Un database di materiali e processi per accelerare l’impiego industriale della manifattura additiva
The Barnes Global Advisors (TBGA) ha ricevuto da Bechtel Plant Machinery, Inc. (BPMI) un incarico per supportare lo sviluppo e la gestione di un database dedicato ai materiali e ai processi della manifattura additiva metallica.
L’accordo è stato annunciato il 30 luglio 2026 e riguarda un tema centrale per l’industrializzazione della stampa 3D in metallo: la disponibilità di dati sperimentali organizzati, confrontabili e sufficientemente robusti da essere utilizzati nelle attività di progettazione e qualificazione.
Bechtel Plant Machinery, Inc. opera come prime contractor del Naval Nuclear Propulsion Program e supporta la progettazione, l’acquisto, il controllo qualità e la consegna di componenti destinati agli impianti di propulsione nucleare installati sui sottomarini e sulle portaerei a propulsione nucleare della U.S. Navy.
The Barnes Global Advisors dovrà interpretare, standardizzare e gestire i dati generati da fornitori di manifattura additiva e partner incaricati delle attività di prova.
Il progetto parte da campioni realizzati in acciaio inossidabile 316L e Alloy 625 mediante Laser Powder Bed Fusion e Gas Metal Arc Directed Energy Deposition.
Lo scopo è costruire una base strutturata di proprietà dei materiali che possa essere impiegata dagli ingegneri per valutare più rapidamente l’utilizzo della manifattura additiva nella produzione di componenti destinati alla filiera navale.
Perché i dati sui materiali sono uno degli ostacoli alla stampa 3D metallica
Una delle principali differenze tra la prototipazione additiva e la produzione di componenti destinati a impieghi critici riguarda la quantità di dati necessaria per dimostrare che il materiale ottenuto possiede caratteristiche sufficientemente prevedibili.
Nel settore industriale non basta conoscere la composizione nominale di una lega.
Le proprietà finali di un componente prodotto mediante additive manufacturing possono dipendere dalla macchina utilizzata, dai parametri di processo, dalle caratteristiche della materia prima, dall’orientamento del pezzo, dalla strategia di scansione, dal trattamento termico e dalle successive lavorazioni meccaniche.
Due componenti realizzati con la stessa lega possono quindi presentare differenze se vengono prodotti su macchine differenti o utilizzando finestre di processo diverse.
Per questo motivo la qualificazione di un materiale per additive manufacturing richiede campagne sperimentali nelle quali vengono prodotti e testati numerosi provini.
Le informazioni ottenute possono comprendere resistenza a trazione, limite di snervamento, allungamento, comportamento a fatica, tenacità, proprietà a differenti temperature e caratteristiche microstrutturali.
The Barnes Global Advisors avrà il compito di trasformare i risultati provenienti da fornitori e laboratori differenti in dataset organizzati secondo criteri coerenti.
È un lavoro che riguarda quindi non soltanto la raccolta dei dati, ma anche la loro interpretazione e standardizzazione.
Il ruolo dei coupon nella qualificazione
Il programma di Bechtel Plant Machinery, Inc. utilizza coupon, cioè provini realizzati utilizzando gli stessi materiali e processi che devono essere caratterizzati.
Questi campioni vengono sottoposti a prove che consentono di misurare le proprietà effettivamente ottenute dopo la produzione.
Nella manifattura additiva questa fase è particolarmente importante perché il comportamento del materiale è strettamente legato al processo.
Durante una stampa metallica si verificano cicli estremamente rapidi di fusione, solidificazione e riscaldamento.
Il modo in cui questi cicli si susseguono influenza la microstruttura del metallo e, di conseguenza, le proprietà meccaniche.
Raccogliendo risultati provenienti da un numero sufficiente di coupon è possibile determinare la dispersione dei dati e costruire valori utilizzabili dai progettisti con margini di sicurezza adeguati.
Un database condiviso può evitare che ogni fornitore debba ripetere da zero una parte delle stesse attività sperimentali.
Questo è uno degli elementi che rendono il progetto di Bechtel Plant Machinery, Inc. e The Barnes Global Advisors rilevante per la crescita della filiera.
Acciaio 316L e Alloy 625 come materiali iniziali
La prima fase del database comprende acciaio inossidabile 316L e Alloy 625.
L’acciaio 316L è un acciaio inossidabile austenitico utilizzato in numerosi settori industriali grazie alla combinazione di resistenza alla corrosione, duttilità e saldabilità.
La bassa percentuale di carbonio della variante 316L contribuisce a ridurre alcuni problemi legati alla precipitazione di carburi durante determinati cicli termici.
