Il settore petrolifero e del gas opera in uno dei contesti industriali più difficili al mondo. In passato, i lunghi tempi di consegna dei ricambi tradizionali, le geometrie complesse richieste dai componenti di flusso ad alta efficienza e i rigorosi requisiti di certificazione hanno fortemente limitato l'adozione della stampa 3D. Tuttavia, la produzione additiva ad arco con filo robotizzata (WAAM) e altri processi consolidati di produzione additiva dei metalli stanno rapidamente trasformando questo panorama.
Questa guida illustra cosa è possibile stampare in 3D nel settore petrolifero e del gas, i materiali utilizzabili e le certificazioni necessarie, i casi in cui la produzione additiva supera i metodi tradizionali e come gli operatori stanno attualmente implementando questa tecnologia. MX3D svolge un ruolo diretto nella produzione additiva metallica per applicazioni energetiche, con i nostri sistemi che forniscono attivamente componenti certificati e per impieghi gravosi per ecosistemi energetici esigenti, inclusi progetti nucleari di punta con Framatome ed EDF.
Perché il settore petrolifero e del gas sta adottando la produzione additiva
Le ragioni commerciali a favore dell'adozione della produzione additiva in questo settore sono determinate da tre fattori principali:
Tempi di consegna: La fusione e la forgiatura tradizionali per i ricambi legacy possono richiedere dai 6 ai 18 mesi. Al contrario, la tecnologia robotizzata WAAM è in grado di produrre parti strutturali equivalenti in pochi giorni o settimane. Per approfondire la tecnologia alla base, consulta la nostra Guida al WAAM.
Costi di magazzino: Gli operatori sono spesso costretti a mantenere scorte ingenti e costose di ricambi a bassa frequenza per ridurre i tempi di fermo. La produzione additiva on-demand consente di gestire scorte digitali, eliminando la necessità di grandi magazzini pieni di parti fisiche inutilizzate.
Geometria: I moderni percorsi di flusso dei fluidi e i componenti ottimizzati dal punto di vista topologico sono sempre più difficili, se non fisicamente impossibili, da produrre utilizzando i metodi di fusione tradizionali.
Componenti per il settore petrolifero e del gas che possono essere stampati in 3D
È possibile stampare in 3D un'ampia gamma di componenti per il settore petrolifero e del gas, in particolare quelli che richiedono materiali specializzati su larga scala o geometrie interne complesse. Tra le applicazioni più comuni figurano valvole e collettori di grandi dimensioni, giranti, raccordi strutturali sottomarini, componenti per recipienti a pressione e pezzi di ricambio per modelli precedenti realizzabili senza l'uso di attrezzature.
| Categoria dei componenti | Processo tipico | Perché AM è la scelta giusta |
| Valvole di grandi dimensioni e collettori | WAAM | Dimensioni, geometria interna, tempi di consegna |
| Giranti e componenti per turbine | WAAM, PBF | Ottimizzazione topologica, leghe speciali |
| Raccordi strutturali sottomarini | WAAM | Dimensioni, leghe certificate |
| Componenti dei recipienti a pressione | WAAM | Dimensioni, conformità alle norme ASME |
| Scambiatori di calore | PBF, BJT | Canali interni complessi |
| Strumenti di fondo pozzo | PBF, WAAM | Leghe resistenti all'usura, geometria |
| Ricambi per apparecchiature obsolete | WAAM | Riproduzione senza attrezzi |
| Manicotti e fascette per la riparazione di condotte | WAAM, spruzzatura a freddo | Produzione in loco o rapida |
Valvole di grandi dimensioni e collettori
Questi componenti sono fondamentali per il controllo del flusso e spesso richiedono ingombri notevoli e percorsi interni complessi. La tecnologia WAAM è particolarmente adatta alla loro stampa grazie al suo ampio volume di costruzione e alle elevate velocità di deposizione.
Giranti e componenti per turbine
I componenti rotanti traggono grande vantaggio dall'ottimizzazione topologica per massimizzare la fluidodinamica. Sia la tecnologia WAAM (per grandi dimensioni) che la fusione a letto di polvere (PBF) (per dettagli complessi) consentono agli ingegneri di utilizzare leghe avanzate ad alte prestazioni.
