Ottimizzazione topologica e stampa 3D in calcestruzzo: un duo vincente nelle costruzioni?

All’Università del Michigan un team di ricercatori e architetti ha studiato la stampa 3D del calcestruzzo per sviluppare un processo di costruzione più efficiente rispetto alle soluzioni tradizionali. Sostengono di aver progettato un calcestruzzo ultraleggero e privo di rifiuti che ridurrebbe il peso di una struttura del 72% rispetto al calcestruzzo “convenzionale”. Combinando questo calcestruzzo con un software di ottimizzazione topologica, potrebbero creare strutture che richiedono meno energia, materiali, tempo e peso.

Come sapete, l’industria delle costruzioni sta sfruttando sempre più i vantaggi della produzione additiva e sempre più cantieri si stanno dotando di stampanti 3D per calcestruzzo per ridurre i costi, la manodopera e il consumo di materiali. Attenzione, però, perché siamo ancora lontani dal vedere queste macchine diventare comuni nei cantieri, anche se iniziano a comparire alcune case stampate in 3D. Detto questo, la stampa 3D sembra farsi strada nel settore, anche se, secondo il team dell’Università del Michigan, ci sono ancora molti progressi da fare.

Il lavoro è guidato da Mania Aghaei Meibodi, architetto e insegnante assistente di architettura presso il Taubman College of Architecture and Urban Planning – una delle 19 scuole dell’Università del Michigan – e dai ricercatori Alireza Bayramvand e Yuxin Lin. Spiegano: “Gli approcci precedenti alla stampa 3D del calcestruzzo, o 3DCP, mirano a digitalizzare le costruzioni e a ridurre il consumo di calcestruzzo. Tuttavia, l’approccio più diffuso presenta limitazioni geometriche che ne limitano l’applicazione a forme semplici come le pareti ortogonali. Ciò comporta un elevato consumo di calcestruzzo e ne limita l’applicazione per forme leggere che comportano forme intricate come forme tubolari ramificate e angolari, sporgenze, sbalzi di strato e variazioni di sezione o angolo dei filamenti“.

Il team ha quindi sviluppato un sistema e un metodo di calcolo che consentirebbero di depositare strati di calcestruzzo non planari e variabili, a seconda della forma e delle caratteristiche geometriche della struttura desiderata. Per farlo, si basa sull’ottimizzazione topologica, che determina la quantità di materiale necessario e il suo posizionamento in base ai carichi esercitati. Secondo Mania Aghaei Meibodi, questo metodo offrirebbe quindi la possibilità di “eliminare l’inutile sovracostruzione con quantità eccessive di materiali. L’insieme di questi fattori ci permette di costruire strutture migliori e più rispettose dell’ambiente a costi inferiori“.

Per dimostrare i vantaggi del loro processo, hanno progettato la “Shell Wall”, una struttura in calcestruzzo eretta con un braccio robotico. Ha una forma curva complessa e utilizza solo il materiale necessario. La stampa 3D non planare è un concetto già esplorato dal mercato, anche se viene utilizzato principalmente per le termoplastiche e i processi FDM/FFF. Si tratta quindi di uno sviluppo interessante per il calcestruzzo e non vediamo l’ora di scoprire quale impatto potrebbe avere questo metodo sul mercato delle costruzioni. Nel frattempo, per maggiori informazioni: QUI.

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