Queste caratteristiche hanno favorito la diffusione del 316L anche nella manifattura additiva metallica, dove viene utilizzato per componenti, attrezzature e applicazioni che richiedono buona resistenza alla corrosione.
Alloy 625 è invece una lega a base nichel contenente quantità significative di cromo e molibdeno.
È conosciuta per la resistenza alla corrosione e per il mantenimento delle proprietà in ambienti impegnativi.
L’utilizzo di queste due famiglie di materiali permette a Bechtel Plant Machinery, Inc. e The Barnes Global Advisors di affrontare già nella fase iniziale del progetto casi caratterizzati da esigenze differenti.
Laser Powder Bed Fusion per componenti complessi
Uno dei processi inclusi nel programma è il Laser Powder Bed Fusion, indicato con la sigla LPBF.
In questa tecnologia uno strato sottile di polvere metallica viene distribuito sopra una piattaforma.
Un laser fonde selettivamente le zone corrispondenti alla sezione del componente da realizzare.
Dopo la solidificazione viene applicato un nuovo strato di polvere e il ciclo viene ripetuto fino al completamento del pezzo.
Il Laser Powder Bed Fusion può realizzare geometrie complesse, canali interni, pareti sottili e strutture difficili da produrre con lavorazioni sottrattive convenzionali.
La qualità del risultato dipende però da numerosi parametri.
Potenza del laser, velocità di scansione, distanza tra le tracce, spessore dello strato, atmosfera di processo e caratteristiche granulometriche della polvere possono influire sulla densità e sulla microstruttura.
Anche la posizione del componente all’interno della camera e il suo orientamento possono produrre variazioni.
Per qualificare il materiale è quindi necessario associare le proprietà meccaniche ottenute alle condizioni con cui il campione è stato prodotto.
È esattamente questo tipo di relazione tra materiale, processo e proprietà che un database strutturato deve conservare.
GMA-DED per deposizioni di dimensioni maggiori
Il secondo processo citato da Bechtel Plant Machinery, Inc. e The Barnes Global Advisors è il Gas Metal Arc Directed Energy Deposition, o GMA-DED.
A differenza del Laser Powder Bed Fusion, il processo Directed Energy Deposition non utilizza necessariamente un letto di polvere.
Nella configurazione GMA-DED il materiale viene alimentato sotto forma di filo metallico e viene fuso mediante un arco elettrico.
Il metallo viene depositato direttamente nella zona di lavoro seguendo una traiettoria programmata.
La tecnologia può risultare adatta alla produzione di strutture di dimensioni maggiori, all’aggiunta di materiale su componenti esistenti e ad alcune operazioni di riparazione.
Il tasso di deposizione può essere superiore rispetto ai sistemi Laser Powder Bed Fusion, mentre risoluzione e qualità superficiale possono richiedere successive lavorazioni meccaniche.
Anche nel GMA-DED la definizione delle proprietà del materiale richiede il controllo dei parametri.
Velocità di alimentazione del filo, corrente, tensione, velocità di avanzamento, gestione termica e traiettoria di deposizione possono cambiare la struttura metallurgica del componente.
La presenza nello stesso database di dati provenienti da LPBF e GMA-DED permetterà quindi di gestire due famiglie di processi con caratteristiche produttive molto differenti.
Dalla qualificazione di una macchina alla qualificazione di una filiera
Uno degli ostacoli alla diffusione della stampa 3D metallica è la necessità di trasferire la produzione da un ambiente sperimentale a una rete di fornitori.
Quando un processo deve essere utilizzato da più aziende, la domanda non è soltanto se una determinata macchina può produrre un componente conforme.
È necessario capire se fornitori differenti possono ottenere risultati sufficientemente coerenti rispettando requisiti e finestre di processo comuni.
Una base dati strutturata può fornire riferimenti con cui confrontare i risultati ottenuti da differenti siti produttivi.
The Barnes Global Advisors dovrà ricevere dati incrementali provenienti dai fornitori e dai partner incaricati delle prove, organizzarli e prepararli affinché possano essere utilizzati nelle attività di progettazione.
Questo approccio può favorire una qualificazione della supply chain meno dipendente da campagne completamente separate per ogni nuovo produttore.
Il problema delle proprietà di progetto
Nathan Weiderspahn, Executive Manager for Industrial Base Management di Bechtel Plant Machinery, Inc., ha sottolineato che la disponibilità di dati coerenti e di qualità sulle proprietà di progetto è essenziale per applicare con maggiore rapidità la manifattura additiva nella base industriale marittima.
Il punto è rilevante perché un progettista non può dimensionare un componente sulla base di una semplice dichiarazione secondo cui il materiale è, per esempio, “316L”.
È necessario disporre di valori quantitativi ottenuti in condizioni documentate e accompagnati da informazioni sulla variabilità.
