Nei cantieri il grande ritorno della stampa in 3D

La stampa 3D è stata annunciata anni fa come la nuova tecnica innovativa, la costruzione additiva sembrava rimasta a livello di prototipi. serve per realizzare data center e social housing.

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Se ne era parlato anni fa come una nuova frontiera dell’edilizia. Poi, però, la tecnica della stampa in 3D applicata ai cantieri era un po’ scomparsa dai radar. Ma in realtà l’idea di progettare con un software e poi letteralmente stampare le pareti di un edificio non è scomparsa.

Come in tutte le idee di avanguardia, la stampa 3D, o costruzione additiva, aveva solo bisogno di maturare e affinarsi. Così, a macchia di leopardo, le costruzioni realizzate con un sistema di printing applicato all’edilizia sono proseguite. E con esempi di rilievo.

Esempio tedesco

L’ultima applicazione di rilievo, per esempio, si trova ad Heidelberg, città tedesca nel land del Baden-Württem berg, dove è stato realizzato il più grande edificio stampato in 3D in Europa. Si tratta del Wavehouse, data center destinato a ospitare server e apparecchiature hi-tech: il centro offrirà 500 kW di potenza e conterrà un centinaio di rack.

È anche il primo del suo genere nei settori industriale e dei data center a livello globale. Non si tratta, quindi, dell’ennesimo prototipo di edificio realizzato a dimostrazione di una tecnologia, ma di un luogo deputato a una funzione delicata e quanto mai centrale. Il vantaggio?

La costruzione di questo progetto rivoluzionario è iniziata il 31 marzo 2023 ed è stata completata in tempo record, perlomeno per quanto riguarda la parte strutturale:

l’impresa Peri 3D Construction ha impiegato circa 140 ore per completare l’edificio di quasi 600 metri quadrati utilizzando una stampante 3D Bod2 prodotta da Cobod.

Inoltre, ha utilizzato solo materiali riciclati al 100% per realizzare l’equivalente di 4 metri quadrati all’ora. Il progetto è stato affidato ai progettisti di Ssv Architekten e Mense-Korte, che hanno dedicato molta attenzione al design del muro realizzato con la tecnica additiva.

Effetto green

Secondo l’impresa che ha realizzato l’opera, l’edificio è stato basato sulla progettazione parametrica e lo speciale design delle pareti utilizzato nell’edificio documenta la libertà di ideazione consentita dalla stampante 3D.

La struttura finale è lunga circa 54 metri, larga 11 metri e alta 9 metri: dimensioni che la collocano nel Guinness dei primati della categoria, perlomeno in ambito europeo.

Tra i vantaggi elencati del progetto Heidleberg, accanto alla velocità di esecuzione, c’è anche l’aspetto della sostenibilità: a differenza dei tradizionali edifici in cemento, è stato calcolato che le emissioni di carbonio sono ridotte del 55%, a testimonianza dell’essenza sostenibile dell’architettura basata sulla stampa 3D.

Heidelberg Materials ha fornito circa 333 tonnellate di i.tech 3D N per il progetto, un materiale sviluppato appositamente per la stampa del calcestruzzo e riciclabile al 100%.

La stampa 3D scende in pista

Da segnalare che Heidelberg Materials non è l’unico gruppo sceso in campo nella competizione del 3D: anche Saint-Gobain, per esempio, punta sulla costruzione additiva attraverso la sua controllata Weber Beamix.

Tanto l’impresa Peri 3D Construction ha impiegato circa 140 ore per completare l’edificio di quasi 600 metri quadrati utilizzando una stampante 3D Bod2 prodotta da Cobod.

Inoltre, ha utilizzato solo materiali riciclati al 100% per realizzare l’equivalente di 4 metri quadrati all’ora. Il progetto è stato affidato ai progettisti di Ssv Architekten e Mense-Korte, che hanno dedicato molta attenzione al design del muro realizzato con la tecnica additiva.

Effetto green

Secondo l’impresa che ha realizzato l’opera, l’edificio è stato basato sulla progettazione parametrica e lo speciale design delle pareti utilizzato nell’edificio documenta la libertà di ideazione consentita dalla stampante 3D.

La struttura finale è lunga circa 54 metri, larga 11 metri e alta 9 metri: dimensioni che la collocano nel Guinness dei primati della categoria, perlomeno in ambito europeo. Tra i vantaggi elencati del progetto Heidleberg, accanto alla velocità di esecuzione, c’è anche l’aspetto della sostenibilità: a differenza dei tradizionali edifici in cemento, è stato che secondo alcuni si profila una sfida sulla tecnologia vincente.

