L'unico materiale che usiamo più del cemento è l'acqua. Credito:Shutterstock
L'edilizia è una delle più grandi industrie dell'economia mondiale:vale 10 trilioni di dollari australiani a livello globale (equivalente al 13% del PIL).
Ma l'edilizia soffre da decenni di una produttività notevolmente scarsa rispetto ad altri settori. Mentre l'agricoltura e la produzione hanno aumentato la produttività 10-15 volte dagli anni '50, la costruzione rimane bloccata allo stesso livello di 80 anni fa.
Questo perché la costruzione rimane in gran parte manuale, mentre l'industria manifatturiera e altre industrie hanno compiuto progressi significativi nell'uso del digitale, tecnologie di rilevamento e automazione.
Noi e altri gruppi di ricerca vediamo il calcestruzzo stampato in 3D come una possibile soluzione a questi problemi. La tecnica probabilmente darà anche agli architetti la libertà di iniettare più creatività nei loro progetti per nuove strutture.
Problemi di costruzione
La nostra moderna infrastruttura civile è quasi interamente costruita in cemento. Usiamo più di 20 miliardi di tonnellate di calcestruzzo all'anno. L'unico materiale che usiamo di più è l'acqua.
Il settore delle costruzioni sta affrontando una serie di gravi problemi, compresa la bassa efficienza del lavoro e l'alto tasso di incidenti nei cantieri. Secondo l'Australian Bureau of Statistics, il settore delle costruzioni ha il più alto tasso di infortuni sul lavoro (59 per 1000 lavoratori).
L'autore nella foto con un progetto di edificio in cemento stampato in 3D. Autore fornito
Ci sono anche difficoltà nel controllo di qualità nei cantieri, alti livelli di rifiuti ed emissioni di carbonio, costi eccessivi, e sfide nella gestione di grandi cantieri con una forza lavoro qualificata in via di estinzione.
Le tecnologie rivoluzionarie come la stampa 3D del calcestruzzo possono offrire soluzioni.
I vantaggi della stampa 3D del calcestruzzo
La costruzione 3D utilizza tecniche di produzione additiva, il che significa che gli oggetti sono costruiti aggiungendo strati di materiale.
Gli approcci convenzionali alla costruzione comportano il getto di calcestruzzo in uno stampo (noto come cassaforma). Ma la costruzione additiva combina la tecnologia digitale e le nuove intuizioni della tecnologia dei materiali per consentire la costruzione a forma libera senza l'uso di casseforme.
L'eliminazione del costo delle casseforme è il principale motore economico della stampa 3D del calcestruzzo. Costruito utilizzando materiali come il legno, le casseforme rappresentano circa il 60% del costo totale della costruzione in calcestruzzo. È anche una fonte significativa di rifiuti, visto che prima o poi viene scartato. Secondo uno studio del 2011, l'industria delle costruzioni genera l'80% del totale dei rifiuti mondiali.
Il getto di cemento nelle casseforme limita anche la creatività degli architetti nel costruire forme uniche, a meno che non vengano pagati costi molto elevati per casseforme su misura. La costruzione additiva a forma libera potrebbe migliorare l'espressione architettonica. Il costo di produzione di un componente strutturale non sarebbe legato alla forma, così la costruzione potrebbe essere liberata dai disegni rettangolari che sono così familiari nell'attuale architettura degli edifici.
Cosa potremmo costruire
La stampa 3D del calcestruzzo è in fase di sperimentazione per l'uso nella costruzione di case, ponti, edifici e persino torri di turbine eoliche.
case
Questa casa in cemento stampata in 3D è stata costruita in 24 ore durante un rigido inverno russo. Fu la prima casa del genere ad essere costruita in un unico luogo.
ponti
L'anno scorso nei Paesi Bassi è stato inaugurato un ponte in cemento stampato in 3D di 8 metri per ciclisti. Il ponte, che è stato stampato dalla Eindhoven University of Technology, ha più di 800 strati e ci sono voluti tre mesi per stampare.
Strutture complesse
La stampa 3D del calcestruzzo ha un vantaggio rispetto ai metodi di costruzione convenzionali quando si tratta di costruire forme non rettilinee, come forme curve con dettagli intricati.
È ancora presto
Questo campo di ricerca è ancora agli inizi.
Il più grande ostacolo nello sviluppo della stampa 3D concreta è il calcestruzzo stesso. Il calcestruzzo convenzionale nella sua forma attuale non è adatto per la stampa 3D, quindi è necessario sviluppare alternative nuove e innovative.
Una stampante 3D per calcestruzzo utilizzata per la ricerca sulla stampa su calcestruzzo. Credito:Misanthropic One/flickr, CC BY
I ricercatori stanno esplorando vari tipi di calcestruzzo. Il cemento per la stampa 3D non deve fare presa quando è all'interno della stampante, ma ha bisogno di stabilizzarsi e rafforzarsi il più presto possibile dopo essere stato estruso. Questo tipo di calcestruzzo è chiamato "set-on-demand".
Quando si tratta di stampare effettivamente il cemento, sono necessarie stampanti speciali. Tipicamente, la dimensione della stampante deve essere maggiore del componente da stampare. Però, i ricercatori stanno esplorando stampanti o robot in grado di "arrampicarsi" su parti del calcestruzzo già predisposte per stampare altre sezioni.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale. 