La costruzione di allowable e valori di progetto richiede generalmente quantità di dati molto superiori rispetto a una normale verifica di laboratorio.
The Barnes Global Advisors ha già partecipato a campagne di qualificazione e a programmi dedicati alla standardizzazione dei dati della manifattura additiva.
Il nuovo incarico con Bechtel Plant Machinery, Inc. utilizzerà questa esperienza per rendere i risultati provenienti dalla filiera più uniformi e utilizzabili.
Un progetto inserito nella trasformazione digitale della U.S. Navy
Il database di Bechtel Plant Machinery, Inc. si colloca all’interno di un programma più ampio con cui la U.S. Navy sta collegando manifattura additiva e gestione digitale dei dati.
La Naval Sea Systems Command sta aumentando l’impiego della stampa 3D non soltanto per prototipi, ma anche per componenti destinati alla manutenzione e alla supply chain.
Nel 2025 la U.S. Navy ha documentato diverse applicazioni di componenti additivi installati su unità operative e ha pubblicato nuove specifiche dedicate ai materiali per additive manufacturing.
La Naval Sea Systems Command ha inoltre indicato che alcune iniziative di qualificazione hanno permesso di ridurre i requisiti di test di oltre il 60%, con conseguente diminuzione dei costi associati alla qualificazione.
Per raggiungere questi risultati è necessario disporre di dati sufficientemente strutturati da poter essere riutilizzati.
Il progetto affidato a The Barnes Global Advisors risponde proprio a questa esigenza.
N-RAM come punto di accesso alle informazioni tecniche
La Naval Sea Systems Command utilizza anche Navy Resources for Additive Manufacturing, conosciuto come N-RAM.
N-RAM è stato sviluppato per centralizzare specifiche, standard, documenti tecnici, lettere di policy e informazioni relative ai progetti di additive manufacturing.
Il sistema contiene inoltre un tracker che segue i componenti candidati alla produzione additiva durante le varie fasi: individuazione del requisito, contratto, modellazione, produzione e approvazione.
Alla fine del 2025 il tracker comprendeva circa 140 iniziative di complessità differente.
Questo tipo di infrastruttura evidenzia come la digitalizzazione della manifattura additiva non riguardi esclusivamente il file CAD utilizzato dalla stampante.
Occorre gestire anche requisiti tecnici, qualificazioni, proprietà dei materiali, configurazioni di processo, controlli e stato di approvazione.
Il database di materiali gestito da The Barnes Global Advisors può quindi essere visto come un ulteriore elemento di questa infrastruttura informativa.
Digital-SEA e la tracciabilità della produzione
Un’altra iniziativa collegata alla trasformazione digitale della filiera navale statunitense è Digital-Secure Exchange for Additive, abbreviato Digital-SEA.
La piattaforma viene sviluppata nell’ambito delle attività guidate da Austal USA e punta a creare una catena digitale che colleghi U.S. Navy, produttori originali e fornitori di additive manufacturing.
Austal USA gestisce inoltre il Navy Additive Manufacturing Center of Excellence di Danville, in Virginia.
L’obiettivo è costruire una rete nazionale di fornitori qualificati con competenze in differenti tecnologie additive.
Austal USA indica tra i processi presenti nella propria rete Laser Powder Bed Fusion, Wire Arc Additive Manufacturing, Wire Laser Additive Manufacturing e, a livello esplorativo, Cold Spray Additive Manufacturing.
In questo scenario, la disponibilità di dati standardizzati sui materiali diventa necessaria per collegare fisicamente e digitalmente aziende che utilizzano macchine, processi e configurazioni differenti.
L’investimento di ATI nella produzione additiva per BPMI
Bechtel Plant Machinery, Inc. sta sostenendo l’introduzione della manifattura additiva anche attraverso progetti produttivi.
Nel febbraio 2025 ATI Inc. ha inaugurato a Margate, in Florida, un impianto da 132.000 piedi quadrati dedicato alla produzione additiva metallica.
La struttura di ATI Inc. integra progettazione, stampa, trattamento termico, lavorazione meccanica e controllo.
Bechtel Plant Machinery, Inc. ha assegnato ad ATI Inc. il primo contratto destinato alla nuova struttura per soluzioni ingegnerizzate a supporto del Naval Nuclear Propulsion Program.
L’impianto dispone anche di sistemi Laser Powder Bed Fusion e può produrre componenti di grandi dimensioni.
Il rapporto con ATI Inc. mostra che il lavoro sul database non è un’iniziativa isolata: Bechtel Plant Machinery, Inc. sta parallelamente costruendo capacità produttiva e una rete industriale in grado di applicare i processi qualificati.
