Produzione additiva nel settore dell'energia nucleare: padronare la qualificazione, garantire la disponibilità, favorire l'innovazione
28 LUGLIO 2026 | Tempo di lettura: 8 min
Il settore nucleare si trova ad affrontare una sfida molto concreta: si prevede che molte centrali nucleari rimangano in funzione per un periodo significativamente più lungo rispetto a quanto inizialmente previsto, mentre i pezzi di ricambio, le catene di approvvigionamento qualificate e la documentazione tecnica completa stanno diventando sempre più difficili da reperire. Allo stesso tempo, qualsiasi modifica tecnica, anche ai sistemi ausiliari e al «balance of plant», è soggetta ai più elevati requisiti in materia di sicurezza, tracciabilità e qualificazione. In questo contesto, la produzione additiva (AM) sta attirando l’attenzione, non come tecnologia sperimentale, ma come potenziale strumento per garantire la disponibilità dei pezzi di ricambio, introdurre cicli di manutenzione più flessibili e attuare miglioramenti tecnici all’interno di un quadro normativo rigorosamente regolamentato.
Perché l'AM sta acquisendo sempre più importanza nel settore nucleare proprio ora
Uno dei fattori chiave è il progressivo invecchiamento degli impianti nucleari. Gran parte del parco nucleare mondiale ha raggiunto un’età operativa avanzata, trasformando la manutenzione in un compito strategico costante. In Francia, ad esempio, 39 dei 58 reattori hanno raggiunto i 40 anni di esercizio nel2025¹. Di conseguenza, la disponibilità dei componenti – compresa la documentazione, l’attrezzatura e la stabilità delle catene di approvvigionamento – è diventata una questione di primaria importanza. Le strozzature non si verificano solo nei componenti adiacenti al reattore; anche i sistemi ausiliari e periferici influenzano fortemente le finestre di manutenzione, le fermate e l’efficienza economica degli impianti.
La produzione additiva affronta queste sfide principalmente attraverso la sua catena di processo digitale. I componenti possono essere riprodotti sulla base dei dati disponibili e possono anche essere sottoposti a reverse engineering tramite scansione, il che rappresenta un vantaggio particolare quando si ha a che fare con parti obsolete. Allo stesso tempo, la produzione additiva (AM) apre nuovi orizzonti di libertà progettuale: integrazione funzionale, canali interni o geometrie ottimizzate per il flusso possono essere realizzati laddove la produzione convenzionale raggiunge i propri limiti. Inoltre, i rapidi cicli di iterazione consentono di ridurre significativamente le fasi di sviluppo e ottimizzazione. Allo stesso tempo, la produzione additiva (AM) consente anche il passaggio a materiali di “livello superiore”, poiché l’impatto sui costi derivante dai cambiamenti di materiale è significativamente inferiore rispetto ai metodi di produzione convenzionali.
Obsolescenza e disponibilità: l’AM come elemento fondamentale per cicli di manutenzione più flessibili
I componenti si usurano, i produttori originali cessano l’attività e spesso non sono più disponibili né le attrezzature né la documentazione tecnica completa, mentre i tempi di consegna diventano sempre più critici. Ciò riguarda in particolare i sistemi ausiliari e periferici che, pur non essendo direttamente critici per la sicurezza, hanno un impatto significativo sulla disponibilità dell’impianto e sulle prestazioni durante il ciclo di vita. Tra questi figurano i cosiddetti «componenti obsoleti»: componenti ancora necessari ma non più reperibili attraverso i canali tradizionali, come le parti funzionali di pompe, valvole o sistemi ausiliari delle turbine, nonché alloggiamenti o staffe specifici. Sebbene si tratti prevalentemente di parti metalliche, la stessa tendenza si riscontra anche nei componenti in polimero, ad esempio quelli relativi ai sistemi di controllo elettrico e agli interruttori.
La produzione additiva offre nuove possibilità in questo contesto. Sulla base dei dati esistenti o di una riprogettazione mirata, tali componenti possono essere riprodotti e, al contempo, adattati in termini di progettazione, ad esempio per migliorare le prestazioni di raffreddamento, aumentare la robustezza meccanica o prolungarne la durata. La produzione additiva diventa così più di un semplice sostituto della produzione convenzionale; si evolve in uno strumento per adattare i componenti esistenti alle esigenze operative odierne.
