L’Università di Bologna apre il primo laboratorio di stampa 3D WAAM per le costruzioni
Avevamo già parlato dei cambiamenti in atto nel settore Costruzioni in occasione del nostro ultimo webinar su stampa 3D metallica e settore edile, in cui abbiamo avuto come ospite il Consorzio del progtto europeo ConstructAdd, coordinato dal Politecnico di Milano. Sempre più sentita è, di fatti, la necessità di esplorare nuove forme di produzione per ottimizzare i processi esistenti e crearne di nuovi più efficienti e sostenibili, che rispondano alle esigenze attuali e alle nomative vigenti.
Nella nostra intervista di oggi approfondiamo il tema con Vittoria Laghi, ricercatrice presso l’Università di Bologna e Specialista in WAAM e Progettazione strutturale, membro della squadra che sta lanciando il primo laboratorio dedicato alla tecnologia WAAM nel settore Costruzioni in Italia. Oltre a questo interessantissimo progetto, Vittoria ne porta avanti molti altri. È infatti anche consulente per istituzioni e università che vogliono utilizzate la produzione additiva nel settore edile, lecturer in Structural Design presso il MIT e quest’anno è stata selezionata tra le ricercatrici eccellenti italiane per la borsa di studio “For Women in Science” finanziata da L’Oreal in collaborazione con UNESCO.
3DN: Ciao! Puoi presentarti e raccontarci del tuo legame con la stampa 3D?
Certo! Sono una ricercatrice in Ingegneria Civile presso l’Università di Bologna. Ho cominciato ad appassionarmi alla stampa 3D nelle costruzioni dopo la laurea, quando ho intrapreso il mio dottorato. Il mio relatore, il prof. Tomaso Trombetti, mi propose una ricerca sul primo ponte pedonale stampato in 3D in acciaio al mondo dall’azienda MX3D (chiamato MX3D Bridge), che allora era ancora un progetto in fase di sviluppo. Da lì la mia ricerca è andata di pari passo con l’avanzamento tecnologico della stampa 3D metallica nelle costruzioni, fino ad oggi.
3DN: Come è nato il laboratorio WAAM presso l’Università di Bologna? Qual è il suo obiettivo?
Faccio parte del gruppo Advanced Manufacturing and Automation in Construction (AMAC) dell’Università di Bologna, coordinato dal prof. Trombetti, dalla prof.ssa Giada Gasparini e dall’Ing. Michele Palermo, in cui lavoriamo da 7 anni a possibili applicazioni della tecnologia di stampa 3D WAAM nelle costruzioni. In questi anni ci siamo concentrati sulla parte di progettazione e validazione sperimentale di provini realizzati da aziende con cui eravamo affiliati. Da qui è poi maturato l’interesse ad ampliare la nostra attività di ricerca a 360 gradi, fornendo un modello integrato di progettazione computazionale e fabbricazione additiva di nuove forme strutturali ad alta efficienza. Per questo ci siamo di recente dotati di un intero set-up per la stampa in WAAM all’interno del Laboratorio di Ingegneria Strutturale e Geotecnica dell’Università di Bologna. Il laboratorio è in fase di perfezionamento, ma è già attivo per svolgere prime stampe di provini e test sui parametri di stampa.
3DN: Perché avete scelto di studiare la stampa 3D metallica per le costruzioni?
Il nostro gruppo di ricerca è da sempre orientato verso la progettazione strutturale, la concezione di forme innovative e la sicurezza delle strutture. Il background in Ingegneria Sismica e Progettazione Strutturale ci ha permesso di affacciarci al mondo della manifattura additiva nelle costruzioni con un occhio critico e più attento al comportamento strutturale dei sistemi realizzati con queste nuove tecnologie. Ci siamo appassionati alla stampa 3D in metallo nelle costruzioni perché vediamo un forte potenziale nel migliorare l’impatto economico e ambientale delle strutture in acciaio nel lungo termine. La manifattura additiva rispetto alla fabbricazione convenzionale di elementi in acciaio comporta una enorme libertà di realizzazione di forme e sezioni che convenzionalmente sono limitate dai processi di realizzazione per estrusione. In questo modo è possibile fabbricare elementi strutturali senza sfrido, minimizzando l’impiego del materiale di base solo dove serve e ottimizzando la geometria delle sezioni. In sostanza, l’obiettivo è creare una nuova generazione di elementi strutturali in acciaio ad alta efficienza, o come ci piace pensare, “green”. Nonostante l’enorme potenzialità della stampa 3D nelle costruzioni, è necessario investigare approfonditamente il comportamento strutturale dei nuovi elementi così realizzati quando sottoposti a diversi casi di carico o condizioni di fatica. Inoltre, non sono ancora previste linee guida di progettazione che aiutino i professionisti a impiegare queste nuove tecnologie nei loro progetti.
3DN: Perché investire e fare ricerca proprio sul metallo e non su altri materiali?