The Barnes Global Advisors e la Maritime Industrial Base
The Barnes Global Advisors opera già all’interno di programmi legati alla base industriale marittima statunitense.
Nel 2024 The Barnes Global Advisors ha annunciato una collaborazione con BlueForge Alliance per supportare le iniziative di advanced manufacturing della U.S. Navy Maritime Industrial Base.
BlueForge Alliance è un’organizzazione non profit che supporta programmi finalizzati al rafforzamento della capacità industriale destinata alla costruzione e al mantenimento delle piattaforme navali.
La collaborazione comprende attività relative a strategia produttiva, qualificazione, certificazione, supply chain e valutazione degli investimenti.
Il contratto con Bechtel Plant Machinery, Inc. estende quindi un insieme di attività che The Barnes Global Advisors svolge già nel settore della manifattura avanzata per applicazioni governative e industriali.
Perché standardizzare i dati provenienti da fornitori diversi
Uno degli aspetti più complessi di un database multi-fornitore riguarda il formato dei dati.
Laboratori e produttori possono utilizzare differenti sistemi di denominazione, apparecchiature di prova, procedure di elaborazione e strutture dei file.
Anche quando due test misurano la stessa proprietà, i risultati possono essere difficili da confrontare se le condizioni sperimentali non vengono registrate nello stesso modo.
Il lavoro di The Barnes Global Advisors comprenderà quindi l’interpretazione e la normalizzazione delle informazioni.
Un dataset realmente utile deve collegare ogni risultato a metadati che descrivano come il campione è stato prodotto e testato.
Per la manifattura additiva questi metadati possono comprendere la macchina, la materia prima, i parametri produttivi, l’orientamento, il trattamento termico, la posizione del campione e le condizioni della prova.
Il valore del database dipenderà non soltanto dalla quantità dei risultati raccolti, ma dalla capacità di conservare queste relazioni.
Una parte dei risultati potrà essere resa pubblica
Un elemento significativo dell’accordo tra The Barnes Global Advisors e Bechtel Plant Machinery, Inc. riguarda la possibilità di diffusione dei risultati.
The Barnes Global Advisors ha dichiarato che i risultati del progetto saranno idonei per il rilascio pubblico.
Questo potrebbe consentire di utilizzare una parte dei dati anche oltre il gruppo ristretto di fornitori direttamente coinvolti nel programma.
L’effettivo contenuto reso disponibile dipenderà naturalmente dalle modalità di pubblicazione e dagli eventuali vincoli applicabili ai dati.
La prospettiva è comunque importante perché uno dei problemi dell’additive manufacturing metallico è la frammentazione delle informazioni.
Molte campagne di test vengono condotte per programmi specifici e i risultati non sempre sono disponibili alla comunità industriale.
Una maggiore quantità di dati accessibili può ridurre duplicazioni e aiutare le aziende a comprendere quali materiali e processi dispongono già di una base sperimentale sufficientemente consolidata.
Dal singolo componente a un ecosistema industriale basato sui dati
Il contratto assegnato da Bechtel Plant Machinery, Inc. a The Barnes Global Advisors evidenzia un cambiamento nell’approccio alla manifattura additiva.
La capacità di stampare fisicamente un pezzo rappresenta soltanto una parte del problema.
Per utilizzare la produzione additiva su scala industriale servono dati sui materiali, specifiche, procedure di qualificazione, sistemi di controllo, tracciabilità digitale e una rete di fornitori capaci di operare secondo requisiti condivisi.
La U.S. Navy sta costruendo questi elementi attraverso iniziative complementari.
Bechtel Plant Machinery, Inc. lavora sulla qualificazione della supply chain e sui dati dei materiali; The Barnes Global Advisors gestisce e standardizza le informazioni sperimentali; Austal USA sviluppa infrastrutture di tracciabilità e coordina il Navy Additive Manufacturing Center of Excellence; ATI Inc. sta aumentando la capacità produttiva metallica; Naval Sea Systems Command gestisce specifiche, processi di approvazione e strumenti digitali come N-RAM.
In questo quadro il database di 316L e Alloy 625 non costituisce semplicemente un archivio di risultati di laboratorio.
Può diventare uno strumento per collegare materiali, processi, progettazione e produzione e per ridurre una delle principali barriere all’adozione della stampa 3D metallica: dover dimostrare ogni volta, attraverso campagne separate e costose, che il materiale prodotto possiede le proprietà richieste.
La capacità di riutilizzare dati qualificati, comprendere la loro origine e confrontare risultati provenienti da fornitori differenti sarà uno dei fattori che determineranno quanto rapidamente la manifattura additiva potrà passare da applicazioni selezionate a una componente stabile della supply chain navale.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI)
