Le strutture stampate in 3D che stanno cambiando il mondo delle costruzioni

A Venezia il 19 luglio (2021) è stato inaugurato Striatus: il primo ponte ad arco stampato in cemento 3D. Si tratta sicuramente di una delle opere più importanti della mostra biennale dell'architettura di quest'anno e trasmette un nuovo linguaggio per il calcestruzzo, che combina design innovativo, tradizione dei materiali e tecnologie progettuali e costruttive più avanzate. 

Ma questo ponte, proprio anche per la tipologia di opera, con questa sua presenza a Venezia, da sempre il luogo di rappresentazione dell'evoluzione semantica progettuale - è la testimonianza di un passaggio della stampa 3D da ricerca a realizzazione.

Le strutture stampate in 3D che stanno cambiando il mondo delle costruzioni

La stampa 3D e l'architettura a Venezia, e non solo a Venezia

Striatus è una ponte in muratura ad arco composta da blocchi di cemento stampati in 3D assemblati senza malta o rinforzo ed è un progetto del Block Research Group (BRG) dell'ETH di Zurigo e di Zaha Hadid Architects Computation and Design Group (ZHACODE), in collaborazione con incremental3D, e reso possibile da Holcim 

"Il nome 'Striatus' riflette la logica strutturale e il processo di fabbricazione del ponte." ha dichiarato Philippe Block, co-direttore del Block Research Group all'ETH di Zurigo. "Nelle strutture ad arco e a volta, il materiale è posizionato in modo tale che le forze in gioco possano lavorare insieme sugli appoggi solo a compressione. Gli sforzi si creano attraverso la geometria, utilizzando solo una frazione dei materiali utilizzati nelle tradizionali travi in calcestruzzo. Questo, inoltre, apre un un'ampia gamma di opportunità per costruire con minori resistenze in un modo più ecologico”.

La struttura in calcestruzzo non armato del ponte raggiunge la forza attraverso la sua geometria. Il calcestruzzo può essere considerato una pietra artificiale che offre le migliori prestazioni in compressione. Nelle strutture ad arco e a volta, il materiale può essere posizionato con precisione in modo che le forze possano viaggiare ai supporti in pura compressione.

Il ponte è stato inaugurato il 19 luglio 2021 all'interno della mostra "Time Space Existence" allestita durante la Biennale di Architettura di Venezia (per approfondire: Striatus: il primo ponte ad arco stampato in cemento 3D)

Questo ponte accade nell'anno in cui è stata presentata TECLA. Disegnato da Mario Cucinella Architects, ingegnerizzato e realizzato da WASP, TECLA è il primo prototipo di abitazione eco-sostenibile, interamente stampata in 3D. Per realizzarla, nulla è stato lasciato al caso: dal mix-design della miscela a base di terra cruda, alla composizione degli strati della struttura a forma di cupola, fino allo studio scrupoloso dei parametri ambientali per adattare il progetto a qualsiasi clima. (per approfondire: "Cucinella: «Ecco come con il 3D abbiamo creato una casa in terra cruda»")

Sono passati sei anni da quando demmo evidenza alla ricerca che si sta svolgendo a Napoli con il gruppo coordinato dal Prof. Mimmo Asprone con l'articolo "Stampa 3D di elementi strutturali in c.a.: tecnologia ed approccio progettuale" e sempre nello stesso periodo pubblicammo l'articolo "Ad Amsterdam un ponte in acciaio stampato in 3D" sul MX3D Bridge. E sono 4 anni da quando riprendemmo con l'articolo "The Bod - la prima casa stampata in 3D in Europa che rispetta gli EBC" una struttura in calcestruzzo stampato adibita a ufficio-hotel di circa 50 metri quadrati di superficie il cui nome "The Bod" , sono le iniziali dell'espressione "Building on demand" (Edifici a richiesta) e dalla pubblicazione dell'articolo "A MADRID un ponte pedonale stampato in 3D in cemento armato da Enrico Dini".

Nei nove anni di storia di INGENIO abbiamo parlato tantissimo di Stampa 3D per le costruzioni, e oggi, con questo passaggio alla biennale di architettura di Venezia, in cui l'evoluzione dei linguaggi si contamina con quella dei materiali e delle tecnologie, possiamo dare testimonianza di un passaggio epocale da argomento di ricerca a tecnica costruttiva.

 

La stampa 3D nelle costruzioni non è solo futuro, è già presente

Eh sì. la stampa 3D è stata a lungo pubblicizzata come la soluzione futuristica a molti problemi di costruzione, a comincaire dalla realizzazione delle case sulla Luna e su Marte. E forse con questo legarla a un paesaggio spaziale si è contribuito a tenerla lontana dal mondo concreto del reale quotidiano. 