Il Gruppo Peri che ha completato l’edificio ad Heidelberg, per esempio, ha investito su Cobod, che si definisce leader mondiale nelle soluzioni di stampa 3D per le costruzioni e ha fornito il sistema utilizzato per il data center.

Ma la stessa Peri Group, assieme al gruppo svizzero Sika, ha sostenuto anche un’altra startup di stampa 3D per l’edilizia, Mesh, che utilizza una tecnologia complementare a quella di Cobod.

Mesh, per esempio, può stampare in 3D rinforzi in acciaio, come quelli realizzati con le macchine Cobod. Agli sviluppi del 3D, inoltre, stanno pensando anche colossi come Holcim e Cemex.

I campi di impiego

Anche perché il sistema di costruzione additiva sembra un business pronto a decollare. EdgeCloudLink, una società americana specializzata in costruzione di data center modulari, prevede di realizzare edifici off-grid alimentati a idrogeno, realizzati utilizzando la stampa 3D.

Il mercato per la costruzione di data center, in effetti, è enorme: alcuni analisti prevedono una crescita del 7%, con un giro d’affari di 270 miliardi di dollari nel 2024.

Il mondo ha fame di factory zeppe di server a causa dell’uso di tecnologie come l’intelligenza artificiale e il cloud computing.

E per stare al passo con la domanda, i costruttori probabilmente si rivolgeranno sempre più alla costruzione additiva come mezzo per costruire queste strutture più rapidamente, vista la capacità della stampa 3D di realizzare strutture in grado di soddisfare i requisiti dei data center in termini di raffreddamento e strutture strutturali.

Senza contare che c’è chi prevede un futuro delle costruzioni 3D per progetti infrastrutturali destinati per esempio a ferrovie o produzione di energia.

La casa bio

In ogni caso, i progetti per l’utilizzo della stampa 3D in ambito residenziale non sono stati abbandonati. Anzi, esistono esempi di utilizzo di questo nuovo modo di costruire che seguono strade completamente diverse e puntano sulla sostenibilità.

Negli Usa un esempio è quello realizzato da Mark Wiesendanger, direttore dello sviluppo presso MaineHousing, autorità finanziaria senza scopo di lucro per l’edilizia abitativa, assieme all’Università del Maine.

Wiesendanger è stato ispirato, racconta, da una grande barca realizzata con la tecnologia additiva. Così ha deciso di contattare il progettista con l’idea di applicare la tecnologia per creare case sostenibili e a basso costo.

La rivelazione all’ingegnere progettista della barca, Habib Dagher, è arrivata con la considerazione che sette cartiere nel Maine avevano chiuso: in zona c’era quindi un’abbondanza di scarti di legno locali in attesa di essere utilizzati.

Lui e il suo team hanno visto l’opportunità di trasformare i rifiuti in un materiale da costruzione stampabile in 3D, che prevedeva l’aggiunta di un legante bioplastico ricavato dal mais con la miscela necessaria per tenere insieme la segatura.

Non solo: le dimensioni del progetto hanno richiesto la costruzione della più grande stampante 3D per polimeri del mondo, lunga 18,3 metri.

È stato quindi realizzato il primo prototipo di una piccola casa stampata in 3D con soggiorno, camera da letto, cucina e bagno. Le superfici sono state realizzate con biomateriale stratificato di segatura, che dà l’impressione del legno massello.

Molto diversa, insomma, dalle case stampate realizzate in cemento, che tendono a essere più squadrate e grigie. Risultato: ci sono volute circa tre settimane per completare la cosiddetta BioHome, stampata in quattro moduli e riassemblata sul posto in circa mezza giornata.

Il prototipo è sopravvissuto a un anno di condizioni meteorologiche estreme nel nord degli Stati Uniti, con freddo a -42,7 gradi, neve abbondante, tempeste di vento e forti piogge.

Con la stampante il Composites Center che ha realizzato il prototipo potrebbe teoricamente stampare una casa entro circa 48 ore.

Il costo commerciale previsto per l’abitazione stampata è pari a circa 37 mila euro, poiché la segatura e la bioplastica sono relativamente economiche.

Inoltre, anche l’impronta di carbonio della costruzione della BioHome è inferiore di circa il 30% rispetto a una casa costruita in modo tradizionale, secondo il progettista.