Raccordi strutturali sottomarini
Lavorare in condizioni di pressione estrema e in ambienti corrosivi richiede materiali resistenti. In questo caso si ricorre alla tecnologia WAAM, poiché consente di lavorare leghe certificate per uso marittimo nelle grandi dimensioni richieste dall'architettura sottomarina.
Componenti per recipienti a pressione
La realizzazione di componenti a pressione con pareti spesse richiede tradizionalmente un intenso lavoro di forgiatura. La tecnologia WAAM offre un'alternativa più rapida, in grado di soddisfare i rigorosi standard ASME relativi alle caldaie e ai recipienti a pressione.
Scambiatori di calore
Gli scambiatori di calore richiedono superfici estese e microcanali interni complessi per ottimizzare il trasferimento termico. La PBF e la Binder Jetting (BJT) sono i metodi preferiti in questo ambito grazie alle loro capacità di alta risoluzione.
Strumenti di fondo pozzo
Gli utensili utilizzati nelle operazioni di perforazione e completamento sono soggetti a un'usura estrema. La produzione additiva consente il deposito preciso di leghe resistenti all'usura e la realizzazione di geometrie specializzate, studiate su misura per gli specifici ambienti di fondo pozzo.
Ricambi per apparecchiature obsolete
Quando gli stampi o le attrezzature originali non sono più disponibili, ricorrere al reverse engineering e alla stampa 3D di un pezzo di ricambio tramite WAAM risulta notevolmente più veloce ed economico rispetto alla riorganizzazione di una fonderia tradizionale.
Manicotti e fascette per la riparazione di condotte
Una risposta rapida è fondamentale per garantire l'integrità delle condotte. Processi come il WAAM e la spruzzatura a freddo consentono la produzione rapida e su richiesta di manicotti di riparazione personalizzati per risolvere difetti specifici.
Materiali per la produzione additiva nel settore petrolifero e del gas
| Materiale | Uso comune | Processo | Certificazioni |
| Acciaio inossidabile super duplex (2507) | Sottomarino, servizio in ambiente acido | WAAM | NORSOK, NACE MR0175 |
| Acciaio inossidabile duplex (2205) | Collettori, tubazioni | WAAM | NORSOK |
| Inconel 625 / 718 / 825 | Alte temperature, sostanze corrosive | WAAM, PBF | API, ASME |
| Acciaio al carbonio e acciaio bassolegato | Strutturale, non critico | WAAM | ASME, EN |
| acciaio inossidabile 316L | Gestione generale dei fluidi | WAAM, PBF | ASME, NORSOK |
| Leghe di titanio | Sistemi sottomarini in cui il peso è un fattore critico | PBF, WAAM | ASTM F2924 |
L'acciaio inossidabile super duplex, come il tipo 2507, è un materiale di punta per WAAM nel settore petrolifero e del gas. Offre una resistenza eccezionale e un'ottima resistenza alla corrosione puntiforme e interstiziale, rendendolo indispensabile in molti ambienti sottomarini difficili e in presenza di gas acidi. È possibile consultare le proprietà specifiche del materiale sul nostro Super Duplex per WAAM e pagine dedicate ai materiali WAAM .
Certificazioni e norme per componenti stampati in 3D nel settore petrolifero e del gas
La certificazione rappresenta il principale ostacolo all'ingresso nel settore petrolifero e del gas. Affinché i componenti possano essere utilizzati, devono soddisfare rigorosi standard industriali consolidati.
API 6A e API 17D: Riguardano i componenti di testa pozzo e sottomarini.
ASME BPVC Sezione IX e ASME B31.3: Normative relative ai recipienti a pressione e alle tubazioni di processo.
NORSOK M-650 e M-630: Le norme norvegesi fondamentali per il settore offshore.
DNV-OS-F101 e DNV-RP-A203: Norme relative alle condutture e alla qualificazione specifica della produzione additiva.
NACE MR0175 / ISO 15156: Requisiti per i materiali utilizzati in ambienti con presenza di idrogeno solforato (servizio in ambiente acido).
MX3D sostiene attivamente i percorsi di certificazione e detiene l'omologazione di tipo Lloyd's Register per WAAM.
