Stampa 3D: il futuro dell’edilizia?

L’inizio dell’uso della stampa 3D nell’edilizia può essere fatto risalire all’esperimento del Professor Behrokh Khoshnevis dell’Università del South Carolina che, nel 2004, tentò di stampare per la prima volta un muro in 3D. Da allora, questa innovazione è esplosa ed è ora possibile costruire una casa in appena 20 ore! Il professore ha sviluppato una stampante 3D FDM, montata su un braccio robotico, che estrude strati di calcestruzzo al posto di strati di plastica per creare un modello 3D.

La tecnologia di Contour Crafting ha dimostrato di avere tutte le qualità necessarie per l’uso della manifattura additiva nei cantieri: riduzione di costi e scarti, maggiore velocità di costruzione, riduzione degli incidenti, forme architettoniche complesse e molto altro. La sua scoperta ha segnato l’inizio della stampa 3D in edilizia. Tuttavia, rimane molto meno utilizzata rispetto a determinati settori come quello aeronautico o quello medico.

Le stampanti industriali per calcestruzzo su larga scala possono creare intere strutture di case autonomamente.

I giganti dell’edilizia si stanno rapidamente rendendo conto del potenziale delle tecnologie 3D e del loro possibile impatto sul futuro dell’edilizia. Un numero sempre maggiore di aziende si stanno facendo avanti nel settore per creare nuovi progetti innovativi. La stampa 3D per calcestruzzo è in rapido sviluppo e si affida a diverse tecnologie e materiali, offrendo numerosi vantaggi ai suoi utilizzatori. La tecnologia è però ancora in fasce ed è costretta a rispettare i suoi attuali limiti.

Quali tecnologie di stampa 3D sono utilizzate nel settore dell’edilizia?

Bracci robotici

Il metodo del Contour Crafting implica il deposito del materiale di costruzione per creare un modello 3D su larga scala con una finitura superficiale liscia. Vengono installate guide intorno all’area di edificazione che agiranno come struttura per dirigere il braccio robotico. Quest’ultimo si muove avanti e indietro per estrudere il calcestruzzo, strato dopo strato. Frattazzi collocati sul lato e sopra l’ugello per appiattire gli strati estrusi e garantire la resistenza del modello.

In questo processo non è possibile utilizzare il calcestruzzo convenzionale in quanto avrebbe bisogno di indurirsi prima di proseguire nel processo. Se fosse stampato in 3D, quindi, non sarebbe in grado di sopportare il suo stesso peso. Quindi, viene usato un cemento a presa rapida.

Contour Crafting (azienda avente lo stesso nome del metodo) è molto discreta sui suoi progressi. L’impresa edile cinese WinSun Decoration Engineering Co la descrive comunque come in grado di “rubare la scena”. Queste macchine sono enormi (32 m di lunghezza, 10 m di larghezza e 6,6 m di altezza). Questo permette loro di stampare in 3D intere strutture e di montarle sul posto. Per farlo, si miscelano calcestruzzo e fibre di vetro sul posto e poi si stampa. Questo ha fatto conoscere la fabbricazione additiva a numerosi costruttori e lavoratori in ambito edile.

Constructions-3D è un’azienda concorrente che sta cercando a sua volta di stampare in 3D grandi edifici di calcestruzzo servendosi di questa tecnologia.

I diversi protagonisti sul mercato hanno sviluppato macchine che impiegano varie tecnologie diverse per la stampa 3D del calcestruzzo. L’azienda francese Constructions-3D ha creato una stampante 3D polare che stampa all’interno del sito di costruzione e se ne va dalla porta anteriore dell’edificio una volta terminata la costruzione. Consiste in una base meccanica e in un braccio robotico con un ugello per l’estrusione del materiale a un’estremità. Questo braccio offre un’area stampabile di oltre 250 m² e più di 8 metri di altezza.

Il robot di Cazza Construction è simile a questo, con un sistema di gru mobile che permette di stampare in 3D un’area molto più ampia e creare strutture più grandi e più alte. Questo è dimostrato dalle stampe passate di aziende come Apis Cor ed XtreeE, che creano rapidamente intere case.

