La stampa 3D robotizzata di grande formato sta trovando nella nautica uno dei casi applicativi nei quali la libertà geometrica dell’additive manufacturing può trasformarsi direttamente in un vantaggio economico. NUGAE, azienda italiana specializzata in Large Format Additive Manufacturing robotizzato, ha documentato cinque hardtop già installati su imbarcazioni reali, con dimensioni che arrivano a 8,15 × 3,2 metri, masse della parte stampata comprese fra 24 e 80 kg e tempi macchina da 20 a 100 ore. Il dato più interessante non è però la possibilità di stampare un tetto lungo otto metri. Il cambiamento principale riguarda ciò che non viene più prodotto: per un hardtop personalizzato in composito il processo tradizionale richiede normalmente un modello positivo, spesso fresato in schiuma o altro materiale, seguito dalla costruzione dello stampo negativo sul quale verrà infine laminato il componente definitivo. Quando si realizza un solo esemplare, modello e stampo possono diventare attrezzature costose destinate a essere utilizzate una sola volta. NUGAE sostituisce questa catena con un processo digitale nel quale si passa dal modello CAD o dalla scansione 3D dell’imbarcazione direttamente alla produzione di una struttura termoplastica leggera, successivamente laminata con fibra di vetro o carbonio e rifinita secondo le normali procedure del settore nautico.
Il sistema non stampa però semplicemente un hardtop massiccio in plastica. È questo uno degli aspetti più importanti per comprendere il progetto. Le tecnologie LFAM tradizionali possono consumare grandi quantità di materiale perché utilizzano pareti spesse e strutture di riempimento per ottenere la rigidezza necessaria. NUGAE ha sviluppato invece un metodo proprietario basato su pareti sottili e nervature cave integrate durante la stessa deposizione. Il percorso viene generato come una linea continua e le nervature si intersecano creando configurazioni isogrid o altre geometrie di irrigidimento. In questo modo è la forma stessa della sezione a produrre buona parte della rigidezza, evitando di riempire inutilmente l’intero volume. Le cavità possono inoltre essere utilizzate per inserire rinforzi, far passare cavi o integrare altre funzioni all’interno del componente. Dopo la stampa, la struttura termoplastica diventa di fatto il core geometrico del pezzo composito e viene rivestita con pelli in vetroresina o fibra di carbonio.
La tecnologia alla base di questi hardtop è stata analizzata anche in uno studio scientifico pubblicato nel 2024 sul Journal of Marine Science and Engineering da Francesco Belvisi di NUGAE insieme a Massimo Piccioni e Andrea Ratti del Dipartimento di Design del Politecnico di Milano. Il sistema sperimentale descritto nello studio utilizza un robot antropomorfo Fanuc M-800iA con un estrusore a pellet sviluppato da NUGAE, dotato di vite da 15 mm e ugelli fra 0,9 e 1,2 mm; per le applicazioni analizzate veniva utilizzato un ugello da 1 mm. La deposizione avveniva tipicamente a 250–300 mm/s, con layer da 0,4 mm, pareti nell’ordine di 1,5–2 mm e una strategia di slicing senza infill convenzionale. Non bisogna però considerare queste specifiche come immutabili per tutti gli hardtop prodotti oggi: NUGAE ha successivamente evoluto hardware, materiali e software, arrivando a un estrusore a pellet proprietario da circa 17 kg e alla piattaforma che definisce UL-LFAM, Ultra-Light Large Format Additive Manufacturing.
