Una torre residenziale e commerciale in fase di sviluppo a Brooklyn che sta cambiando lo skyline di New York City ha le sue radici nella ricerca presso l'Oak Ridge National Laboratory del Department of Energy. La facciata in cemento prefabbricato bianco della torre che sorge dal sito sul lungomare dell'ex fabbrica di zucchero Domino evoca la forma di un cristallo di zucchero, un modello creato da stampi stampati in 3D prodotti presso la Manufacturing Demonstration Facility del DOE presso l'ORNL.

Quando il cancello prefabbricato, un membro del Precast/Prestressed Concrete Institute (PCI), si è aggiudicata la facciata del palazzo Domino, I ricercatori dell'ORNL hanno visto la torre dell'edificio come la piattaforma perfetta per dimostrare che la produzione additiva di grandi aree, o BAAM, la tecnologia potrebbe produrre rapidamente stampi adatti alla produzione di prefabbricati in calcestruzzo.

"Non sapevamo se gli stampi stampati in 3D potessero essere fatti funzionare per l'industria dei prefabbricati, " ha detto Diana Hun, ricercatore capofila del progetto. "Ma abbiamo pensato che valesse la pena esaminare il potenziale".

Tecnologie edilizie e ricercatori di produzione presso l'ORNL hanno collaborato con Gate Precast e PCI per progettare e produrre stampi in acrilonitrile butadiene stirene (ABS) rinforzato con fibra di carbonio. un comune termoplastico mescolato con fibre di carbonio tritate.

Una volta che i ricercatori dell'ORNL hanno sviluppato la scienza dei processi per produrre in modo affidabile stampi stampati in 3D, hanno poi lavorato con un'impresa commerciale, Soluzioni di ingegneria additiva (AES), per stampare stampi aggiuntivi. Gli stampi sono stati utilizzati per colare quasi un migliaio di parti prefabbricate in calcestruzzo per la facciata della torre di 42 piani.

"Con il progetto Domino, la sfida era trovare la giusta soluzione per un lavoro che richiedeva stampi durevoli che potessero essere utilizzati numerose volte, "Ha detto Hun. "Abbiamo dimostrato che ogni stampo stampato in 3D può fondere almeno 200 parti in cemento, che è stata la chiave per rispettare il programma del progetto."

Entro un anno, il progetto è passato dalla progettazione del prototipo alla stampa degli stampi finali utilizzati per gettare le parti in calcestruzzo per la torre Domino.

Il vantaggio della fibra di carbonio

Gli stampi in legno convenzionali sono prodotti manualmente da abili falegnami, che spesso scarseggiano di forza lavoro. Generalmente, gli stampi in legno producono meno getti perché sono significativamente meno durevoli rispetto agli stampi stampati con ABS rinforzato con fibra di carbonio.

"Le fibre di carbonio aiutano a migliorare di due volte la resistenza e quattro volte la rigidità degli stampi, rispetto alla plastica ABS, consentendo agli inserti di sostenere il peso del calcestruzzo gettato e la forza delle operazioni di sformatura su cicli ripetuti, " ha detto Brian Post di ORNL, l'ingegnere di produzione avanzato del progetto.

Gli stampi stampati in 3D iniziano con modelli di progettazione assistita da computer (CAD), che vengono tagliati strato per strato per sviluppare percorsi utensile che guidano la testina di stampa. La stampante esegue questi percorsi utensile strato per strato estrudendo il polimero fuso per formare la parte finale.

"Ogni stampo impiega dalle 8 alle 11 ore per la stampa e 8 ore per la lavorazione alla finitura superficiale desiderata, "Ha detto Posta.

Mentre lo sviluppo di Domino prende forma a New York, non solo attira l'attenzione per il suo aspetto e il suo design unici, ma anche per il suo potenziale.

"Con la stampa 3D a portata di mano, gli architetti possono ora liberare la loro creatività e progettare facciate complesse che non hanno mai esplorato in precedenza, " disse Unno.

La torre Domino dovrebbe essere completata nel 2020. ORNL continua a lavorare con PCI come parte di un programma di ricerca quinquennale per determinare come le nuove tecnologie possono migliorare i pannelli prefabbricati isolati.