Altre aziende si sono specializzate nell’estrusione di materiali diversi dal calcestruzzo con questa tecnologia. Il processo brevettato di BatiPrint 3D è un esempio evidente: l’Università di Nantes, Bouygues Construction e Lafarge Holcim hanno unito le forze per sviluppare un robot industriale che stampa 3 strati di materiale alla volta. Due di questi strati sono una schiuma polimerica e il terzo è calcestruzzo.Benoit Furet, professore presso l’Università di Nantes spiega “la schiuma garantisce isolamento interno ed esterno, il calcestruzzo e il rinforzo la struttura portante antisismica”. “

Batiprint 3D è un’azienda francese che punta alla stampa 3D di grandi strutture.

 Sabbia come materiale di costruzione

L’architetto italiano Enrico Dini è stato uno dei primi a fare notizia come “l’uomo che stampa le case in 3D”. Ha ideato un interessante processo di stampa 3D con la sua tecnologia “D-Shape”. In questa tecnica strati di sabbia vengono depositati secondo lo spessore desiderato prima che una testa di stampa versi gocce di legante per indurire la sabbia. La macchina D-Shape per costruzioni di 4 x 4 metri è in grado di creare grandi strutture di dimensioni fino a 6 metri cubi.

Il piano di stampa su cui D-Shape ha stampato in 3D una struttura in calcestruzzo.

Strutture solide in metallo

L’azienda olandese MX3D ha sviluppato un metodo di costruzione unico chiamato WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), che permette di stampare in 3D strutture di metallo con un robot a 6 assi che posa 2 chili di materiale all’ora.

Questo robot è il risultato della collaborazione con Air Liquide e ArcelorMittal ed è dotato di un saldatore e di un ugello per saldare, strato per strato, barrette di metallo. Questo processo è anche compatibile con altre leghe di metallo come acciaio inossidabile, bronzo, alluminio e Inconel. La macchina può ricordare una specie di gigantesco saldatoio. Il team ha commentato: “abbiamo combinato un robot industriale e una saldatrice per trasformarli in una stampante 3D che funziona con il nostro software”.

MX3D è una delle startup innovative nel settore delle case stampate in 3D.

Sebbene concettualizzati dalle startup, questi progetti spesso richiedono il supporto di nomi importanti in ambito edilizio. Il Royal BAM Group ha collaborato con la Eindhoven University of Technology per progettare un ponte in calcestruzzo stampato in 3D per i ciclisti. Inoltre, la Bouygues Construction ha scelto la stampa 3D per costruire case a Lille, Francia. Non solo, la Vinci Construction ha collaborato con la startup francese XtreeE per testare la costruzione di strutture complesse e il gruppo svedese Skanska ha recentemente collaborato con l’Università di Loughborough per sviluppare un processo di stampa 3D per calcestruzzo.

“Abbiamo combinato un robot industriale e una saldatrice e li abbiamo trasformati in una stampante 3D che funziona con il nostro software”- team MX3D.

Perché usare la stampa 3D per le costruzioni?

Innanzitutto, stampare in 3D il calcestruzzo permette di risparmiare moltissimo tempo. In particolare, l’utilizzo di queste tecnologie riduce potenzialmente un lavoro di 3 settimane in uno di appena 3-4 giorni. Inoltre, si riduce il rischio di infortuni sul lavoro. Benoit Furet dell’Università di Nantes spiega: “la riduzione delle difficoltà e dei rischi è realtà, abbiamo realizzato raggi di 3,8 m di altezza senza l’uso di ponteggi. Inoltre, il cantiere è molto silenzioso”:

Il suo team è riuscito a stampare in 3D una casa di 95 m², primo caso di edilizia pubblica stampata in 3D in città. Benoit ha dichiarato che la loro tecnologia BatiPrint ha anche reso più facile creare forme curve a un costo minore. Inoltre, poiché le stampanti 3D non devono dormire e mangiare non smettono di lavorare finché il progetto non è terminato. Questo riduce notevolmente i tempi di attesa.