Un esempio pratico nel settore industriale è fornito dalla società energetica Equinor, che da diversi anni utilizza sistematicamente la produzione additiva per affrontare i problemi legati all’obsolescenza e i rischi nella fornitura di pezzi di ricambio. I componenti realizzati con la produzione additiva vengono utilizzati per evitare lunghi tempi di consegna, produrre pezzi di ricambio su richiesta e sostituire sempre più spesso le scorte fisiche con dati di magazzino digitali. In una delle applicazioni, anche componenti apparentemente minori – come le viti in polimero – sono stati sostituiti grazie alla produzione additiva, con un conseguente risparmio significativo sui costi.2
Questo approccio si basa sulla combinazione di scansione 3D, modellazione digitale e produzione additiva, consentendo la ricostruzione e la riproduzione sia di componenti metallici che polimerici. Soprattutto nel caso di impianti più datati, per i quali la disponibilità di pezzi di ricambio è limitata, ciò elimina una delle principali difficoltà legate alla manutenzione. La produzione additiva si evolve così da semplice metodo di produzione a parte integrante delle strategie di manutenzione digitale e di gestione dei pezzi di ricambio, in particolare per i siti remoti o di difficile accesso.
Questo esempio illustra inoltre perché i sistemi ausiliari fungono spesso da punto di ingresso per le applicazioni additive. Essi sono in genere più gestibili dal punto di vista normativo, pur essendo al contempo di grande rilevanza per il funzionamento dell’impianto. Diventa inoltre chiaro come la produzione additiva possa favorire un ciclo di manutenzione e riparazione più flessibile: invece di fare affidamento su pezzi di ricambio introvabili e su catene di approvvigionamento complesse e fragili, la possibilità di produrre componenti qualificati su richiesta diventa sempre più alla portata di tutti.
Applicazioni e prestazioni rilevanti per la sicurezza: quando la produzione additiva non solo sostituisce, ma migliora
Oltre a garantire la disponibilità dei pezzi di ricambio, la produzione additiva offre un altro potenziale fondamentale nel settore nucleare: il miglioramento mirato delle funzioni rilevanti per la sicurezza. A differenza dei processi convenzionali come la lavorazione meccanica o la fusione, i componenti realizzati con la produzione additiva vengono costruiti direttamente a partire da polveri metalliche o polimeriche. È possibile realizzare geometrie complesse senza l’uso di utensili o stampi, aprendo nuove possibilità di progettazione e consentendo di ripensare i componenti partendo da zero.
Un rischio ben noto nel raffreddamento dei gruppi di combustibile nucleare è il cosiddetto “problema delle perdite”, in cui anche particelle molto piccole presenti nel circuito di raffreddamento possono, nel tempo, causare un’usura progressiva e, in casi estremi, danni alle barre di combustibile. Le perdite si verificano quando minuscoli detriti presenti nel circuito di raffreddamento consumano una barra di combustibile, esponendo le pastiglie di uranio; in questo caso, anche un singolo filo metallico di 5 mm può essere sufficiente a causare tale guasto. Sebbene non si tratti di un problema frequente, è fondamentale mitigare questo rischio. Tradizionalmente, una filtrazione più efficace comportava un aumento delle perdite di carico, riducendo l’efficienza complessiva dell’impianto.³
I componenti ottimizzati geometricamente e realizzati con la produzione additiva affrontano direttamente questa sfida: una guida del flusso adattata, funzioni di filtraggio integrate o una progettazione funzionale dei componenti possono ridurre i rischi e migliorare la sicurezza operativa. Un esempio ben noto è il filtro Stronghold AM per reattori ad acqua bollente sviluppato da Westinghouse. Sfruttando la produzione additiva per creare canali di flusso interni complessi e tortuosi, esso consente un’efficace filtrazione di detriti di 5 mm, mantenendo al contempo livelli di pressione paragonabili a quelli dei modelli convenzionali meno efficienti, dimostrando come la produzione additiva possa conciliare i requisiti di sicurezza e di prestazione.
In vari tipi di reattori, adeguamenti geometrici mirati hanno portato a miglioramenti misurabili, ad esempio una rimozione più efficace delle particelle estranee o un aumento delle prestazioni senza ulteriori perdite di carico. Ciò che conta di più non è il singolo componente, ma il principio alla base: la libertà di progettazione e l’integrazione funzionale consentono di raggiungere nuovi livelli di prestazione, a condizione che la qualificazione e l’ispezionabilità siano prese in considerazione in modo coerente sin dall’inizio.
