stampaggio, assemblaggio o lavorazioni convenzionali.
PA12 e vapour smoothing: perché contano materiale e finitura
Il componente è stato realizzato da 3D People in PA12 Nylon, un materiale molto usato nei processi a letto di polvere per parti funzionali. La scelta è legata a resistenza meccanica, durata e compatibilità con un’applicazione dove il pezzo è soggetto a flussi continui e condizioni ambientali severe.
Il materiale, però, è solo una parte della risposta. Per un componente che lavora con fluidi, la finitura interna può influire sul comportamento del flusso. Per questo è stato specificato anche un processo di vapour smoothing, cioè una finitura chimico-fisica che leviga la superficie del polimero. In una parte con canali e passaggi interni, ridurre rugosità e discontinuità può aiutare a rendere più coerente il comportamento della miscela aria-acqua.
Questo passaggio mostra un punto spesso trascurato: la stampa 3D non è solo “stampa”. Per arrivare a un componente installabile su una nave servono progettazione, scelta del processo, materiale, post-processing, controlli, qualificazione e verifica in servizio. Nel caso di Armada, il prototipo è stato sottoposto a ispezioni e test di conformità prima dell’ordine produttivo, poi 3D People ha consegnato i componenti in quattro lotti tra febbraio e marzo. Dopo circa otto mesi di utilizzo quasi continuo, le parti stampate non mostravano segni di degrado o problemi prestazionali secondo quanto comunicato dalle aziende coinvolte.
Un caso concreto di additive manufacturing nel navale
La stampa 3D nel settore marittimo viene spesso raccontata attraverso due grandi filoni. Il primo è la produzione di ricambi a bordo o vicino al porto, utile per ridurre tempi di fermo e dipendenza da magazzini fisici. Il secondo è la produzione di componenti progettati per prestazioni specifiche: geometrie complesse, alleggerimento, passaggi fluidici, attrezzature speciali o parti difficili da ottenere con metodi convenzionali.
Il caso Armada rientra nel secondo gruppo. Non si tratta di stampare un ricambio generico, ma di produrre una parte con funzione fluidodinamica. Il valore della stampa 3D è legato alla geometria interna del componente e alla possibilità di passare dal prototipo alla produzione senza dover riprogettare il pezzo per un processo più rigido.
Per il settore navale questo è un segnale utile. Le navi sono ambienti duri: vibrazioni, acqua salata, carichi variabili, accessibilità limitata, cicli di manutenzione programmati e standard di sicurezza severi. Un componente stampato in 3D deve quindi dimostrare non solo di poter essere prodotto, ma di poter resistere. Il fatto che una parte polimerica in PA12 sia stata installata in un sottosistema collegato all’efficienza dello scafo mostra come la manifattura additiva possa entrare in applicazioni operative, a condizione che il progetto sia ben delimitato e verificato.
Il contesto della decarbonizzazione marittima
Il trasporto marittimo deve ridurre consumi ed emissioni senza fermare una flotta che muove gran parte delle merci mondiali. L’International Maritime Organization ha adottato nel 2023 una strategia per ridurre le emissioni di gas serra del trasporto marittimo internazionale: tra gli obiettivi figurano una riduzione dell’intensità carbonica di almeno il 40% entro il 2030 rispetto al 2008, l’adozione di tecnologie e combustibili a emissioni zero o quasi zero per almeno il 5% dell’energia usata entro il 2030, con sforzo verso il 10%, e l’obiettivo di arrivare a emissioni nette zero intorno al 2050.
Anche il Regno Unito ha pubblicato una strategia per il settore marittimo domestico, con l’obiettivo di arrivare a zero emissioni GHG fuel lifecycle entro il 2050 e con traguardi intermedi di almeno il 30% di riduzione entro il 2030 e dell’80% entro il 2040 rispetto ai livelli del 2008.
In questo quadro, le tecnologie di efficienza hanno un ruolo particolare. Non sostituiscono i carburanti alternativi, ma possono ridurre il fabbisogno energetico della nave. Se una nave consuma meno energia per svolgere lo stesso servizio, diventa più semplice contenere costi ed emissioni, qualunque sia il combustibile usato. È per questo che soluzioni come lubrificazione ad aria, ottimizzazione delle eliche, rivestimenti dello scafo, weather routing e sistemi di gestione energetica possono convivere con metanolo, ammoniaca, idrogeno, biofuel o elettrificazione parziale.