Vantaggi della stampa 3D in edilizia

In termini di utilizzo di materiale, la stampa 3D è economica con processi additivi anziché sottrattivi, si utilizzano meno materiali rispetto ai processi di produzione tradizionali. Questo riduce l’impatto ambientale, in quanto vengono prodotti meno scarti.Romain Duballet, uno dei co-fondatori di XtreeE, spiega, “con una maggiore padronanza delle geometrie, possiamo costruire forme ottimizzate per limitare la quantità di materiali impiegati”.

Tuttavia, ci sono ancora riserve al sogno di stampare in serie case, ponti e grattacieli in 3D. Axel Thèry di Constructions-3D spiega che “le principali difficoltà derivano dal fatto che il processo di stampa in 3D degli edifici non è attualmente un metodo di costruzione riconosciuto da molti codici ed enti di standardizzazione. Poiché le strutture stampate non sono tradizionali, i calcoli relativi alla resistenza e alla resistenza nel tempo sono difficili da realizzare. Ecco perché le soluzioni abitative realizzate dovranno essere testate caso per caso, all’inizio”. Gli enti per la standardizzazione sono preoccupati che queste strutture siano realmente solide e in grado di sopportare i loro ambienti.

La macchina di Constructions-3D.

Case stampate in 3D: una soluzione sostenibile?

Alcune aziende di costruzioni si stanno dirigendo verso la manifattura additiva. Tra queste, l’azienda italiana WASP che punta a costruire un mondo più sostenibile tramite la stampa 3D. Ha sviluppato una delle stampanti 3D più grandi del mondo, in grado di costruire case a partire da materiali di provenienza locale utilizzando energia solare, eolica o idroelettrica. Ciò permette a regioni che ancora non hanno accesso all’elettricità di stampare in 3D strutture ecocompatibili sfruttando risorse locali.

Stampanti WASP 3D al lavoro per creare un futuro in cui materiali ecocompatibili diano origine a case stampate in 3D.

Allo stesso modo, in Brasile, Anielle Guedes ha fondato Urban3D per rispondere all’emergenza abitativa brasiliana. La sua azienda stampa in 3D parti di edifici in una fabbrica dedicata prima di montarli sul posto. Questo le permette di creare edifici di un’altezza che non sarebbe possibile ottenere qualora la stampa 3D fosse effettuata sul posto. L’azienda sta attualmente testando diversi prototipi e spera di offrire una soluzione allo sviluppo delle baraccopoli brasiliane.

Anche la società russa Apis Cor è convinta dell’impatto positivo che la stampa 3D può avere sulle abitazioni. Il fondatore e amministratore delegato Nikita Chen-iun-tai spiega, “riteniamo che la produzione additiva sia una soluzione efficace contro l’emergenza abitativa ed è per questo che abbiamo sviluppato il nostro progetto. Ci auguriamo che tra pochi anni questo approccio possa essere testato a fondo in varie parti del mondo per dimostrare la sua fattibilità. Riteniamo che sempre più imprese edili adotteranno questa tecnologie, come già fanno alcune di esse, oggi”.

L’azienda russa Apis Cor ha costruito questa casa in appena 24 ore utilizzando la sua stampante 3D in cemento.

Stampa 3D nello spazio?

La produzione additiva potrebbe anche essere un modo per l’uomo di esplorare lo spazio. La NASA ha lanciato la ‘3D Printed Habitat Challenge’ esaminando tecnologie impiegate per costruire case nello spazio, come ad esempio sulla luna o su Marte. Sebbene sia un progetto ambizioso, è ancora presto per dire se la stampa 3D sia o meno una soluzione percorribile. Possiamo dire, tuttavia, che la stampa 3D in edilizia diventerà una vera forza globale. SmarTech Publishing ha recentemente pubblicato un report che prevede che i ricavi globali nel settore ammonteranno a 40 miliardi di dollari nel 2027. Vedremo come reagirà il mondo a questa tecnologia del futuro!

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