La produzione additiva (AM) apre inoltre nuove opportunità per componenti complessi sottoposti a pressione. I componenti pressurizzati realizzati con produzione additiva, dotati di canali ottimizzati per il flusso, di un efficiente trasferimento termico e di geometrie variabili, dimostrano come sia possibile aumentare le prestazioni pur soddisfacendo elevati requisiti meccanici. Tali applicazioni combinano i vantaggi della produzione additiva con le realtà dei requisiti di qualificazione nel settore nucleare e offrono una solida prospettiva per l’industrializzazione di soluzioni AM qualificate. Poiché l’industria nucleare opera rigorosamente nel rispetto di standard e quadri normativi ben definiti, è essenziale disporre di linee guida armonizzate per consentire l’adozione di tali componenti. Uno sviluppo chiave in questo contesto è la futura norma EN 13445-14, che fornirà un quadro di riferimento pertinente per le apparecchiature a pressione realizzate con la produzione additiva e sosterrà l’ulteriore industrializzazione.
Qualificazione: il fondamento essenziale per la produzione additiva nel settore nucleare
Proprio perché la produzione additiva contribuisce sempre più alla disponibilità, alla manutenibilità e alle prestazioni nel settore nucleare, la qualificazione diventa inevitabilmente il fulcro dell’attenzione. Nell’ingegneria nucleare, la sicurezza non è garantita solo dalle prestazioni funzionali, ma da prove trasparenti e verificabili. I materiali, i processi di produzione, i metodi di ispezione e la documentazione devono interagire in modo coerente ed essere tracciabili lungo l’intero ciclo di vita. Ciò vale in particolare per i processi additivi, poiché le proprietà dei componenti dipendono fortemente dalla stabilità del processo – quali le impostazioni dei parametri, i materiali utilizzati, il processo di costruzione stesso e le fasi di post-elaborazione.
La qualificazione non dovrebbe essere vista come un ostacolo, ma come un prerequisito necessario per sfruttare il potenziale della produzione additiva in ambito nucleare. In pratica, ciò avviene spesso per gradi: le applicazioni iniziali si concentrano su componenti che sono più gestibili dal punto di vista normativo o che si trovano al di fuori dei sistemi centrali critici per la sicurezza. Con l’aumentare dell’esperienza, la disponibilità di dati affidabili e la definizione chiara delle finestre di processo, è possibile ampliare gradualmente l’ambito di applicazione. Con l’avanzare della standardizzazione internazionale e l’aumento della codificazione disponibile, questo aspetto diventa più chiaro in termini di modalità operative.
Il monitoraggio dei processi può svolgere un ruolo fondamentale nel rafforzare l’affidabilità della produzione additiva in contesti nucleari. Tecnologie come il fingerprinting mediante tomografia ottica (OT) consentono il monitoraggio strato per strato durante il processo di costruzione, creando una documentazione digitale completa della produzione dei componenti. Ciò aumenta la trasparenza e supporta la verifica rispetto a requisiti di qualità definiti. Fornendo prove tracciabili e basate sui dati della stabilità e della ripetibilità del processo, il fingerprinting OT può facilitare la qualificazione e contribuire ad accelerare l’adozione della produzione additiva (AM) in settori altamente regolamentati come quello nucleare.
La produzione additiva come fattore abilitante nelle prime fasi della progettazione, non solo come strumento di produzione
L’impatto della produzione additiva nel settore nucleare dipende in larga misura dal momento in cui viene introdotta nel ciclo di vita di un componente o di un sistema. Se la produzione additiva viene applicata solo nella fase finale come metodo di produzione sostitutivo, il suo contributo si limita in gran parte alla disponibilità e alla riduzione dei tempi di consegna. Quando invece viene introdotta in una fase precedente – già durante le fasi di progettazione e sviluppo – può influenzare in modo fondamentale il modo in cui i componenti vengono concepiti, convalidati e perfezionati.
Soprattutto nel settore nucleare, dove le modifiche progettuali apportate in fasi avanzate del ciclo di vita sono costose e difficili da giustificare, le decisioni progettuali iniziali hanno un impatto sproporzionato. La produzione additiva (AM) consente agli ingegneri di esplorare l’integrazione funzionale, percorsi di flusso ottimizzati, la riduzione dei materiali, la scelta dei materiali o geometrie efficienti dal punto di vista dei materiali in una fase molto più precoce, grazie a iterazioni rapide e alla validazione fisica. Di conseguenza, le decisioni ingegneristiche diventano più basate sui dati e meno vincolate dai presupposti tradizionali relativi alla produzione.