Tipicamente le strutture in acciaio sono scarsamente flessibili in termini di forma e geometrie che si possono realizzare, sia alla scala del singolo elemento che dell’intera struttura. Se pensiamo che (teoricamente) materiali come il calcestruzzo possono prendere idealmente qualunque forma adattandosi alla cassaforma entro cui è gettato, per l’acciaio questa flessibilità non esiste, se non adottando sistemi di produzione per fusione. Ma questi comportano un costo esorbitante di fabbricazione, dalla realizzazione dello stampo alla spedizione del pezzo una volta realizzato. Da qui quindi l’interesse a esplorare forme del tutto nuove realizzate grazie all’impiego della stampa 3D per nuovi elementi strutturali e connessioni innovative. Con un sistema di stampa WAAM di medie dimensioni (come quello che prevediamo di avere in dotazione entro la fine dell’anno) si può prevedere la realizzazione di elementi strutturali fino a qualche metro di altezza o larghezza con minimi vincoli legati alla geometria stampata. Inoltre, nella visione a lungo termine di sviluppo di questa tecnologia nelle costruzioni, ogni cantiere potrebbe dotarsi del suo set-up di stampa “in situ” per azzerare anche i costi legati al trasporto di materiale ed eventuali ritardi nella produzione e reperimento dei pezzi.
3DN: Quali sono le applicazioni possibili della tecnologia WAAM nel settore edile?
Sicuramente il primo esempio di applicazione del WAAM nelle costruzioni è il ponte della MX3D sito in centro ad Amsterdam, che rimane sicuramente un’importante dimostrazione delle potenzialità di questa tecnologia. Più verosimilmente prevediamo applicazioni più diffuse della tecnologia WAAM per la realizzazione di elementi di dimensioni minori, quali connessioni, nodi o parti speciali di elementi strutturali (che solitamente prevedono una fabbricazione ad-hoc). Un altro grande ambito di applicazione è quello degli elementi reticolari a lattice, come la colonna diagrid che ho realizzato nel 2018 in collaborazione con MX3D e di recente premiata con la “Special Mention by Autodesk” durante il 3D Pioneers Challenge 2021. Da qui abbiamo recentemente depositato un brevetto per la progettazione di pali reticolari ad alta efficienza, in grado di garantire buone performance meccaniche a fronte di una riduzione del peso rispetto al classico palo tubolare fino al 75%.
La colonna diagrid.
3DN: Ci sono piani governativi nazionali e/o europei mirati a favorire la transizione digitale nel settore?
Grazie al Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza e le iniziative europee di Horizon Europe si stanno aprendo diverse opportunità di finanziamento sia per ricerca che per sviluppo industriale nel settore edile verso una transizione ecologica e digitale delle costruzioni. In questo la stampa 3D sembra essere la chiave di lettura per entrambi gli scenari, quindi il momento non potrebbe che essere dei migliori per investire in questa tecnologia!
3DN: Quali sono i progetti a cui avete partecipato e quelli in corso?
Abbiamo partecipato a diversi progetti nazionali ed internazionali. Oltre a quelli già menzionati, tra i più importanti ricordiamo il progetto AGRIAM finanziato dal 3DP Pan EU 2020 e il progetto ADDRESS FOR FUTURE finanziato dall’Unione Europea. Inoltre sono consulente per il progetto di ricerca “TRR277 – Additive Manufacturing in Construction” finanziato dal governo tedesco per la realizzazione di un centro di ricerca collaborativo sulla stampa 3D nelle costruzioni tra la Technische Universität Braunschweig e la Technische Universität Munich.
In generale, dato il nostro background siamo interessati ad esplorare collaborazioni di ricerca e industriali per applicazioni nelle costruzioni, ma siamo aperti anche a investigare applicazioni di grandi dimensioni che spazino in altri ambiti. Abbiamo collaborato con MX3D, Caracol AM, Guidetti Technology, Foster + Partner, Autodesk. A livello di ricerca collaboriamo con il Politecnico di Milano, l’Università di Firenze, l’Università di Napoli, la TU Braunschweig, la TU Delft e il MIT, dove attualmente sono lecturer in Structural Design.
3DN: E i progetti futuri?
In attesa di ampliare il nostro equipaggiamento del laboratorio WAAM, stiamo ampliando la nostra rete di conoscenze e collaborazioni a livello nazionale e internazionale, oltre a una serie di attività di ricerca e insegnamento che stiamo portando avanti per avvicinare studenti, giovani ricercatori e professionisti alla stampa 3D metallica nelle costruzioni.
A questo proposito abbiamo istituito per quest’anno la prima edizione della Summer School “Metal 3D Printing in Construction” che si terrà dal 4 al 6 luglio presso l’Università di Bologna. L’intento è quello di formare giovani ricercatori, studenti, dottorandi e professionisti all’uso della stampa 3D metallica di grandi dimensioni, alle potenzialità e considerazioni progettuali da fare, fino ad applicazioni pratiche presso il nostro laboratorio. La Summer School sarà tenuta da docenti nazionali, internazionali ed esponenti di industrie e aziende del settore.
3DN: Qualche ultima parola per i nostri lettori?
Le iscrizioni per la Summer School “Metal 3D Printing in Construction” sono aperte: QUI. Vi aspettiamo a braccia aperte nel nostro nuovo laboratorio WAAM!
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Crediti per tutte le foto: Vittoria Laghi/Università di Bologna
