Edilizia sostenibile: ecco come la stampa 3D sta rivoluzionando il settore

Nuove problemi comportano sia sfide, sia opportunità.

Recentemente abbiamo parlato di un nuovo materiale edile, un cemento autosensibile in grado di produrre energia, messo a punto dall'Università di Pittsburgh, ma anche la costruzione degli edifici, soprattutto residenziali, sta subendo da qualche anno una costante trasformazione, improntata sulla sostenibilità e sull'uso sapiente e razionale delle risorse a nostra disposizione.

Secondo alcuni, l'adozione della stampa 3D nel settore edile comporterà un cambio di paradigma epocale come fu, nel 1880, l'uso del telaio in acciaio, che permise la progettazione di edifici più alti con finestre più grandi, dando origine ai moderni e iconografici grattacieli.

Inoltre, recentemente diversi studi di architettura stanno sperimentando la "produzione additiva su larga scala" che comporta la costruzione di oggetti uno strato alla volta; che si tratti di argilla, cemento o plastica, il materiale di stampa viene estruso allo stato fluido e si indurisce nella sua forma finale.

La produzione additiva su larga scala si compone di tre passaggi: progettazione digitale, fabbricazione digitale e scelta dei materiali.

Per iniziare, gli architetti creano modelli al computer di tutti i componenti che verranno stampati, tramite software che permettono loro di verificare come questi ultimi risponderanno alle forze strutturali, modificandoli di conseguenza.

Questi programmi possono anche aiutare i progettisti a capire come ridurre il peso delle parti che verranno utilizzate e automatizzare determinati processi di progettazione, come la levigatura di intersezioni geometriche complesse, prima della fase di stampa.

Un software noto come "affettatrice" traduce quindi il modello del computer in una serie di istruzioni per la stampante 3D.

Il processo di stampa, per alcuni versi sicuramente quello più interessante, viene eseguito tramite un sistema basato su gantry, [una struttura rettangolare di binari scorrevoli simile a una stampante 3D desktop] ma questa metodologia sta lasciando spazio all'uso di bracci robotici, in grado di stampare componenti con qualsiasi orientamento.

Di seguito, il webinar di CyBe Construction, che mostra le differenze e i pro e contro delle due diverse metodologie.

A seconda di cosa si va a stampare, il processo viene effettuato in fabbrica [per le piccole componenti] o direttamente in loco [come nel caso delle pareti dell'abitazione].

In ultimo, la stampa 3D permette di poter utilizzare qualsiasi materiale, dandogli la forma desiderata: che si tratti di calcestruzzo, argilla, plastica e polimeri, è possibile formularli in modo da soddisfare un'ampia gamma di requisiti strutturali ed estetici specifici, che rispecchiano anche i gusti personali dei clienti.

Inoltre, possono essere utilizzati anche prodotti da materiali riciclati e di derivazione organica.

Poiché la produzione additiva costruisce strato dopo strato, utilizzando solo il materiale e l'energia necessari per realizzare un particolare componente, è un processo di costruzione molto più efficiente rispetto ai "metodi sottrattivi", che comportano il taglio del materiale in eccesso.

La produzione additiva su larga scala è in grado di produrre componenti complessi con vuoti interni, aprendo la possibilità alla stampa di pareti già dotate di condotti.

La ricerca sta inoltre esplorando la possibilità di stampare oggetti in 3D usando componenti multimateriali, andando a integrare – idealmente - finestre, isolamenti, rinforzi strutturali e persino cablaggi in un unico componente stampato.

Fra i progetti più recenti, che hanno sfruttato appieno sia la stampa 3D, sia la produzione additiva, vi è Tecla, un prototipo di abitazione di 42 mq progettato da Mario Cucinella Architects e stampato a Massa Lombarda [in provincia di Ravenna].

Il materiale principale, in questo caso, è l'argilla [recuperata localmente] di cui sono state sfruttate le straordinarie qualità: non si modifica nel corso del tempo, rimanendo compatto e conservando inalterate le sue proprietà anche in condizioni climatiche particolari, è resistente al fuoco e non viene attaccata dai parassiti.

Inoltre, ha elevate capacità di isolamento termico ed acustico.

Gli architetti hanno progettato una particolare geometria radiale, creando un alloggio con un'alta efficienza energetica.

Negli Stati Uniti, lo studio di architettura Lake Flato ha collaborato con la società di tecnologia edile ICON per stampare i muri esterni in cemento per una casa soprannominata "House Zero" ad Austin, in Texas.

L'ampia abitazione [circa 186 metri quadrati] ha dimostrato sul campo quanto possa essere veloce ed efficiente la costruzione di una casa utilizzando sia la stampa 3D, sia la produzione additiva.

A Shanghai è stata costruita un'abitazione in meno di 24 ore, usando rifiuti edili.

In questo caso i progettisti hanno preso ispirazione dell'ossatura degli uccelli, disegnando leggeri reticoli di tubi, con dimensioni variabili, che riflettono le forze che agiscono su di essi.

Le facciate esterne sono state progettate sia per ombreggiare l'edificio sia per produrre energia solare.

Vi è poi il Trillium Pavilion, una struttura a cielo aperto stampata da polimero ABS riciclato, una plastica comune utilizzata in una vasta gamma di prodotti di consumo.

Il progetto è stato ideato dagli studenti, stampato da Loci Robotics e costruito presso l'Università del Tennessee Research Park.