AM ed energia: sono gli utenti finali a guidare il passaggio alla produzione

La manifattura additiva (AM) sta passando dalla fase di sperimentazione a quella di integrazione nei flussi produttivi centrali in tutto il settore energetico. L’indicatore più evidente è la dinamica dei ricavi, sempre più legata alla produzione diretta di componenti piuttosto che alla prototipazione, in numerosi settori che spaziano dal nucleare all’oil & gas fino alle energie rinnovabili.

I dati di mercato di VoxelMatters mostrano una spesa complessiva per hardware, materiali e servizi AM destinati ad applicazioni nel settore energetico pari a 581 milioni di dollari nel 2023 e 709 milioni di dollari nel 2024, con una crescita anno su anno del 22,1%. All’interno di questo totale, le tecnologie metalliche stanno guidando la maggior parte della creazione di valore, poiché gli operatori stampano componenti funzionali per turbine, reattori e sistemi downhole.

Dati di mercato e analisi della crescita

L’hardware rappresenta il principale indicatore di un’adozione sostenuta. I ricavi dell’hardware metallico sono aumentati del 24,8%, passando da 202 milioni di dollari nel 2023 a 252 milioni nel 2024, riflettendo l’installazione di sistemi di livello produttivo presso centri di qualifica e siti degli operatori. La prospettiva di lungo periodo indica una crescita composta, con l’espansione dei parchi macchine e l’aumento dei tassi di utilizzo: si prevede che l’hardware metallico raggiunga i 2,1 miliardi di dollari entro il 2034, con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 23,6%.

Il consumo di materiali sta crescendo ancora più rapidamente, segnale di una produzione in serie. I ricavi dei materiali metallici sono aumentati del 48,5%, raggiungendo i 44 milioni di dollari nel 2024, e si prevede che arrivino a 829 milioni di dollari entro il 2034, con un CAGR del 34,2%, in linea con l’aumento dei volumi di superleghe certificate e acciai inossidabili utilizzati in cicli di lavoro ad alta temperatura e resistenti alla corrosione.

I servizi restano strategicamente fondamentali per la qualifica dei componenti e la gestione degli inventari digitali. Nel segmento dei metalli, i servizi sono cresciuti del 19,2%, raggiungendo i 124 milioni di dollari nel 2024, e sono previsti in aumento fino a 2,38 miliardi di dollari entro il 2034, con un CAGR del 34,3%, sostenuti da capacità sempre più avanzate in termini di validazione dei componenti, controlli non distruttivi e gestione delle modifiche su scala di flotta. Nei polimeri, i servizi rappresentano oggi quasi il 60% del segmento, passando da 143 milioni di dollari nel 2023 a 173 milioni nel 2024, e sono attesi a poco più di 1,1 miliardi di dollari entro il 2034.

Questa suddivisione riflette il modo in cui gli operatori del settore energetico applicano ciascuna tecnologia: AM metallica per componenti delle sezioni calde e delle parti soggette a pressione; AM polimerica per tooling, modelli aerodinamici di test, involucri e ausili logistici.

Diverse forze strutturali spiegano perché il settore energetico stia scalando più rapidamente rispetto a settori adiacenti. In primo luogo, il comparto gestisce asset complessi soggetti a carichi termici e meccanici elevati, con geometrie dedicate e lunghi cicli di vita. La gestione dell’obsolescenza sta favorendo l’adozione dell’AM per unità nucleari legacy e turbine a gas mature, aprendo la strada alla ricostruzione digitale dei componenti senza ricorrere a nuove fusioni o a tooling rigido.

In secondo luogo, i siti remoti e offshore aumentano i costi di fermo impianto e di logistica, rendendo la produzione distribuita e on-demand economicamente vantaggiosa. In terzo luogo, lo sviluppo delle rinnovabili e dei sistemi di accumulo su scala di rete introduce nuove sfide in termini di fattori di forma e gestione del trasferimento di calore, che traggono grande beneficio dai design ottimizzati dal punto di vista fluidodinamico e termico resi possibili dall’AM.

Come gli operatori del settore nucleare stanno adottando l’AM

Nel settore dell’energia nucleare, la manifattura additiva è rivolta sia ai programmi di estensione della vita operativa sia ai nuovi impianti. Westinghouse Electric Company utilizza la manifattura additiva per estendere la vita degli impianti esistenti e costruirne di nuovi. L’azienda ha integrato l’AM nelle proprie strategie per i componenti del combustibile e dell’impianto, installando filtri detriti StrongHold AM nei reattori ad acqua bollente nordici e pianificando ulteriori applicazioni. Westinghouse utilizza tecnologie laser powder bed fusion (LPBF) e hot wire laser welding nel proprio portafoglio di manifattura avanzata e sta sviluppando famiglie di componenti che semplificano le fasi di assemblaggio, aprendo al contempo nuove opzioni progettuali per la gestione dei flussi e dei detriti.