Scopri di più su come il settore gestisce questa questione nella nostra guida: È possibile certificare i componenti WAAM?. Il processo di qualificazione prevede in genere lo sviluppo di Procedure Qualification Records (PQR), l'esecuzione della qualificazione dei componenti di produzione, l'utilizzo di prove non distruttive (NDT) quali prove ultrasoniche o radiografiche e l'esecuzione di rigorose prove meccaniche.
WAAM rispetto ad altri processi AM per il settore petrolifero e del gas
| Fattore | WAAM | Fusione su letto di polvere | Fusione (tradizionale) |
| Dimensione massima del pezzo | 6 mesi e oltre | circa 500 mm | Foundry Limited |
| Costo dei materiali | Basso (cavo) | Elevata (polvere) | Basso |
| Tempi di consegna | Da alcuni giorni a qualche settimana | Da alcuni giorni a qualche settimana | Mesi |
| Gamma di materiali per il settore petrolifero e del gas | Larga (doppia, Inconel, acciaio al carbonio) | Ampio (Inconel, titanio, 316L) | Ampio |
| Certificazione di resistenza alla pressione | Possibile (DNV, ASME) | Maturità (settore aerospaziale, in misura minore nel settore petrolifero e del gas) | Standard |
| Ideale per | Grandi elementi strutturali, valvole e collettori | Piccoli canali interni di precisione | Componenti storici prodotti in grandi quantità |
Nel valutare il WAAM rispetto alla fusione e alla forgiatura, il WAAM domina le equazioni relative alle dimensioni e ai costi dei materiali che contano di più per l'industria pesante. Il filo di saldatura standard è significativamente più economico delle polveri atomizzate. Mentre il PBF è eccellente per componenti piccoli e di alta precisione con canali interni, il WAAM è la scelta ovvia per le dimensioni massicce richieste dalla maggior parte delle applicazioni strutturali nel settore petrolifero e del gas. Per una visione più ampia, leggi la nostra panoramica sulla produzione additiva dei metalli.
Applicazioni pratiche ed esempi concreti
Il settore sta passando dalla ricerca teorica alla fase di implementazione. I principali operatori e consorzi stanno guidando le attività di qualificazione:
Equinor e Shell: Questi operatori hanno partecipato a numerosi progetti industriali congiunti e consorzi per sviluppare linee guida standardizzate di qualificazione per la produzione additiva in ambienti offshore.
Vallourec: L'azienda ha dichiarato pubblicamente di produrre bulloni sottomarini e componenti strutturali complessi utilizzando la tecnologia WAAM.
Framatome ed EDF: Pur operando nel settore nucleare adiacente, la partnership di MX3D per la produzione di una girante WAAM certificata dimostra la maturità e la tracciabilità dei nostri sistemi M1 per gli ecosistemi energetici critici.
Come avvicinarsi alla stampa 3D nel settore petrolifero e del gas
L'adozione della produzione additiva richiede un approccio strategico:
Individuare i ricambi di maggiore impatto: Concentrati inizialmente sui ricambi legacy con tempi di consegna lunghi, costi elevati e volumi ridotti. Questi offrono il ritorno sull'investimento più facile e veloce.
Involgere fin dall'inizio gli enti di certificazione: Non aspettare che il pezzo sia stampato. Coinvolgi organismi di classificazione come DNV, Lloyd’s Register o ABS già in fase di progettazione.
Scegli il processo giusto: Utilizza il quadro di riferimento sopra riportato. Usa la tecnologia WAAM per le parti strutturali di grandi dimensioni e la tecnologia PBF per i dettagli complessi.
Valuta se optare per la fornitura su richiesta o per la produzione interna: Decidete se volete acquistare i componenti tramite un servizio di stampa su richiesta per testare la tecnologia, oppure se preferisci integrare questa capacità internamente. I sistemi M1 di MX3D possono essere installati direttamente presso le sedi degli operatori. Visualizza i prezzi delle macchine WAAM per maggiori dettagli.
