Ricercatori della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) ha sviluppato la capacità di stampare in 3D un bagno non arredato in meno di un giorno.

Dopo la stampa, il bagno è dotato di sanitari per diventare un prefabbricato, pronto per l'uso in progetti di costruzione. Il suo interno comprende un lavabo, specchio, doccia, Water, pareti e pavimenti in ceramica, completo di scarichi e tubazioni a scomparsa.

Ciò potrebbe potenzialmente aiutare le aziende a costruire unità bagno prefabbricate (PBU) circa il 30% più rapidamente e il 30% più leggere rispetto alle attuali PBU.

Negli ultimi quattro anni, il team di ricerca si è concentrato sullo sviluppo di una speciale miscela di calcestruzzo sufficientemente fluida da scorrere attraverso i tubi flessibili e l'ugello di stampa, tuttavia può indurirsi abbastanza velocemente in modo che lo strato successivo possa essere stampato su di esso. Oltre a garantire una qualità di stampa costante, anche il prodotto finale deve essere resistente quanto il calcestruzzo convenzionale.

Il processo di stampa richiede la metà del tempo necessario nella costruzione di un'unità da bagno convenzionale che utilizza la colata di cemento. Gli allestimenti, la piastrellatura e la finitura richiedono in genere altri cinque giorni.

Questa innovazione è stata sviluppata da un team di ricerca congiunto guidato da Assoc Prof Tan Ming Jen del Singapore Center for 3-D Printing di NTU, in collaborazione con Sembcorp Design and Construction, e Sembcorp Architects &Engineers.

Il Centro di Singapore per la stampa 3D è stato istituito dalla National Research Foundation (NRF) Singapore, condurre ricerca e sviluppo sulla tecnologia di stampa 3D, e accelerare l'adozione della tecnologia da parte delle aziende.

Signor Lim Tuang Liang, Direttore Esecutivo presso la Ricerca, Ufficio di coordinamento dell'innovazione e delle imprese presso la National Research Foundation (NRF) Singapore, ha dichiarato:"La forza di Singapore nelle tecnologie di produzione avanzate si sta approfondendo non solo nell'area della ricerca, ma anche nell'adozione e nell'implementazione di queste tecnologie da parte delle nostre aziende. Questo ultimo progetto tra NTU e Sembcorp è la testimonianza delle nostre forti capacità di ricerca e traslazioni nella stampa 3D. Siamo entusiasti di promuovere più collaborazioni tra i nostri istituti di ricerca e aziende orientate all'innovazione per guidare l'adozione di tecnologie chiave nel settore manifatturiero".

Questo Proof-of-Concept mira a migliorare la produttività per l'industria edile e delle costruzioni di Singapore attraverso l'uso di metodi di fabbricazione digitale e robotica per ridurre i requisiti di manodopera qualificata e manodopera.

Dal 2014, è stato un requisito per tutti i siti GLS (Government Land Sale) residenziali non atterrati a Singapore utilizzare unità prefabbricate da bagno (PBU) nel loro processo di costruzione.

Le PBU sono solitamente realizzate in calcestruzzo e completamente preassemblate fuori sede con tutte le finiture e gli accessori necessari, pronto per essere sollevato e installato in un progetto di costruzione.

Spostando la maggior parte della fabbricazione fuori sede nell'ambiente controllato di una fabbrica, Le PBU consentono un risparmio di tempo e manodopera di circa il 60%, rispetto alla costruzione in loco che era la pratica prima del 2014. C'è anche un migliore controllo sui materiali e sul processo di prefabbricazione, con conseguente maggiore qualità delle finiture e minor spreco.

Assoc Prof Tan ha affermato che la stampa 3D di un'unità da bagno potrebbe aiutare i produttori a dimezzare i tempi di produzione riducendo i costi di trasporto, emissioni di carbonio e spreco di materiali. È necessario meno spazio per creare e immagazzinare lo stesso numero di PBU nella scarsa disponibilità di terreni di Singapore, poiché le PBU convenzionali impiegano circa due settimane prima di poter essere pronte.