I cinque hardtop documentati mostrano soprattutto quanto variabile possa essere il caso d’uso nautico.
| Applicazione | Dimensioni dichiarate | Peso parte stampata | Tempo di stampa |
|---|---|---|---|
| Fisherman Aquasport 245, barca 7,5 m | 250 cm, larghezza 60–47 cm, h 130 cm | 24 kg | 20 h |
| Oceanis 43 | 400 × 180 cm | 55 kg | 40 h |
| Motoryacht 50′ con rollbar | 480 × 200 cm | 75 kg | 70 h |
| Motoryacht 55′ | 650 × 270 cm | 80 kg | 100 h |
| RIB 13 m, hardtop one-off | 815 × 320 cm | 60 kg | 80 h |
Questi numeri devono essere interpretati correttamente. Le ore indicate sono ore macchina, non necessariamente il tempo totale fra ordine e installazione. Dopo la stampa devono essere effettuati assemblaggio dei segmenti, laminazione, rasatura, primer, verniciatura o gelcoat e montaggio. Per l’Aquasport, per esempio, NUGAE indica circa 90 giorni lavorativi dalla conferma all’installazione completa. Il vantaggio non consiste quindi nel ricevere un hardtop finito 20 ore dopo aver inviato un file STL. Consiste nell’eliminare intere fasi di tooling e nel lasciare che una parte importante della produzione avvenga automaticamente, anche durante la notte.
Per un pezzo one-off, la differenza con il ciclo della vetroresina tradizionale può essere notevole. Il metodo convenzionale prevede generalmente la costruzione del modello positivo, la sua finitura superficiale, la realizzazione dello stampo negativo e soltanto successivamente la laminazione della parte finale. Ognuno di questi passaggi richiede materiali, spazio e ore di lavoro. Se lo stampo deve generare decine o centinaia di pezzi, il suo costo viene distribuito sull’intera serie e rimane estremamente competitivo. Se invece deve produrre un solo hardtop specifico per una determinata imbarcazione, l’economia cambia radicalmente. NUGAE afferma, per esempio, che nel progetto dell’Aquasport 245 il costo stimato di modello e stampo sarebbe stato superiore a quello dell’hardtop stesso.
Questo è il motivo per cui non sarebbe corretto presentare la stampa 3D come sostituto universale degli stampi nautici. Per una grande serie di componenti identici, lo stampo può continuare a essere la soluzione migliore. È nei pezzi personalizzati, nei refit, nelle piccole serie e nelle configurazioni che cambiano da barca a barca che il digitale elimina una voce di costo particolarmente pesante. Una modifica di forma non richiede necessariamente la costruzione di nuovi utensili: si modifica il modello digitale e si rigenera il percorso robotico.
Nel refit questo vantaggio è ancora più evidente perché spesso non esiste nemmeno un CAD aggiornato dell’imbarcazione. Il processo può iniziare con una scansione 3D della barca esistente. Il progettista acquisisce geometria, rollbar, parabrezza, punti di fissaggio e ingombri, quindi costruisce l’hardtop direttamente sulla nuvola di punti o sulla mesh ricostruita. Si evitano così alcune delle difficoltà tipiche della produzione di parti personalizzate per barche che hanno già anni di servizio e non corrispondono più perfettamente ai disegni originali.
Le dimensioni superano naturalmente il volume utile raggiungibile in una singola posizione del robot, quindi gli hardtop più grandi vengono segmentati. La divisione non è però lasciata alla fine del processo: viene progettata digitalmente incorporando riferimenti e sistemi di assemblaggio. I segmenti possono essere trasportati separatamente, allineati su una dima realizzata CNC, collegati e quindi laminati fino a diventare una struttura continua. Anche la logistica ne beneficia: invece di movimentare immediatamente un enorme elemento finito, è possibile trasportare parti di dimensioni più gestibili e completarne l’unione in cantiere.
Il caso meglio documentato scientificamente è l’hardtop di un RIB motorizzato di 13 metri prodotto da Joy Marine e progettato dall’architetto Franco Gnessi. La geometria era particolarmente complessa e, secondo lo studio del Politecnico di Milano e NUGAE, una produzione tradizionale avrebbe richiesto diversi stampi. Il progetto chiedeva inoltre una struttura leggera, con interni cavi per il passaggio dei cablaggi, sufficientemente rigida da mantenere la grande superficie curva e capace di integrarsi con l’estetica e l’aerodinamica dell’imbarcazione. La soluzione è stata suddivisa in segmenti, stampata con nervature isogrid localizzate, assemblata, rivestita con fibra di vetro, carteggiata e rasata.
