Si dice spesso che la stampa 3D, nota nel settore come "produzione additiva", cambierà il nostro modo di vivere. Più recentemente, un team della Eindhoven University of Technology ha annunciato l'intenzione di costruire le "prime case stampate in 3D abitabili al mondo". Ma una cosa è costruire in piccolo, prototipi di case in un parco:un'altra è utilizzare con successo la produzione additiva per progetti su larga scala nel settore delle costruzioni.

La produzione additiva utilizza una combinazione di scienza dei materiali, architettura e design, informatica e robotica. Eppure in qualche modo, non è così futuristico come sembra. L'approccio semplice della costruzione a strati - in cui i materiali da costruzione vengono sovrapposti l'uno sull'altro per creare una facciata - è già stato praticato da molto tempo nel settore delle costruzioni, per esempio nelle tecniche convenzionali di stratificazione dei mattoni.

La vera novità della manifattura additiva risiede nella sua capacità di combinare novità, materiali altamente efficienti e sostenibili con software di progettazione architettonica e tecnologia robotica, per automatizzare e migliorare processi che sono già stati testati manualmente. In questo senso, la produzione additiva offre molti vantaggi potenzialmente innovativi per il settore delle costruzioni.

La stampa 3D può produrre fino al 30% in meno di rifiuti di materiale, consumano meno energia e meno risorse, consentire la produzione in loco (che a sua volta riduce i costi di trasporto), garantiscono una maggiore libertà architettonica e generano minori emissioni di CO₂ durante l'intero ciclo di vita del prodotto.

Materie prime stampabili

Ma c'è ancora molta strada da fare prima che la tecnologia di produzione additiva possa esprimere il suo potenziale. Esistono diversi componenti della produzione additiva, ognuno dei quali deve essere sviluppato e perfezionato prima che il processo possa essere utilizzato con successo nella costruzione su larga scala.

Un componente sono le materie prime stampabili, i materiali che vengono effettivamente "stampati" per creare il prodotto finale. Esistono molti tipi di materie prime stampabili, ma quello più rilevante per le costruzioni su larga scala è il cemento. Le materie prime stampabili sono in genere costituite da una combinazione di materiali sfusi, come terreno, sabbia, pietra Spaccata, argilla e materiali di recupero – miscelati con un legante come il cemento Portland, ceneri volanti o polimeri, nonché altri additivi e agenti chimici per consentire al calcestruzzo di indurire più rapidamente e mantenere la sua forma, in modo che gli strati possano essere depositati rapidamente.

In un progetto a cui sto attualmente lavorando presso la Brunel University, ci stiamo concentrando sulla produzione di una materia prima di cemento stampabile. Per creare materiali per costruzioni stampate in 3D, gli scienziati devono controllare attentamente il tempo di presa della pasta, la stabilità dei primi strati e il legame tra gli strati. Il comportamento dei materiali deve essere accuratamente studiato in una serie di condizioni, per ottenere una struttura robusta che può sopportare il carico.

La combinazione di cemento, sabbia e altri additivi devono essere giusti, in modo che le materie prime non si fissino mentre sono ancora nella stampante, e non rimanere bagnati troppo a lungo una volta che si sono depositati a formare una struttura. È necessario formulare e sviluppare diversi tipi di materie prime, in modo che questa tecnologia possa essere utilizzata per costruire una gamma di diversi elementi strutturali, come blocchi portanti e di grandi dimensioni.

Costruzioni

Un altro componente è la stampante, che deve avere una pompa potente per adattarsi alla scala della produzione nel settore delle costruzioni. La pressione e la portata della stampante devono essere provate con diversi tipi di materie prime. La velocità e le dimensioni della stampante sono fondamentali per ottenere una buona qualità di stampa:superficie liscia, bordi quadrati e una larghezza e un'altezza coerenti per ogni strato.

La velocità con cui vengono depositati i materiali di base, generalmente misurata in centimetri all'ora, può accelerare o rallentare la costruzione. Diminuire il tempo di presa della materia prima significa che la stampante può lavorare più velocemente, ma mette anche la materia prima a rischio di indurirsi all'interno del sistema di stampa. Il sistema di stampa dovrebbe essere ottimizzato per fornire continuamente le materie prime a una velocità costante, in modo che gli strati possano fondersi insieme in modo uniforme.

La geometria delle strutture prodotte è il pezzo finale del puzzle, quando si tratta di utilizzare la stampa 3D nell'edilizia. Quando la stampante e la materia prima sono state impostate correttamente, saranno in grado di produrre blocchi da costruzione a grandezza naturale con una geometria intelligente che può sopportare il carico senza rinforzi. La stabilità della forma dei filamenti a traliccio in questi blocchi è una parte essenziale della stampa, che fornisce forza e rigidità agli oggetti stampati.

Questo triplice approccio all'adattamento della produzione additiva per l'edilizia potrebbe rivoluzionare il settore entro i prossimi 10-15 anni. Ma prima che ciò possa accadere, gli scienziati devono mettere a punto i rapporti di miscelazione per le materie prime, e perfezionare un sistema di stampa in grado di far fronte alla produzione rapida di blocchi. Solo allora il potenziale della stampa 3D può essere sfruttato per costruire più velocemente, e più sostenibile, come mai prima d'ora.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.