Pannelli compositi stampati in 3D per la nautica: lo studio peer-reviewed con il Politecnico di Milano

Un pezzo stampato in 3D è davvero un’alternativa a un pannello composito laminato? Per la nautica è la domanda che conta, e la risposta non può arrivare da una brochure. Per questo il metodo Nugæ e i dati delle prove sono stati descritti in un articolo scientifico sottoposto a peer review, “Combining Lightness and Stiffness through Composite-Reinforced Additive Manufacturing in the Yacht Industry: Case Study Analysis and Application on Large Functional Components”, pubblicato sul Journal of Marine Science and Engineering (MDPI) e firmato da Francesco Belvisi di Nugæ con Massimo Piccioni e Andrea Ratti del Dipartimento di Design del Politecnico di Milano. L’articolo è open access: chiunque può leggere il metodo, i numeri e i limiti.

Perché interessa i cantieri

Quasi ogni componente in composito di una barca, dai pannelli di scafo e coperta alle sovrastrutture e agli interni, nasce ancora in uno stampo. Gli stampi costano, rallentano, producono scarti e congelano il progetto: anche una piccola modifica richiede nuove attrezzature. L’articolo presenta la stampa 3D di grande formato come la via d’uscita da questo vincolo e poi fa una cosa rara nel mondo della manifattura additiva: la misura.

Il metodo: robot, estrusore a pellet e nervature cave brevettate

Il sistema descritto è un robot antropomorfo Fanuc che porta l’estrusore a pellet Nugæ (vite da 15 mm, ugello da 1 mm) e stampa a 250–300 mm/s con layer da 0,4 mm e pareti di appena 1,5–2 mm. Il pezzo è stampato come un’unica linea continua, senza riempimento. La rigidezza arriva dalla geometria: il software Nugæ genera sulla superficie nervature cave che si intersecano, la tecnica protetta dal nostro brevetto per strutture portanti a guscio o a piastra. Quelle cavità possono poi essere rinforzate dall’interno con calze di composito preimpregnato gonfiate contro la stampa, oppure il pezzo viene semplicemente laminato all’esterno. Un cambio utensile sostituisce l’estrusore con una testa di fresatura per la finitura.

Dopo prove su PLA, ASA-PC, ABS con carbonio, PA66 e PA12, il materiale scelto per i componenti nautici è stato un policarbonato rinforzato con il 20% di fibra di carbonio, per l’adesione alle pelli in composito e la stabilità in ambiente umido (richiede protezione UV, come quasi tutti i termoplastici in mare).

Prova 1: rigido come un sandwich in balsa, circa il 10% più leggero

Il cuore dello studio è il confronto con il pannello che ogni cantiere conosce: un sandwich in balsa con pelli da 2 mm in vetro-vinilestere. Prima sono stati provati provini piccoli in flessione a tre punti (ASTM C393), poi pannelli in scala reale da 1150 × 565 mm su una luce di 850 mm. I modelli agli elementi finiti sono stati calibrati sulle prove e usati per riprogettare l’anima stampata.

	Sandwich in balsa (riferimento)	Anima stampata Nugæ + pelli in vetro
Dimensioni pannello	1150 × 565 × 47 mm	1150 × 565 × 78 mm
Peso	≈ 27,5 kg/m²	24–26 kg/m²
Rigidezza a flessione	riferimento	comparabile
Resistenza ultima	riferimento	≈ 30% inferiore
Modo di rottura	frattura improvvisa a taglio dell’anima	progressivo, a più stadi, continua a portare carico

La conclusione è scritta senza giri di parole: i pannelli stampati eguagliano la rigidezza del pannello tradizionale con circa il 10% di massa in meno, mentre la resistenza ultima è inferiore di circa il 30%. Sono quindi candidati ovunque il peso conti più del carico di rottura, e il comportamento a rottura graduale suggerisce una buona tolleranza alla fatica, oggetto degli studi successivi.

Prova 2: un parabrezza per gommone, 150 ore in mare

Il secondo caso studio è un parabrezza per un gommone a chiglia rigida costruito da un cantiere siciliano. La struttura organica è stata stampata in tre segmenti a incastro, rinforzata dall’interno con calze in fibra di carbonio compattate a 100 kPa, verniciata e assemblata: due giorni di stampa e tre di resinatura. L’insieme pesa 11 kg, di cui 8 kg stampati. Poi è stato usato per un’intera stagione estiva: 150 ore di navigazione, 75 delle quali a 28 nodi, senza alcun danno strutturale.

Prova 3: un hard top per un RIB di 13 metri

Il terzo caso è un hard top completo per un gommone di 13 metri. Stampato a segmenti con la struttura iso-grid brevettata, rivestito in vetroresina, carteggiato e rasato, il pezzo finito pesa circa 60 kg ed è stato prodotto in metà del tempo richiesto dalla fresatura, senza alcuno stampo. La barca è stata venduta e usata in condizioni meteo varie senza problemi segnalati. Lo trovate nel nostro portfolio: hard top one-off.

Cosa viene dopo

Gli autori elencano con onestà i punti aperti: per la certificazione servono dati su fatica, instabilità e impatto, e rigidezza e resistenza possono crescere ancora con fibre unidirezionali allineate ai carichi e un rapporto di forma delle nervature migliore. Dopo l’articolo, Nugæ ha preso esattamente questa direzione: un nuovo estrusore a pellet brevettato da 17 kg, l’anima riciclata CoreLight3D® per strutture sandwich presentata al JEC World 2026 e una lista crescente di componenti installati.

Leggere l’articolo

Belvisi F., Piccioni M., Ratti A. Combining Lightness and Stiffness through Composite-Reinforced Additive Manufacturing in the Yacht Industry: Case Study Analysis and Application on Large Functional Components. J. Mar. Sci. Eng. 2024, 12(6), 918. DOI 10.3390/jmse12060918. Open access con licenza CC BY 4.0. La ricerca è stata finanziata dal programma PNRR “Made in Italy Circolare e Sostenibile” (MICS), Spoke 2.