Italcementi ha dedicato uno spazio importante, durante il recente Made Expo, al mondo del 3d printing in collaborazione con l’Università degli Studi di Napoli Federico II e l’Università degli Studi di Pavia.
Una vera e propria stampante ha realizzato in diretta per i visitatori della fiera di Milano alcuni manufatti di varie forme e dimensioni in cemento, formulato appositamente per essere utilizzato nelle stampanti 3d.
Italcementi con la soluzione 3d Printing vuole offrire al mercato lo sviluppo di una nuova tecnologia del costruire, un sistema di progettazione e realizzazione basato sulla combinazione dei tradizionali materiali per le costruzioni con le nuove frontiere aperte dal digitale. In questo progetto sono coinvolti gli studi di architettura e di progettazione, le imprese di costruzioni, le maestranze, i centri di ricerca, le università.
Stampa 3d con materiali cementizi
Il 3d Printing è una tecnica finora applicata a materiali come i polimeri, il metallo o l’argilla. Consiste nel depositare strati successivi di materiale sotto controllo computerizzato al fine di realizzare un modello progettato da uno specifico software 3d.
Solo negli ultimi anni anche i materiali cementizi sono stati introdotti nel settore del 3d Printing. Italcementi ha iniziato a studiare la tecnologia di stampa 3d nel settore cementizio presso i laboratori di ricerca e innovazione di Bergamo nel 2015.
I risultati non mancano: il formulato cementizio che è stato sviluppato, adattabile per le diverse tecnologie di stampa, possiede le caratteristiche necessarie per essere miscelato, trasportato con una pompa da cantiere e posato da una macchina di stampa. Il primo e i successivi strati depositati, auto-sostenendosi durante il processo di stampa, vengono posizionati uno sopra l’altro (stampa additiva).
Team di ricercatori e partnership con le Università
Nel corso della ricerca si sono unite nel team di lavoro figure professionali diverse: ingegneri, chimici dei materiali, architetti e tecnici/ricercatori di laboratorio, un totale di circa 15 persone per oltre 15mila ore di ricerca.
Durante questi anni, si sono instaurate collaborazioni importanti lungo tutta la filiera; il network di professionisti e università coinvolte includono, tra le altre, l’Harvard College Graduate School of Design, l’Università degli Studi di Napoli Federico II (Dipartimento di Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale, Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura), l’Università degli Studi di Firenze (Consorzio per lo Sviluppo dei Sistemi a Grande Interfase) e startup innovative esperte di tecnologia di estrusione e realizzazione di macchine per la stampa 3d.
La stampa 3d per l’architettura sostenibile
La ricerca che Italcementi ha condotto sulle possibilità che la tecnologia di stampa 3d offre nel campo dell’architettura sostenibile è stata validata in scala reale per la prima volta con il progetto «3d Housing 05», presentata lo scorso anno a Milano durante l’edizione 2018 del Fuori Salone.
Successivamente, con questa tecnologia sono stati affrontati e sono tutt’ora in corso di validazione anche altri sistemi costruttivi, come i casseri per il settore delle costruzioni e i pannelli prefabbricati per le facciate.
Italcementi 3d Housing 05: il risultato è una casa di 100 mq in calcestruzzo stampato in 3d in opera in piazza Cesare Beccaria durante l’edizione 2018 del MilanoFuori Salone.
Vantaggi della stampa 3d in edilizia
Flessibilità: maggiore libertà per l’architetto e l’ideatore del progetto nel realizzare e personalizzare le proprie idee e quelle del cliente, anche quando costituite da forme complesse. Inoltre, il concetto di flessibilità si ritrova nella facilità di gestire cantieri in zone poco servite o in centri urbani molto affollati.
Sostenibilità: un’alternativa sostenibile che si affianca al tradizionale “modo” di costruire. Vengono ridotti gli scarti di lavorazione, possono essere utilizzati materiali riciclati e locali provenienti anche dagli stessi elementi realizzati con stampa 3d, il tutto nel pieno rispetto dei principi dell’economia circolare.
Sicurezza: cantiere gestito in sicurezza, con ridotto rumore e polverosità, e con minori sovrapposizioni e rischi.
Accuratezza: la stampa 3d offre un diretto passaggio di informazioni dal progetto, e quindi dal modello 3d, alle operazioni di costruzione, attraverso un’ottima realizzazione dei dettagli e riduzione delle possibilità di errori.
Rapidità: la stampa 3d è un processo di costruzione più veloce e meno costoso rispetto all’utilizzo dei materiali tradizionali e all’organizzazione del cantiere.
Opportunità future e nuove collaborazioni
Gli step della ricerca Italcementi successivi a questa prima esperienza realizzativa hanno coinvolto lo sviluppo di formulazioni in grado di adattarsi a diversi sistemi di stampa 3d per estrusione; lo studio di soluzioni in cui il 3d Printing possa essere utilizzato per applicazioni strutturali.
In merito a quest’ultimo sbocco applicativo, la collaborazione con Materias e il Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura, e con la sua società spin-off Etesias srl, è strategica sia per lo sviluppo di nuovi concept di design strutturale, sia per il contributo che si può apportare alla definizione appropriata di standard e normative.
La collaborazione intende innovare l’ambito della personalizzazione degli oggetti strutturali e, di conseguenza, dell’intero processo progettuale degli stessi. Inoltre, a valle del processo di stampa, è possibile realizzare veri e propri elementi strutturali in calcestruzzo armato (ossia caratterizzati dalla presenza di rinforzo metallico) attraverso una tecnica di assemblaggio con l’ausilio di dispositivi in acciaio che rendono monolitica la struttura.
In definitiva, si tratta di un processo di realizzazione (design-to-product) molto peculiare in quanto non esistono precedenti di realizzazione di oggetti in calcestruzzo armato aventi una funzione strutturale. In aggiunta, il controllo dell’intera filiera design-to-product consente di includere dispositivi intelligenti nella fase produttiva atti, ad esempio, al monitoraggio strutturale o allo scambio di informazioni in una rete infrastrutturale.