Resta un ultimo gradino da superare: il finanziamento per replicare in serie l’abitazione, che dovrebbe servire a fronteggiare l’emergenza abitativa dello Stato americano.
Un progetto interessante, insomma, ma non è la strada più battuta.

Due piani più uno

Ancora in Germania, per esempio, la costruzione additiva è servita per il primo progetto di social housing. Anche in questo caso il primo condominio stampato in 3D utilizzerà il tradizionale cemento e un sistema 3D Cobod. L’edificio sarà costruito nella città di Lünen, Nord Reno-Westfalia.

Il progetto prevede un edificio composto da tre piani, ciascuno dei quali ospiterà due appartamenti in affitto sovvenzionati dal governo locale.

I sei appartamenti varieranno da 61 metri quadrati a 81. Strutturalmente, sarà un po’ più complesso della maggior parte degli edifici stampati in 3D. I primi due piani saranno realizzati utilizzando con la stampante Cobod Bod 2.

La macchina eseguirà i suoi lavori di costruzione in loco estrudendo a strati una miscela simile al cemento da un ugello azionato da robot. Sarà costruito così l’involucro strutturale dei primi due piani.

L’intero processo di stampa richiederà un centinaio di ore. Il terzo piano, invece, sarà realizzato in legno da costruttori umani.

L’esterno dei primi due piani lascerà a vista la struttura originale in cemento stampata in 3D con il suo aspetto a coste, mentre l’ultimo piano in legno sarà rifinito con una sorta di rivestimento della facciata.

Stampa 3D nel mondo

La tecnica di costruzione additiva, in ogni caso, non è una prerogativa dei Paesi occidentali.

In India hanno realizzato così un ufficio postale, mentre in Qatar in occasione dell’Expo 2023 a Doha è stato stampato il padiglione del ministero delle Comunicazioni e della Tecnologia dell’Informazione, entrato nel Guinness World Records come la più lunga struttura indipendente in cemento costruita utilizzando la tecnologia di stampa 3D.

L’edificio è stato costruito su una superficie di 170 metri quadrati e ha un’altezza di 12,4 metri: è stato progettato sotto forma di una torre composta da dieci livelli e costruito con 75 pezzi stampati individualmente in 3D.

Antisismica

Per non parlare del team che in Guatemala ha utilizzato la tecnologia di stampa 3D per creare una piccola casa antisismica di 49 metri quadrati in sole 26 ore.

Le pareti dalla forma organica realizzate con la stampante sono state combinate con tecniche più tradizionali della regione, come un tetto fatto di foglie di palma.

«Se si guarda il disegno in pianta dell’interno, le pareti sono posizionate in modo da assomigliare alla zampa del giaguaro, animale presente nella zona», ha spiegato Mikkel Brich, amministratore delegato del gruppo 3Dcp che ha realizzato l’edificio. Anche questo, forse, è un modo per un’edilizia più vicina alla natura.

E in usa la malta-inchiostro è italiana

Non solo cemento. La stampa di edifici passa anche attraverso l’utilizzo di tecnologie costruttive miste. Ne sono un esempio le prime case stampate in 3D di Habitat for Humanity a Newport News, Virginia, Usa.

Che sono state realizzate grazie all’apporto di prodotti Mapei, che ha messo a disposizione la sua malta-inchiostro all’avanguardia, Planitop 3D, nella costruzione.

Habitat for Humanity è un’organizzazione non profit, che aiuta le comunità in tutto il mondo a costruire o migliorare le proprie abitazioni ed è la promotrice di questo progetto innovativo, realizzato in collaborazione con Alquist 3D e alimentato dalla tecnologia di stampa 3D di Black Buffalo 3D Corporation, che ha sviluppato Planitop 3D con Mapei Corporation, filiale statunitense del gruppo italiano.

Planitop 3D è una la malta-inchiostro, certificato per le sue prestazioni e adattabilità. La conformità di Planitop 3D con l’International Code Council Evaluation Service per le pareti strutturali testimonia l’attenzione particolare di Mapei alle tecnologie, per continuare a stabilire nuovi standard nel settore delle costruzioni, offrendo il suo contributo allo sviluppo di soluzioni abitative sostenibili ed efficienti.

Per aggiungere un ulteriore livello di protezione e di estetica alle abitazioni entrambe le strutture sono state rivestite con le vernici Elastocolor di Mapei.

Questi rivestimenti di qualità non solo migliorano la resistenza agli agenti atmosferici delle superfici esterne, ma consentono anche di ottenere una finitura personalizzata e di grande impatto visivo.

di Giuseppe Rossi

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