Quando la stampa 3D è più economica della fusione o della forgiatura nel settore petrolifero e del gas
L'aspetto economico della produzione additiva nel settore petrolifero e del gas dipende in larga misura dal volume di produzione, dalla disponibilità degli stampi, dalla complessità dei componenti e dal costo dei tempi di fermo. Per i componenti standardizzati prodotti in grandi volumi, la fusione e la forgiatura tradizionali rimangono spesso le soluzioni più economiche. Tuttavia, per i ricambi prodotti in piccoli volumi, di alto valore o ormai obsoleti, la produzione additiva in metallo può offrire un costo totale di proprietà notevolmente inferiore.
Ciò è particolarmente vero quando gli stampi originali non esistono più, quando la capacità delle fonderie qualificate è limitata o quando i tempi di fermo macchina rendono i tempi di consegna il principale fattore di costo. In queste situazioni, la tecnologia WAAM può eliminare i costi relativi ai modelli e agli stampi, ridurre gli sprechi di materiale grazie alla produzione "near-net-shape" e ridurre i tempi di consegna da mesi a settimane.
Di norma, la produzione additiva risulta più conveniente quando un componente è richiesto in piccole quantità, presenta una geometria di grandi dimensioni o complessa, richiede leghe costose resistenti alla corrosione o deve essere consegnato rapidamente per evitare interruzioni. La fusione e la forgiatura continuano a essere la scelta più sensata quando la domanda è stabile, la geometria è semplice e gli stampi sono già stati ammortizzati grazie a cicli di produzione più consistenti.
Quali ricambi per il settore petrolifero e del gas sono adatti alla tecnologia WAAM?
Non tutti i componenti sono ideali per la produzione additiva ad arco elettrico. Le applicazioni più indicate sono in genere i componenti metallici di grandi dimensioni, per i quali i tempi di consegna, le difficoltà di approvvigionamento o l'obsolescenza delle catene di fornitura generano un valore aggiunto che va oltre il semplice confronto del prezzo unitario.
I prodotti ideali presentano spesso diverse caratteristiche comuni: si tratta di articoli con tempi di consegna lunghi, richiesti in quantità ridotte, costosi da produrre con metodi convenzionali o non più supportati dal produttore originale. Possono inoltre richiedere grandi volumi di produzione, leghe certificate resistenti alla corrosione o una lavorazione "near-net-shape" per ridurre gli scarti derivanti dalla lavorazione di billette solide.
Esempi di parti stampate includono grandi corpi valvola, collettori, raccordi sottomarini, supporti strutturali, componenti di contenimento della pressione e pezzi di ricambio obsoleti per i quali non sono disponibili utensili di sostituzione. In pratica, i candidati più idonei sono i componenti per i quali la produzione additiva migliora la disponibilità e la resilienza, non solo i costi di produzione.
Flusso di lavoro tipico per la certificazione di un componente WAAM
La qualificazione è fondamentale per qualsiasi programma di produzione additiva nel settore petrolifero e del gas. Per i componenti critici, il percorso verso l'implementazione deve essere definito sin dalle prime fasi e allineato alle normative applicabili, alle esigenze dell'utente finale e agli organismi di classificazione.
Un flusso di lavoro tipico inizia con la valutazione del pezzo per verificarne l'idoneità tecnica ed economica. Successivamente, il materiale e il processo di stampa 3D vengono selezionati in base alle condizioni operative, alle dimensioni, ai requisiti di resistenza alla corrosione e al percorso di certificazione. Il progetto viene quindi esaminato dal punto di vista della producibilità, tenendo conto della strategia di deposizione, dei margini di lavorazione, dell'accessibilità per l'ispezione e dei requisiti di post-lavorazione.
Segue poi la qualificazione delle procedure, che comprende prove su campioni rappresentativi, provini di controllo e la redazione dei registri di qualificazione delle procedure, ove richiesto. Prove meccaniche, validazione metallografica e i test non distruttivi vengono quindi utilizzati per confermare che il materiale depositato soddisfi le specifiche. Dopo la stampa, il pezzo viene in genere sottoposto a distensione, lavorato a macchina fino alla tolleranza finale e sottoposto a ispezione dimensionale e revisione finale della qualità.