Framatome ha già introdotto in servizio commerciale diversi componenti realizzati tramite AM, tra cui un componente per il combustibile in acciaio inossidabile prodotto con tecnologia LPBF presso l’unità 3 di Forsmark di Vattenfall, e continua a qualificare griglie superiori (upper tie plate grids) e componenti di canale per programmi di irraggiamento pluriennali.

BWX Technologies sta sviluppando componenti ad alta temperatura e refrattari insieme all’Oak Ridge National Laboratory ed esplorando forme di combustibile realizzate tramite binder jetting, modellabili in base ai vincoli specifici dei reattori. Il programma Transformational Challenge Reactor (TCR) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha spostato il focus da un nocciolo stampato una tantum a metodi pronti per l’industria, combinando manifattura avanzata, sensoristica integrata e una dorsale digitale di certificazione. Il lavoro sui materiali condotto da ORNL — che spazia da capsule irradiate in acciaio inossidabile 316H a studi su tungsteno e carburo di silicio — supporta sia i percorsi della fissione sia quelli della fusione.

Queste iniziative sono in linea con le esigenze di breve periodo degli operatori: riprodurre componenti fuori produzione e validare nuove geometrie in grado di migliorare il trasferimento di calore, la filtrazione dei detriti e la resistenza alle radiazioni, senza dover riaprire linee di fusione o riqualificare interi assiemi da zero.

Guardando alle tecnologie di fissione nucleare di nuova generazione, VoxelMatters ha avuto l’opportunità di intervistare James Walker, concentrandosi sull’utilizzo della manifattura additiva da parte di Nano Nuclear nello sviluppo dei propri reattori. James ha illustrato le tipologie di componenti realizzati tramite AM, il modo in cui questa tecnologia accelera lo sviluppo e la sua applicazione all’interno delle aziende affiliate di NANO Nuclear, Advanced Fuel Transportation Inc. (AFT) e HALEU Energy Fuel Inc. (HEF).

Il ruolo strategico dell’AM nel settore oil & gas globale

Gli operatori dell’oil & gas stanno sfruttando l’AM per ridurre i tempi di fermo impianto, accelerare le riparazioni in campo e consolidare i componenti. ConocoPhillips ha testato ugelli per bruciatori e valvole stampati su turbine a gas Ruston in Alaska e ha utilizzato l’AM per affrontare problemi di corrosione in un impianto canadese di trattamento delle acque, contribuendo al contempo allo sviluppo di standard insieme all’American Petroleum Institute.

Tra le diverse iniziative, Shell ha utilizzato l’Energy Transition Campus Amsterdam come hub di R&D, producendo un micromixer in nichel 718 con GE Additive (oggi Colibrium Additive) e, insieme a TEAM e Vallourec, realizzando una clamp di riparazione perdite WAAM funzionale per applicazioni in servizio.

Equinor ha puntato su WAAM di grande formato e sul digital warehousing per mantenere operative le infrastrutture offshore, segnalando la produzione di grandi flange stampate per installazioni di propulsione marina e migliaia di componenti metallici AM realizzati con polveri riciclate in collaborazione con F3nice.

Baker Hughes ha combinato la ricerca su filamenti in PEEK con strategie di consolidamento dei componenti orientate alla produzione, inclusa la realizzazione di un buffer tube monopezzo con canali di flusso integrati, progettato utilizzando il software di manifattura di Oqton. Dall’evento AM 2020 in poi, l’azienda ha chiaramente puntato sull’AM come leva chiave per il raggiungimento dei propri obiettivi di sostenibilità.

Ecosistemi regionali in evoluzione

Stanno emergendo ecosistemi oil & gas regionali incentrati sull’AM, in particolare in Medio Oriente. La National Additive Manufacturing Innovation Company (NAMI) dell’Arabia Saudita, fondata da 3D Systems e Dussur, sta costruendo una rete di fornitura localizzata per il settore oil & gas, ottenendo la qualifica DNV per ricambi critici e, nel 2025, firmando accordi di fornitura con Baker Hughes, Siemens Energy e Tasnee.

JOME Engineering ha spostato la produzione di valvole in acciaio inossidabile dalla fusione alla stampa 3D robotizzata dei metalli tramite Vipra AM, riducendo i lead time da circa due mesi a meno di 48 ore e diminuendo il profilo di rischio nella gestione dei ricambi.

