"Libertà di forma con personalizzazione di massa": sfide tecniche nella stampa 3D

Quando si sfoglia il tag di stampa 3D su ArchDaily, è chiaro che questa tecnologia si è sviluppata a un ritmo incredibilmente veloce. Se nei primi anni osservavamo il concetto come una lontana possibilità per il futuro o con esempi su piccola scala, negli ultimi anni abbiamo osservato la produzione di interi edifici stampati e di volumi sempre più complessi. Sviluppata attraverso la lettura di un file informatico, la fabbricazione viene effettuata mediante produzione additiva con calcestruzzo - o altri materiali da costruzione - e presenta numerose difficoltà nel fornire un processo efficiente che consenta la diffusione della tecnica costruttiva. Il padiglione stampato dal consorzio Huizenprinters, ad esempio, illustra bene questo processo.

Il processo è iniziato nel 2018 con i primi test concreti per lo sviluppo della produzione additiva robotizzata. Secondo il team, “a quel tempo, avevano ancora poca conoscenza della robotica e di un mix di materiali che poteva impilarsi solo per 30 cm di altezza prima di crollare”. Il consorzio è composto dalla società di costruzioni Heilijgers BV, dal fornitore di calcestruzzo Van der Kamp BV, dagli specialisti dell'innovazione Blueways e dalla comunità creativa innovativa De WAR. Oltre a questi già menzionati, nel progetto sono state coinvolte anche Jelle Feringa e Summum Engineering, che hanno fornito progettazione strutturale, modellazione parametrica e ingegneria.

Nuove forme di produzione richiedono nuovi modi di pensare

Poiché l'obiettivo centrale del progetto era l'apprendimento, si è deciso che tutta la conoscenza generata sarebbe stata pubblicata, con l'intenzione di contribuire a ulteriori ricerche e iniziative simili. Il gruppo ha deciso di condividere ciò che ha imparato attraverso una serie di eventi di condivisione delle conoscenze e un sito web in cui hanno pubblicato i risultati. Queste informazioni sono state pubblicate secondo il principio del copyleft in contrapposizione al tradizionale diritto d'autore. “La condivisione delle informazioni è fondamentale per accelerare l’innovazione. Probabilmente l’invenzione non è altro che combinare idee esistenti in un modo nuovo, e quale modo migliore per raccogliere idee se non in una comunità aperta. In questo progetto lavoriamo secondo il principio Creative Commons 4.0 di condividere e condividere allo stesso modo”. ha detto Harmen Zijp di De WAR.

Come è prevedibile in ogni processo di prototipazione, si sono verificati diversi problemi che hanno dovuto essere corretti nel corso del progetto. Problemi come le fluttuazioni di temperatura nel capannone o l'impossibilità di stampare parti troppo grandi hanno portato a una serie di innovazioni nel processo. Come descritto nel comunicato stampa del progetto:

"Ciò che seguì furono diversi anni di sviluppo della tecnologia e di aggiornamento delle strategie di progettazione e fabbricazione. Molte iterazioni di macchine e software portarono allo sviluppo di un processo per accelerare fortemente l'indurimento del calcestruzzo. Aggiungendo un accelerante alla testina di stampa, la miscela di calcestruzzo si fissa in pochi minuti, consentendo la produzione di progetti altamente complessi.

La stampa del tetto si è rivelata la sfida più grande. La svolta è arrivata con la segmentazione dell'intera struttura in 8 parti. Anche se in teoria questo risolveva il problema, in pratica il risultato era una geometria estremamente complessa per la stampa. Le stampe lunghe e sottili aumentavano il rischio di crepe da ritiro, che è stato mitigato modificando il design della miscela, utilizzando un composto polimerizzante e coprendo le stampe dopo il completamento. La doppia curvatura comportava il rischio di instabilità; è stata introdotta la struttura a coste. C'è una differenza di altezza molto ampia (80%) da un'estremità all'altra; la pendenza risultante ha reso il trasporto una sfida. Inoltre, la forma richiedeva una strategia di stampa non planare con il corrispondente orientamento della testina di stampa. In breve, la risoluzione di un problema importante ha creato una serie di nuove sfide, tutte risolte sistematicamente."

Le strutture in calcestruzzo stampate in 3D non richiedono casseforme, il che di per sé riduce ulteriormente l’uso di materiali, poiché le casseforme tendono ad avere una durata di vita breve. Un altro problema è che le parti stampate in 3D agiscono solo tramite compressione, eliminando la necessità di incorporare l’acciaio nella struttura. Questo, oltre a diventare potenzialmente più economico e con una minore impronta di carbonio, rende molto più semplice il riciclo del calcestruzzo, in caso di demolizione. Si prevede che, in futuro, la stampa includerà aggregati di calcestruzzo riciclato.