Per i componenti a pressione o quelli critici per la sicurezza, la documentazione e la tracciabilità sono importanti quanto il componente stesso. Un fascicolo di qualificazione completo può includere registrazioni di processo, certificati dei materiali, risultati delle prove, rapporti di ispezione e documentazione relativa all'approvazione da parte dell'utente finale.
Requisiti di post-elaborazione e ispezione
Nel settore petrolifero e del gas, un pezzo stampato raramente è un pezzo finito. La post-lavorazione è una fase fondamentale del processo di produzione e spesso determina se un componente è in grado di soddisfare i requisiti meccanici, dimensionali e di certificazione finali.
A seconda dell'applicazione, la post-lavorazione può comprendere il distensione, il trattamento termico, la lavorazione di finitura, la preparazione della superficie e la verifica dimensionale. Le interfacce critiche, quali le superfici di tenuta, i fori, le flange e gli elementi filettati, vengono solitamente lavorate alla tolleranza finale dopo la deposizione. Nelle applicazioni sensibili alla corrosione, possono essere necessarie ulteriori verifiche per confermare la microstruttura e le prestazioni del materiale.
Altrettanto importanti sono i requisiti di ispezione. Questi possono comprendere prove a ultrasuoni, prove radiografiche, prove con liquidi penetranti, misurazioni della durezza, prove di trazione, prove di impatto, prove di corrosione e una verifica completa della tracciabilità. Il percorso esatto dipende dalla funzione del componente, dalla classificazione secondo le norme e dall'ambiente operativo, ma il principio fondamentale rimane lo stesso: la produzione additiva deve essere qualificata come un processo industriale completo, non solo come una fase di stampa.
Quando la produzione additiva non è la soluzione più adatta
Sebbene la produzione additiva offra grandi opportunità nel settore petrolifero e del gas, non rappresenta la soluzione ideale per ogni componente. Per i pezzi di largo consumo prodotti in grandi volumi, le geometrie semplici o i componenti con catene di approvvigionamento convenzionali consolidate e facilmente accessibili, la fusione, la forgiatura o la lavorazione di billette possono continuare a essere più economiche e più semplici da certificare. Anche se in alcuni casi la WAAM potrebbe non essere la soluzione più adatta, potete consultare il nostro confronto ufficiale per vedere dove rappresenta la soluzione migliore e più efficiente e per saperne di più.
Allo stesso modo, alcuni componenti potrebbero richiedere una finitura superficiale, un livello di dettaglio interno o una produttività più adatti ad altri metodi di produzione. In alcuni casi, l'onere derivante dalla post-lavorazione e dalla certificazione può superare i vantaggi della produzione additiva, specialmente quando i tempi di consegna sono già ridotti o il componente ha un'importanza strategica limitata.
I programmi di produzione additiva di maggior successo partono da un'attenta selezione dei componenti. Anziché cercare di sostituire in modo generalizzato la produzione tradizionale, gli operatori ottengono solitamente i migliori risultati concentrandosi su quella parte dei componenti per cui i rischi legati all'approvvigionamento, la complessità e l'impatto sul business giustificano l'adozione di un percorso produttivo alternativo.
Riparazione, rigenerazione e prolungamento della durata
Oltre alla produzione di componenti nuovi, la produzione additiva offre anche opportunità per la riparazione, la rigenerazione e il prolungamento della vita utile di beni di alto valore. Nel settore petrolifero e del gas, ciò è particolarmente rilevante per i componenti esposti a usura, corrosione o danni localizzati, nei casi in cui la sostituzione dell'intero componente può risultare notevolmente più costosa rispetto al ripristino dell'area interessata.
La tecnologia WAAM e i processi correlati basati sulla deposizione possono essere utilizzati per ricostruire superfici, ripristinare la geometria o aggiungere caratteristiche a componenti esistenti prima della lavorazione finale e del controllo. Ciò consente di ridurre il consumo di materiale, abbreviare i tempi di consegna e preservare parti di valore che altrimenti verrebbero scartate.
Per gli operatori che gestiscono infrastrutture obsolete, le strategie additive basate sulla riparazione robotizzata WAAM possono rappresentare un importante complemento alla produzione di pezzi di ricambio, soprattutto nei casi in cui le catene di approvvigionamento dei ricambi siano limitate o l'obsolescenza dei componenti costituisca un problema crescente.