Più recentemente, Roboze e Arab Shipbuilding and Repair Yard (ASRY) hanno avviato lo sviluppo di una smart factory AM in Bahrain per servire clienti dei settori marittimo ed energetico con sistemi di estrusione industriale e flussi di lavoro basati su inventari digitali. I fornitori di tecnologie cold spray — tra cui Titomic e SPEE3D — stanno entrando in framework di qualifica con DNV e partner regionali per certificare riparazioni di rivestimenti e produzioni near-net shape destinate ad ambienti offshore corrosivi.

Rendere le rinnovabili più efficienti con l’AM

Le energie rinnovabili presentano un insieme diverso di vincoli, e l’AM viene applicata sia alle strutture civili sia ai componenti delle sezioni calde. GE Vernova e voxeljet hanno co-sviluppato il sistema VX9000, una soluzione di binder jetting in grado di stampare stampi in sabbia lunghi fino a 9,5 metri per la colata di componenti di grandi dimensioni per turbine; le prime colate riuscite sono state completate nel 2025 presso una fonderia Baettr.

Laboratori nazionali e università stanno testando termoplastici riciclabili e sistemi di estrusione di grande formato per le pale eoliche, con team del National Renewable Energy Laboratory (NREL), della Virginia Tech e della Purdue University impegnati su modularità delle pale, manifattura in sito e velocità di iterazione progettuale. In Scozia, Renewable Parts Limited, SSE Renewables e il National Manufacturing Institute Scotland hanno dimostrato percorsi di rigenerazione per componenti eolici utilizzando processi additivi.

Sul fronte termico, il percorso di Siemens Energy risale alle prime pale per turbine stampate e testate su motore nel 2017 e oggi include riparazioni LPBF, componenti realizzati tramite WAAM e il proprio upgrade di riparazione HybridTech per pale in servizio, supportato da collaborazioni in ambito di simulazione e certificazione con Ansys e DNV.

Rendere la fusione nucleare una realtà con l’AM

Le tempistiche di commercializzazione della fusione restano incerte, ma la manifattura additiva è già parte integrante degli strumenti utilizzati dalla maggior parte degli sviluppatori privati. Commonwealth Fusion Systems sta puntando su tokamak compatti abilitati da magneti superconduttori ad alto campo e collabora con la UK Atomic Energy Authority verso implementazioni su scala impiantistica.

Nel 2022 Tokamak Energy ha riportato il raggiungimento di un traguardo chiave: un plasma a 100 milioni di gradi Celsius in un tokamak sferico, una soglia di temperatura cruciale nel percorso verso dispositivi a bilancio energetico netto positivo. I ricercatori stanno utilizzando l’AM per realizzare lanciatori RF a base di rame, componenti in tungsteno e strutture in SiC per macchine a confinamento magnetico, mentre istituti cinesi hanno impiegato la manifattura additiva per produrre acciai resistenti ai neutroni destinati alle pareti di protezione.

Nei programmi basati sulla configurazione a campo inverso, Helion Energy sta pianificando cicli di combustibile deuterio–elio-3 con estrazione di potenza pulsata e ha già siglato un accordo di offtake senza precedenti con Microsoft, mentre TAE Technologies sta progettando sistemi a idrogeno–boro che scambiano requisiti di temperatura più elevati con l’indipendenza dal trizio.

Type One Energy sta cercando di ridurre i rischi legati alla geometria degli stellarator utilizzando AM metallica di grande formato per produrre strutture complesse di bobine e supporti con la precisione richiesta dal design. Un’altra azienda, Proxima Fusion, ha recentemente raccolto 130 milioni di euro (148 milioni di dollari) in un round di finanziamento record, alimentando le aspettative degli investitori sulla possibilità di sviluppare a breve la prima centrale a fusione nucleare commerciale al mondo. L’azienda sta utilizzando l’AM per costruire il primo stellarator commerciale.

I metodi di fabbricazione tradizionali faticano a gestire le geometrie complesse richieste per le bobine e le strutture di supporto degli stellarator. La manifattura additiva supera questo collo di bottiglia consentendo la costruzione diretta di forme complesse in polimeri, compositi o metalli con elevata precisione. Durante lo sviluppo dello stellarator UST-2, i ricercatori hanno dimostrato che telai per bobine in polimeri e compositi possono essere stampati e successivamente riempiti con resina di rinforzo per raggiungere tolleranze inferiori a 0,3 millimetri. Allo stesso modo, i test sulle bobine dello stellarator EPOS hanno mostrato che strutture in alluminio stampate in 3D sono in grado di mantenere accuratezza posizionale e prestazioni magnetiche entro gli intervalli previsti.

Questo articolo è una versione adattata e ottimizzata per il web dell’articolo pubblicato originariamente nel VoxelMatters Energy AM Focus 2026 eBook, disponibile per il download gratuito o la consultazione online a questo link.