"Potendo stampare su richiesta, le aziende possono risparmiare sui costi di inventario e sui costi di manodopera, poiché non devono detenere così tante scorte e i loro lavoratori possono essere ridistribuiti per svolgere compiti di livello superiore. Questo approccio migliora la sicurezza sul posto di lavoro, poiché i robot stanno facendo la costruzione dell'unità del bagno, "Ha spiegato il professor Tan.

Er Lie Liong Tjen, capo del team di Sembcorp Design and Construction, e Sembcorp Architects &Engineers hanno dichiarato:"La tecnologia di stampa 3D consente di stampare e personalizzare il calcestruzzo. La forma complicata di una PBU e delle sue pareti può essere sviluppata e stampata a un ritmo più veloce per soddisfare le esigenze dei singoli clienti poiché nessuna cassaforma o gli stampi sono necessari, mentre la costruzione convenzionale di PBU con pannelli di parete in calcestruzzo o leggeri limita sempre le possibilità di progettazione. Inoltre, La stampa 3D può creare profili curvilinei piuttosto che forme rettilinee".

Come viene stampata in 3D l'unità del bagno

Il team multidisciplinare composto da ricercatori di diverse discipline come meccanica, ingegneria civile e dei materiali, architettura e robotica, ha dovuto prima sviluppare speciali miscele di calcestruzzo che potessero essere stampate in 3D. Nuove miscele includono materiali da costruzione ecologici come geopolimeri, che sono fatti da rifiuti di ceneri volanti.

Per abilitare la stampa, il team ha dovuto anche sviluppare nuovi sistemi di stampa e controllo che potessero adattare la portata dell'ugello alle proprietà di indurimento del calcestruzzo.

La stampa è stata quindi eseguita in un'unica struttura utilizzando un braccio robotico KUKA a 6 assi, che ha una portata di circa 6 metri di diametro. La miscela di calcestruzzo appositamente progettata è stata alimentata ai miscelatori e pompata fuori da un ugello montato sul braccio robotico, depositando il materiale strato per strato secondo il progetto digitale.

Per risparmiare materiale e ottenere un risparmio di peso fino al 30%, le pareti del PBU sono state stampate a forma di reticolo a W, che ha conferito ulteriore forza alla struttura finale.

Il team di ricerca ha stampato e allestito due PBU. Uno che misura 1,62 m (L) x 1,5 m (L) x 2,8 m (A) è stato stampato in sole 9 ore, mentre il secondo PBU che misura 2 m (L) x 2,6 m (L) x 2,8 m (A) è stato stampato in 12 ore.

Durante l'intero processo, I ricercatori della NTU hanno lavorato a stretto contatto con gli ingegneri di Sembcorp, che ha fornito input industriali e commentato i risultati della ricerca, oltre a fornire risorse e materiali per la stampa 3D. Hanno anche installato finiture architettoniche e impianti idraulici sulle due PBU stampate e hanno aiutato nella logistica generale.

Soddisfa o supera gli standard del settore

La più grande PBU stampata in 3D è già stata sottoposta a severi test di settore, con i risultati che mostrano che ha soddisfatto la forza e la robustezza richieste come indicato nello standard di Singapore SS492:2001.

Attualmente è sottoposto a test di assorbimento d'acqua e resistenza al fuoco come parte dei requisiti previsti dal quadro di accettazione PBU del Building Innovation Panel (BIP).

Il PIF è una piattaforma interagenzia che accelera lo sviluppo e l'attuazione di metodi fattibili, processi, soluzioni, tecnologie o materiali, per coprire soluzioni oltre a quelle che aumentano la produttività a qualsiasi tipo di innovazione che può migliorare l'ambiente costruito di Singapore.

La tecnologia e il know-how impiegati in questo progetto multidisciplinare sono protetti da una Technology Disclosure depositata tramite la società di innovazione e impresa di NTU, NTUitivo, ed è di proprietà congiunta tra l'università e Sembcorp.

Andando avanti, il team non vede l'ora di ottenere le necessarie approvazioni per le prove dalla Building and Construction Authority di Singapore (BCA) e di commercializzare la tecnologia attraverso la concessione di licenze o una società spin-off.