Inventario digitale e produzione di ricambi su richiesta
Una delle applicazioni più interessanti della produzione additiva nel settore petrolifero e del gas è il passaggio dalle scorte fisiche a scorte digitali certificate. Anziché immagazzinare grandi quantità di pezzi di ricambio utilizzati raramente, gli operatori possono individuare i componenti critici, convalidare in anticipo il processo di produzione e conservare i dati approvati relativi alla progettazione e alla produzione per la fabbricazione su richiesta.
Questo modello risulta particolarmente utile per le apparecchiature obsolete, le risorse remote e i componenti a basso ricambio, il cui stoccaggio è costoso ma la cui mancanza comporta rischi operativi. Una strategia di inventario digitale comprende in genere l'acquisizione geometrica o il recupero dei disegni, la revisione tecnica, la selezione dei materiali e dei processi, la pianificazione della qualificazione e la documentazione controllata del componente approvato.
Se abbinato a un partner di produzione qualificato o a risorse interne per la produzione additiva, l'inventario digitale può migliorare notevolmente la disponibilità dei ricambi, riducendo al contempo i costi di stoccaggio, la complessità degli approvvigionamenti e la dipendenza da fragili catene di approvvigionamento globali.
In che modo MX3D supporta i clienti del settore petrolifero e del gas
Per adottare con successo la produzione additiva non basta disporre di una macchina. È necessario un percorso strutturato che vada dall'identificazione dei componenti alla loro qualificazione e produzione. MX3D affianca i clienti del settore petrolifero e del gas lungo l'intero processo, dalla valutazione iniziale di fattibilità fino all'implementazione industriale.
Ciò può comprendere l'identificazione dei componenti idonei, la scelta dei materiali e dei processi adeguati, il supporto alla pianificazione della certificazione, la produzione di parti qualificate e lo sviluppo di capacità produttive in loco o a livello regionale tramite i sistemi MX3D. Per le organizzazioni che valutano la produzione additiva in un'ottica strategica, ciò consente di partire da applicazioni mirate, puntando al contempo a rafforzare la resilienza della catena di approvvigionamento e la flessibilità produttiva.
Domande frequenti
In che modo viene utilizzata la stampa 3D nel settore petrolifero e del gas?
Viene utilizzato per produrre rapidamente componenti critici con tempi di consegna lunghi, ridurre la necessità di ingenti scorte fisiche di pezzi di ricambio e realizzare geometrie complesse, come le giranti ottimizzate dal punto di vista topologico, impossibili da realizzare con la fusione tradizionale.
Quali componenti per il settore petrolifero e del gas possono essere stampati in 3D?
È possibile stampare un'ampia gamma di componenti, tra cui valvole di grandi dimensioni, collettori, giranti, raccordi strutturali sottomarini, componenti per recipienti a pressione, strumenti di fondo pozzo e parti di ricambio senza attrezzi per apparecchiature obsolete.
I componenti per il settore petrolifero e del gas realizzati con la stampa 3D sono certificati?
Sì, i componenti possono essere certificati e lo sono effettivamente. Devono soddisfare standard rigorosi quali API 6A, ASME BPVC, NORSOK M-650 e DNV-RP-A203, ed essere sottoposti a rigorose prove meccaniche e a valutazioni non distruttive prima della messa in servizio.
Quali materiali è in grado di stampare WAAM per il settore petrolifero e del gas?
WAAM è in grado di stampare con efficacia materiali indispensabili per ambienti difficili, tra cui l'acciaio inossidabile Super Duplex (2507), l'acciaio inossidabile Duplex (2205), vari tipi di Inconel (625, 718, 825), l'acciaio inossidabile 316L e gli acciai al carbonio.
La stampa 3D è più economica della fusione per i ricambi nel settore petrolifero e del gas?
Nel caso di pezzi di ricambio prodotti in piccole quantità, complessi o di vecchia generazione, per i quali gli stampi originali non esistono più, la stampa 3D risulta notevolmente più economica e veloce rispetto all’onere dei costi e dei tempi di consegna legati alla riorganizzazione di una fonderia tradizionale.