Il componente misura 8,15 × 3,2 metri e NUGAE indica circa 60 kg per l’hardtop e 80 ore di stampa. La pubblicazione scientifica afferma che il processo ha richiesto approssimativamente metà del tempo rispetto alla produzione mediante fresatura presa come riferimento. Si tratta di un risultato relativo a questo specifico caso studio e non di una regola universale secondo cui il LFAM dimezza sempre i tempi della nautica. Il vantaggio dipende fortemente da geometria, quantità, materiale, grado di finitura e soprattutto dall’attrezzatura che sarebbe necessaria nel processo alternativo.
C’è però un elemento che rende il caso più interessante di un semplice prototipo da fiera: la barca è stata commercializzata e utilizzata in condizioni meteorologiche differenti senza problemi segnalati dagli autori. Questo non equivale a una certificazione universale della tecnologia per qualsiasi componente strutturale navale, ma dimostra che il progetto è passato dalla dimostrazione in laboratorio all’impiego reale.
La leggerezza dell’hardtop è particolarmente importante in nautica perché il componente viene installato molto in alto rispetto al centro di gravità della barca. Aggiungere massa in quella posizione può aumentare il momento raddrizzante necessario e influenzare rollio e stabilità. Ridurre il peso di una sovrastruttura ha quindi un valore diverso rispetto a risparmiare lo stesso numero di chilogrammi vicino alla chiglia. NUGAE attribuisce la massa contenuta soprattutto all’utilizzo di pareti sottili, nervature cave e materiale soltanto nelle zone necessarie.
Anche qui occorre però distinguere fra peso della struttura stampata e peso della parte completamente finita. Laminazione, resina, stucco, primer, gelcoat, ferramenta, finestrature e accessori aggiungono massa. Nei diversi casi pubblicati i dati non sempre separano con lo stesso dettaglio ogni fase della costruzione. È quindi più prudente utilizzare i valori dichiarati come dati relativi ai singoli progetti, evitando di trasformarli in una percentuale universale di riduzione del peso rispetto alla vetroresina.
Lo studio peer-reviewed offre comunque un confronto più controllato su pannelli di prova. Le strutture stampate con nervature cave e successivamente laminate in vetroresina hanno raggiunto una rigidezza paragonabile a pannelli sandwich tradizionali con anima in balsa, con un peso inferiore di circa il 10%. Il risultato ha però anche un limite importante che merita di essere riportato: la resistenza ultima dei pannelli sperimentali era circa 30% inferiore rispetto ai pannelli di riferimento. Il comportamento a rottura risultava invece più progressivo rispetto alla rottura improvvisa osservata nel sandwich convenzionale. Questo rende il risultato interessante ma impedisce di sintetizzarlo con la frase promozionale “più leggero e resistente della vetroresina”. La realtà è più articolata: la configurazione analizzata raggiungeva una buona rigidezza specifica, ma rimanevano margini di miglioramento sulla capacità di carico ultima.
Gli stessi autori indicano esplicitamente che, per estendere l’impiego verso applicazioni strutturali più severe e relative certificazioni, servono ulteriori studi su fatica, buckling, impatto e altre modalità di cedimento. Propongono inoltre di aumentare le prestazioni mediante rinforzi unidirezionali orientati secondo i carichi e attraverso un’ottimizzazione della geometria delle nervature. È una precisazione importante: l’hardtop è un’applicazione molto adatta alla tecnologia perché richiede grande superficie, forma personalizzata e basso peso, ma non implica automaticamente che lo stesso approccio possa essere applicato senza ulteriore validazione a ogni elemento strutturale dello scafo.
La laminazione finale rimane infatti fondamentale. Dopo la stampa, NUGAE tratta la struttura termoplastica come core o preforma geometrica e applica vetro o carbonio. È questa architettura ibrida a distinguere il metodo da un semplice componente FFF sovradimensionato. Il materiale estruso permette di creare rapidamente la forma complessa, mentre le fibre continue della laminazione esterna contribuiscono alle proprietà meccaniche e alla qualità superficiale. Una volta laminato, il pezzo può essere stuccato, primerizzato, verniciato o rivestito con gelcoat utilizzando processi già familiari ai cantieri.