Cosa distingue PALS dai sistemi con compressori
Armada sottolinea tre elementi: assenza di compressori principali ad alta energia, pod regolabili in modo indipendente e possibilità di adattarsi a diverse condizioni operative. Nelle FAQ tecniche, l’azienda confronta i sistemi di prima generazione con la propria impostazione, indicando criticità come dipendenza dallo stato del mare, richiesta di potenza da parte dei compressori, ingombri, vibrazioni, manutenzione e possibili penalizzazioni quando il sistema non lavora.
La stessa documentazione di Armada riporta test svolti nel 2022 presso HSVA, l’Hamburg Ship Model Basin, in tunnel idrodinamico e di cavitazione. Secondo Armada, i test hanno verificato la fattibilità dell’aerazione passiva e mostrato una riduzione della resistenza su piastra a doppia cifra, con un tappeto di acqua aerata stabile e ben ingaggiato nello strato limite.
Questi dati vanno letti con prudenza: prove su piastra, test in tunnel e prestazioni su nave reale non sono la stessa cosa. L’efficienza finale dipende da scafo, velocità, carico, mare, manutenzione, configurazione dei pod e profilo operativo. Ma la direzione è chiara: Armada vuole ridurre il consumo energetico necessario a produrre la lubrificazione, perché un sistema che risparmia carburante ma assorbe molta energia a bordo riduce il beneficio netto.
Le aziende coinvolte
La catena industriale del progetto comprende più soggetti. Armada Technologies è il proprietario della tecnologia PALS e sviluppa il sistema di lubrificazione passiva dello scafo. La società indica collaborazioni con università, operatori navali, aziende tecnologiche e finanziatori nel Regno Unito, in Europa e negli Stati Uniti; tra gli investitori pubblicamente elencati compaiono Founders Factory e Future Planet Capital, mentre nella pagina dei partner sono indicati anche soggetti industriali e shipowner partner.
3D People ha prodotto il componente in PA12 e ha gestito anche la finitura tramite vapour smoothing. Il service britannico presenta applicazioni in diversi settori, inclusi componenti per droni, robotica, macchinari e applicazioni marine/subsea. Nel caso Armada, il ruolo non si è limitato alla stampa: l’azienda ha supportato il passaggio da prototipo a parti di produzione, con attenzione alla geometria interna e alle esigenze operative.
Nel contesto del sistema PALS compare anche EcoOne Marine Technologies Group, indicato nella documentazione Armada come gruppo associato. Inoltre, il lavoro di validazione tecnologica ha coinvolto HSVA, struttura tedesca specializzata in prove idrodinamiche e cavitazione.
Perché questo progetto interessa la stampa 3D
Il caso Armada è interessante perché non presenta la stampa 3D come sostituto universale della produzione navale. La nave non viene “stampata in 3D”. Non viene nemmeno modificata con un grande componente additivo strutturale. La stampa 3D entra in una zona precisa: un sottocomponente complesso, con funzione fluidodinamica, difficile da produrre con geometrie interne equivalenti usando metodi tradizionali.
Questa è una delle applicazioni più credibili dell’additive manufacturing industriale. Il vantaggio non è nella novità del processo, ma nella possibilità di progettare il pezzo intorno alla funzione. Se il componente deve guidare un flusso, creare una depressione, miscelare aria e acqua e mantenere superfici interne coerenti, la libertà geometrica può diventare un vantaggio tecnico.
La stampa 3D permette anche una fase di sviluppo più rapida. Un componente venturi può essere iterato, testato, modificato e poi prodotto in piccoli lotti senza attrezzaggi dedicati. Per una tecnologia navale ancora in fase di diffusione commerciale, questa flessibilità è utile: permette di adattare componenti e sottosistemi senza dover investire subito in stampi o attrezzature rigide.
Il ruolo del post-processing nella parte fluidica
Il vapour smoothing merita un’attenzione specifica. Nei pezzi stampati in 3D a polvere, la superficie può risultare leggermente ruvida. Per molte applicazioni meccaniche questo non è un problema grave; in un passaggio fluidico può diventare più rilevante. Rugosità, microasperità e irregolarità interne possono influenzare turbolenza, perdite di carico, deposito di materiale e comportamento della miscela.
La finitura quindi non è solo estetica. Serve a rendere il componente più adatto alla funzione. In un sistema come PALS, dove il controllo dell’aria aspirata e della miscela è parte essenziale della prestazione, la superficie interna del componente può avere un ruolo pratico. La stampa 3D fornisce la geometria; il post-processing la rende più idonea all’ambiente di lavoro.
Questo è un insegnamento valido anche fuori dal settore navale. Nei componenti fluidici stampati in 3D, la qualità finale dipende dalla combinazione tra design, orientamento di stampa, materiale, processo, finitura e controllo. Parlare solo della macchina di stampa sarebbe riduttivo.
