Collaborazione tra Johns Hopkins APL e NAVSEA per la stampa 3D di componenti navali
Il Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) ha avviato un progetto con il Naval Sea Systems Command (NAVSEA) della Marina degli Stati Uniti volto a integrare la stampa 3D di metalli nel ciclo di vita dei mezzi navali. L’obiettivo è dimostrare che il Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) è in grado di produrre componenti con caratteristiche meccaniche e di durabilità in linea con gli standard richiesti da sistemi critici come i sottomarini classe Virginia.
Controllo dei parametri di processo per eliminare porosità
Nel corso degli studi, APL ha esaminato l’influenza di parametri quali potenza del laser, velocità di scansione e spessore dello strato sulla formazione di porosità interna. In una serie di prove, la regolazione mirata di questi parametri ha permesso di ottenere pezzi completamente densi, eliminando la necessità di trattamenti post-stampa costosi e lunghe fasi di ricottura. Parallelamente, ricerche condotte su materiali prodotti da fornitori diversi hanno confermato che è possibile mantenere consistenza metallurgica tra più stabilimenti, a patto di adottare specifiche linee guida condivise.
Standard NAVSEA e procedure di qualificazione snelle
In risposta ai risultati ottenuti, NAVSEA ha aggiornato le proprie direttive introducendo una nuova procedura di qualificazione dei processi di stampa additiva. Al posto di centinaia di provini e iter di test da milioni di dollari, le nuove linee guida richiedono un numero ridotto di campioni rappresentativi, grazie a metodi di caratterizzazione statistica più efficienti. Ciò ha consentito di tagliare di oltre il 60 % il tempo e i costi di certificazione delle macchine additive, senza rinunciare alla solidità delle garanzie di qualità.
Riparazioni rapide in emergenza con DED
Oltre al L-PBF, APL ha impiegato tecniche di Directed Energy Deposition (DED) con sorgenti laser per interventi sul campo. Un caso esemplare ha visto l’equipaggio di una nave anfibia collaborare con gli esperti dell’APL per riprodurre in cinque giorni un componente strutturale andato fuori uso. Il pezzo è stato scansionato, ingegnerizzato al volo e stampato con un sistema DED a filo metallico, riducendo i tempi di fermo da mesi o anni a pochi giorni e garantendo così la disponibilità operativa della nave.
Verso la produzione additiva su larga scala
Per integrarsi effettivamente nella catena di montaggio navale, la stampa 3D deve dimostrare stabilità su più fornitori e stabilimenti. NAVSEA, grazie all’apporto di APL, ha creato un “industrial base” di fornitori qualificati, in grado di riprodurre componenti con le stesse proprietà meccaniche e metallurgiche, indipendentemente dalla località di produzione. La previsione di servizio di un sottomarino classe Virginia arriva a 33 anni: per questo NAVSEA richiede garanzie di performance a lungo termine sui pezzi additivi, tanto quanto sui componenti tradizionali.
Ecosistema AUKUS e WAAM per i sottomarini
Nel quadro dell’iniziativa trilaterale AUKUS, l’australiana AML3D ha consegnato alla Marina statunitense componenti in rame-nichel prodotti con tecnologia Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) per il programma Virginia Class. Questi pezzi, realizzati in meno di cinque settimane, verranno testati in mare aperto per verificarne resistenza e durabilità. Il WAAM permette di depositare grandi volumi di materiale con efficienza, riducendo un lead time convenzionale di 17 mesi a pochi mesi.
Sperimentazioni in esercitazioni RIMPAC
Durante gli esercizi Rim of the Pacific (RIMPAC) del 2024, la Marina USA ha testato ulteriori sistemi additive: SPEE3D ha fornito un impianto di Cold Spray per riparazioni rapide di superfici metalliche, mentre Snowbird Technologies ha dispiegato il suo sistema ibrido SAMM Tech (DED+filamento) per valutare come combinare polimeri e metalli in applicazioni logistiche. Queste prove sul campo hanno confermato che i tempi di approvvigionamento di parti critiche possono passare da settimane a poche ore, migliorando significativamente la prontezza operativa delle unità.
Prospettive per il design navale integrato
Superata la fase di emergenza e manutenzione, il passo successivo è impiegare la produzione additiva già nelle fasi di progettazione. NAVSEA e APL lavorano per introdurre i vincoli di stampa 3D all’interno degli strumenti CAD/CAE, in modo che nuovi componenti nervature, supporti e parti strutturali siano concepiti fin dall’inizio per essere fabbricati con L-PBF o WAAM. Quando la tecnologia diventerà parte integrante del design, non servirà più affrontare singoli “interventi rapidi”, ma si potrà pensare a navi e sommergibili progettati e realizzati con processi additivi, con benefici in termini di personalizzazione, peso e tempi di costruzione.