La finitura risolve anche un altro problema dei termoplastici utilizzati all’aperto: la protezione dai raggi UV e dall’ambiente marino. NUGAE stessa sottolinea che i polimeri devono essere protetti; laminazione e coating svolgono questa funzione esattamente come accade con numerose strutture composite tradizionali. La stampa non elimina quindi le competenze del cantiere nella finitura: elimina principalmente la necessità di creare prima modello e stampo.
Un secondo vantaggio delle nervature cave è la possibilità di integrare funzioni che nei componenti convenzionali richiederebbero lavorazioni aggiuntive. Passaggi per cavi, canalizzazioni o rinforzi possono essere previsti direttamente nel progetto digitale. Nel RIB di 13 metri, per esempio, la possibilità di disporre di un interno cavo era uno dei requisiti. La stessa filosofia può essere utilizzata per illuminazione, antenne, cablaggi, supporti e altri sistemi normalmente presenti negli hardtop moderni.
L’integrazione funzionale è probabilmente uno dei vantaggi che cresceranno maggiormente con la maturazione del processo. Se la stampa 3D viene utilizzata soltanto per replicare la forma esterna di un hardtop convenzionale, una parte del potenziale rimane inutilizzata. Quando invece si riprogetta il componente per la produzione additiva, è possibile decidere dove posizionare le nervature, dove creare cavità, dove aumentare localmente la sezione e dove predisporre punti di montaggio. Si passa così dal semplice tool-less manufacturing al vero Design for Additive Manufacturing.
Il software è quindi una parte determinante del sistema NUGAE. Lo studio del 2024 descrive script sviluppati nell’ambiente Rhinoceros/Grasshopper che creano percorsi continui, generano le strutture di irrigidimento e convertono la geometria in programmi utilizzabili dal robot Fanuc. L’azienda oggi identifica il proprio slicer proprietario come NU-Slice. A differenza di uno slicer desktop che riempie automaticamente un volume con una percentuale di infill, qui il percorso diventa parte del progetto strutturale: parete, nervatura e direzione della deposizione vengono pensate insieme.
La deposizione continua riduce inoltre partenze e arresti dell’estrusione, che possono diventare punti delicati in una struttura sottile. La sfida è mantenere stabile una parete di pochi millimetri mentre il materiale caldo viene depositato rapidamente e subisce ritiri termici. Le superfici curve possiedono naturalmente una maggiore rigidezza geometrica, mentre quelle più planari vengono stabilizzate mediante le nervature cave autointersecanti. È un esempio interessante di come nella stampa 3D di grande formato geometria e processo non possano essere progettati separatamente.
NUGAE ha continuato a sviluppare questa filosofia dopo i primi hardtop. La società parla oggi di UL-LFAM e ha introdotto CoreLight3D, un core corrugato basato su polipropilene riciclato progettato per essere successivamente accoppiato a pelli composite. Il materiale è destinato anche a hardtop, scafi, ponti e altri componenti di grandi dimensioni. Non va però confuso automaticamente con il materiale utilizzato nei cinque hardtop descritti nell’articolo di 3Druck: la gamma tecnologica è evoluta nel tempo e NUGAE non pubblica per tutti i componenti la formulazione esatta del termoplastico rinforzato utilizzato.
L’evoluzione della piattaforma comprende anche un estrusore brevettato da circa 17 kg, pensato per lavorare con pellet e poter essere orientato in diverse direzioni dal robot. Ridurre la massa dell’end effector è un tema importante nel robotic additive manufacturing: una testa molto pesante riduce dinamica, precisione e volume operativo utile del braccio. NUGAE alimenta il materiale attraverso un sistema pneumatico verso un hopper coassiale, evitando di dover trasportare sul polso del robot una tramoggia di grandi dimensioni.