Una soluzione utile anche per retrofit
Una delle parti più interessanti della proposta Armada è la possibilità di installare PALS su navi esistenti. Il retrofit è un tema chiave nel settore navale perché le navi hanno cicli di vita lunghi. L’adozione di nuove tecnologie non passa solo dalle nuove costruzioni, ma anche da interventi durante bacini di carenaggio o manutenzioni programmate.
Armada indica per PALS una configurazione modulare con pod installati nei doppi fondi, e sul proprio sito riporta anche una possibile installazione entro sette giorni per la parte relativa all’integrità dello scafo. La modularità permette di separare la fabbricazione del sistema dalla tempistica complessiva del progetto e di non vincolare necessariamente l’intervento a grandi lavori di retrofit più complessi.
Per gli armatori, il vantaggio di una tecnologia retrofit-ready è evidente: una nave già in servizio può migliorare il proprio profilo energetico senza attendere il rinnovo della flotta. Naturalmente, l’effettiva convenienza dipende da costo di installazione, tempo di fermo, risparmio misurato, prezzo del carburante, itinerari, velocità operative e requisiti normativi.
Perché il settore navale guarda a soluzioni misurabili
Nel trasporto marittimo non basta dichiarare una riduzione dei consumi. Gli armatori devono misurare il beneficio su rotte reali, con condizioni variabili e con sistemi che non aumentino la complessità operativa oltre un certo limite. Una tecnologia installata su una nave deve funzionare per lunghi periodi, essere manutenibile dall’equipaggio o dai tecnici di bordo e non interferire con sicurezza, ispezioni, bacini, sensori o altri sistemi.
Per questo il caso del componente stampato in 3D è significativo ma circoscritto. Non dimostra da solo che ogni sistema di lubrificazione ad aria possa essere prodotto con additive manufacturing. Dimostra invece che, in una parte specifica, la stampa 3D può risolvere un vincolo di geometria e accelerare il passaggio verso l’installazione reale.
È una differenza sostanziale. La stampa 3D non deve sostituire tutta la cantieristica per avere valore. Può entrare in componenti selezionati, dove la libertà progettuale, la produzione in piccoli lotti e la rapidità di iterazione incidono sulle prestazioni del sistema.
Un tassello nella transizione energetica delle navi
La decarbonizzazione del trasporto marittimo non dipenderà da una sola tecnologia. I combustibili alternativi avranno un ruolo, ma richiedono infrastrutture, disponibilità, standard, sicurezza e costi accettabili. L’efficienza energetica resta quindi una leva immediata: ridurre la resistenza dello scafo, ottimizzare la propulsione, migliorare la gestione dei carichi elettrici, ridurre le perdite e mantenere prestazioni stabili nel tempo.
PALS si inserisce in questa logica. Se il sistema riesce a ridurre l’energia necessaria alla propulsione senza richiedere compressori ad alto consumo, il beneficio può essere doppio: meno attrito e minore assorbimento ausiliario. La componente stampata in 3D diventa un abilitatore tecnico dentro un sistema più ampio.
Per Stampare in 3D, l’aspetto più interessante non è solo il materiale PA12 o il processo di stampa. È l’uso della manifattura additiva come strumento di progettazione funzionale. Il pezzo stampato non è importante perché è stampato, ma perché aiuta un sistema idrodinamico a lavorare come previsto.
Il progetto di Armada Technologies con 3D People mostra una direzione concreta per la stampa 3D nel settore navale: componenti mirati, funzione tecnica chiara, geometrie interne complesse e verifica in ambiente operativo. Il sistema PALS usa il movimento della nave per generare una miscela aria-acqua attraverso un venturi, riducendo la dipendenza da compressori e puntando a limitare l’attrito sotto lo scafo. La stampa 3D entra proprio nel punto più delicato della catena, dove la forma interna del componente influenza il comportamento del flusso.
Il componente in PA12, rifinito con vapour smoothing, è stato installato su una nave LNG e ha lavorato per mesi in condizioni quasi continue senza problemi segnalati dalle aziende coinvolte. È un risultato da leggere senza enfasi eccessiva, ma con attenzione: in un settore dove affidabilità, manutenzione e durata contano più della novità, l’additive manufacturing deve dimostrare di risolvere problemi reali.
La stampa 3D, in questo caso, non promette di cambiare da sola il trasporto marittimo. Offre però un modo efficace per realizzare una parte complessa che contribuisce a un sistema di efficienza energetica. Ed è proprio questo il terreno più solido per l’adozione industriale: meno narrazione generica, più componenti che fanno un lavoro preciso a bordo di una nave reale.