Questo cambiamento è particolarmente rilevante per i progetti di reattori di nuova generazione, ma si applica anche alla modernizzazione degli impianti esistenti. Quando la progettazione supportata dalla produzione additiva viene introdotta sin dalle prime fasi, l’innovazione non si basa esclusivamente sulla velocità di prototipazione, ma sulla capacità di ripensare i componenti in modo olistico, tenendo già conto dei requisiti di qualificazione, ispezione e tracciabilità. In questo modo, la produzione additiva diventa un fattore abilitante per la progettazione che definisce i percorsi di sviluppo molto prima dell’inizio della produzione.
Reattori di nuova generazione: perché la produzione additiva amplia la libertà di innovazione senza compromettere la sicurezza
Oltre a garantire la sicurezza del parco nucleare esistente, gli sforzi di sviluppo si concentrano sempre più sui reattori modulari di piccole dimensioni (SMR) e sui concetti di reattori di quarta generazione. Questi progetti puntano in genere a una maggiore integrazione di sistema, a configurazioni compatte, ad architetture semplificate dell’impianto ausiliario e a concetti avanzati di raffreddamento e materiali. La produzione additiva può sostenere queste ambizioni consentendo la valutazione precoce di componenti altamente integrati, assemblaggi compatti e geometrie interne complesse che sono difficili o impraticabili da realizzare con i metodi di produzione convenzionali, consentendo al contempo di progettare i prodotti tenendo conto di una catena di approvvigionamento futura più agile e resiliente, migliorando così la velocità e la disponibilità dei componenti. Le aspettative devono tuttavia rimanere realistiche. I cicli di sviluppo per gli SMR e i reattori di quarta generazione sono definiti da analisi, test e qualifiche approfonditi e non possono essere abbreviati aggirando i requisiti normativi. Tuttavia, la produzione additiva può migliorare significativamente le fasi iniziali di ricerca e progettazione. La prototipazione rapida, i dimostratori funzionali e l’iterazione basata sulla geometria consentono di convalidare le ipotesi di progettazione, quali il comportamento del flusso, le prestazioni termiche o l’integrazione funzionale, in una fase molto più precoce del processo di sviluppo.
Ciò rafforza il ruolo centrale della qualificazione. Quando i progetti realizzati con la produzione additiva per i reattori di piccola potenza (SMR) e i concetti di reattori avanzati sono fin dall’inizio orientati alla testabilità, alla stabilità dei processi, all’ispezionabilità e alla generazione di prove, l’innovazione può progredire di pari passo con la preparazione normativa. In questo modo, la produzione additiva non riduce i margini di sicurezza, ma amplia la libertà ingegneristica all’interno di un quadro che rimane pienamente compatibile con i rigorosi requisiti di sicurezza e qualificazione dei sistemi nucleari di prossima generazione.
Conclusione: la produzione additiva nel settore nucleare – tra ambizione e fattibilità
In definitiva, la produzione additiva risponde alle sfide concrete del settore nucleare: obsolescenza, disponibilità dei pezzi di ricambio, pressioni legate alla manutenzione e necessità di miglioramenti prestazionali rilevanti ai fini della sicurezza. Allo stesso tempo, offre il potenziale per migliorare ulteriormente l’efficienza e favorire l’innovazione nei concetti di reattori emergenti, quali i piccoli reattori modulari (SMR) e i sistemi di quarta generazione, in cui i nuovi approcci progettuali e le capacità produttive avanzate rivestono un ruolo sempre più importante.
La buona notizia è che i requisiti sono impegnativi, ma gestibili – a condizione che l’AM venga introdotta in modo strategico, passo dopo passo, basandosi sui dati e in ambiti di applicazione realistici sia dal punto di vista normativo che operativo. Questo approccio è ulteriormente sostenuto dai continui sforzi di standardizzazione e codificazione, che continuano a creare un quadro più chiaro per l’adozione da parte dell’industria.
In definitiva, la produzione additiva risponde alle sfide concrete del settore nucleare: obsolescenza, disponibilità dei pezzi di ricambio, pressioni legate alla manutenzione e necessità di miglioramenti prestazionali rilevanti per la sicurezza.
Autrice: Paula Kainu, Responsabile del settore energetico
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1https://www.lesechos.fr/industrie-services/energie-environnement/nucleaire-quel-age-ont-nos-centrales-1140104
2 https://www.equinor.com/magazine/3d-printing
3neimagazine.com/news/3d-printed-nuclear-fuel-parts-tested-in-alabama-power-plant/ e https://www.eos.info/content/blog/2026/come-l'am sta-dando-nuova-energia-alle-reti-elettriche-mondiali