Il confronto economico rimane però fortemente dipendente dalla quantità. NUGAE stessa riconosce che, se occorre produrre decine di hardtop identici, uno stampo tradizionale può tornare competitivo. Il costo dell’attrezzatura viene ammortizzato su molti esemplari e la laminazione può essere ottimizzata per una produzione ripetitiva. È per i pezzi unici che la stampa robotizzata possiede il massimo vantaggio, perché il costo digitale non cresce in proporzione alla complessità della forma nello stesso modo del tooling convenzionale.
Questa caratteristica coincide molto bene con il mercato degli yacht, dove personalizzazione e bassi volumi sono normali piuttosto che eccezioni. Due imbarcazioni della stessa lunghezza possono avere rollbar, parabrezza, elettronica e layout differenti. Nei refit la variabilità è ancora maggiore. Una tecnologia capace di partire dalla scansione della singola barca e produrre un hardtop specifico senza costruire uno stampo dedicato risponde quindi a un problema economico reale, non soltanto a una ricerca di forme spettacolari.
Anche la sostenibilità va valutata con un po’ più di attenzione rispetto allo slogan “zero waste”. L’additive manufacturing elimina effettivamente modello e stampo e riduce il materiale asportato rispetto alla fresatura di un grande blocco. Questo può ridurre significativamente gli scarti nei pezzi one-off. Rimangono però pellet, energia elettrica, laminazione, resine, fibre e operazioni di finitura; inoltre un componente ibrido formato da termoplastico e pelli termoindurenti non è automaticamente facile da riciclare a fine vita. Le nuove soluzioni basate su materiale riciclato, come CoreLight3D, sono un passo interessante, ma una valutazione ambientale completa richiederebbe un’analisi LCA dell’intero ciclo di vita.
È invece molto più solido il vantaggio relativo agli utensili sacrificabili: evitare un modello positivo e uno stampo che verranno utilizzati una sola volta significa evitare una quantità di materiale e lavoro che non finirà mai sull’imbarcazione. Più il progetto è personalizzato, maggiore può diventare questo beneficio.
I cinque hardtop realizzati mostrano quindi una tecnologia già oltre la semplice dimostrazione, ma ancora in una fase di industrializzazione progressiva. Ci sono parti installate e utilizzate su barche reali, un caso scientificamente documentato con il Politecnico di Milano e una gamma crescente di applicazioni. Allo stesso tempo, gli stessi dati della ricerca evidenziano che l’adozione strutturale più estesa richiede ancora prove di fatica, impatto, instabilità e procedure di certificazione adeguate.
Il risultato più interessante è probabilmente che la stampa 3D non sostituisce completamente il composito tradizionale: cambia il modo in cui ne viene costruita la geometria interna. Le fibre di vetro e carbonio e le operazioni di finitura rimangono, mentre scompaiono modello e stampo. In altre parole, NUGAE non propone di trasformare lo yacht in una gigantesca stampa di plastica, ma di utilizzare un robot a estrusione per creare rapidamente il core strutturale e geometrico attorno al quale continuare a utilizzare competenze e materiali già consolidati nella nautica.
Per un hardtop personalizzato questo compromesso sembra particolarmente efficace. La parte è grande, geometricamente complessa, viene spesso realizzata una sola volta e deve essere leggera perché si trova nella zona più alta dell’imbarcazione. Sono quasi esattamente le condizioni nelle quali il costo di uno stampo tradizionale pesa maggiormente e la libertà della produzione additiva ha più valore.
Il caso del RIB da 13 metri sintetizza bene il concetto: 8,15 × 3,2 metri, circa 60 kg, 80 ore di stampa, nessuno stampo e un tempo produttivo dichiarato pari a circa la metà del percorso basato sulla fresatura. Non significa che ogni hardtop debba essere stampato. Significa che, quando ogni barca richiede una parte diversa, la vera innovazione può non essere stampare più velocemente del processo tradizionale, ma eliminare completamente la necessità di costruire un’attrezzatura destinata a produrre un solo pezzo.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).