L'evoluzione digitale dei sistemi di progettazione, la possibilità di utilizza linguaggi che rendono possibile la interoperabilità non solo tra software progettuali diversi ma anche tra software e macchine a controllo numerico (come si chiamavano meravigliosamene una volta), la storia vissuta grazie a Tekla e altri strumenti analoghi dall'industria della carpenteria metallica, l'evoluzione della robotica che diventa sempre più performante e meno costosa ... sono tutti elementi che ci portano ovviamente a pensare che la stampa 3D sia la naturale destinataria di questa transizione.

Questa evoluzione tecnologica ha dato una spinta alla sperimentazione non sono tecnica, ma anche sui materiali e, soprattutto, dell'architettura: molti architetti hanno infatti raccolto la sfida anche perchè la possibilità di poter lavorare con materiali spesso locali, a chilometro zero, e con una produzione che non mette limiti alla fantasia progettuale e che da la possibilità di creare materiali in loco, la stampa 3D è diventata oggetto di attenzione, di realizzazione fino a renderla in molti casi una tecnologia già affidabile (anche se in condizioni molto specifiche e ristrette).

 

Stampa 3D: sostenibile, economica, sicura, efficiente e innovativa

E la stampa 3D raccoglie molti vantaggi. Innanzitutto, grazie al fatto che è possibile realizzare "strutture elementari", ovvero limitare la parte costruttiva alle linee tensionali principali, è sostenibile ed economica: i materiali possono essere stampati in base alle necessità con un livello di precisione che elimina gli sprechi di materiale.

L'evoluzione della robotica la sta rendendo poi sempre più efficiente: la stampa dei materiali in loco elimina molti laboriosi processi di trasporto, stoccaggio e catena di approvvigionamento e i sistemi stanno diventando sempre più veloci. Ed è sicura, perche riduce la presenza dell'uomo nei punti più pericolosi del cantiere.

Ed è sicuramente innovativa, perchè come già detto professionisti dell'edilizia possono costruire opere che non sarebbero mai state possibili con i materiali tradizionali. E la tipologia di opere può riguardare sia edifici per aree "complesse", vedi aree in zone molto povere o isolate, ma anche per opere temporanee, in caso di catastrofe si può utilizzare per relaizzare alloggi sostenibili e infrastrutture immediate come i ponti.

Ci sono però anche dei problemi ancora da superare. Per prima cosa, è una tecnologia relativamente nuova, il che significa che deve ancora essere ottimizzata per molte delle esigenze specifiche del settore edile. E, ancora più importante, la stampa 3D è ancora non regolamentata: non si possono quindi realizzare strutture reali, a meno di approvazioni singole di ogni specifica opera da parte degli organi istituzionali che hanno questa competenza tecnica.

E anche la ricerca sui materiali ha reso disponibili un numero limitato di soluzioni.

Ma la sperimentazione continua e secondo Trimble si stima che la stampa 3D nel settore delle costruzioni si espanderà a un tasso di crescita annuo composto del 33%.

 

Le opere stampate in 3D più importanti al mondo, oggi.

Abbiamo già parlato del ponte di Enrico Dini a Madrid, di MX3D Bridge nei Paesi Bassi progettato da Joris Laarman Lab, di The BOD, di TECLA e di STRIATUS.

Ma ci sono altri esempi importanti da ricordare.

 

La prima scuola al mondo stampata in 3D

Holcim annuncia la prima scuola al mondo costruita con la stampa 3D (3DP), sviluppata con CDC Group, l'istituto finanziario per lo sviluppo del Regno Unito. La scuola è stata costruita nel distretto di Salima in Malawi (38.000 abitanti) e le sue pareti sono state stampate in sole 18 ore, rispetto a diversi giorni con materiali da costruzione convenzionali. La scuola questa settimana è stata ufficialmente trasferita alla comunità del villaggio di Kalonga nella zona di Yambe nel distretto di Salima. I bambini hanno iniziato a studiare nella loro nuova scuola il 21 giugno.

Per approfondire: "In Malawi è stata aperta la prima scuola al mondo stampata in 3D"

 

La casa a Beckum, in Germania

Costruita in Germania la prima casa stampata in 3D grazie al cemento frutto della ricerca italiana di Italcementi. Si tratta indubbiamente di una pietra miliare per il mondo delle costruzioni. Per la prima volta in Germania, un edificio residenziale viene “costruito” grazie alla tecnologia 3D printing e all’innovazione italiana. Si tratta di una casa indipendente su due piani a Beckum, nella Renania Settentrionale-Vestfalia, di circa 80 m2 di superficie abitabile per piano e composta da pareti a tre strati riempite di mescola isolante.

Per approfondire: "Italcementi: la prima casa 3D printing in Germania grazie alla ricerca italiana"

 

Villetta a schiera in calcestruzzo stampata in 3D on-site e tutta d'un pezzo

Il primo prototipo di una casa su due piani stampata in 3D si trova in Belgio. La casa di 8 metri di altezza e 90 mq di superficie sviluppati su due livelli è situata a Westerlo all'interno di un terreno di Kamp C, il Centro per la Sostenibilità e l'Innovazione nell'Edilizia.

Per approfondire: "Calcestruzzo e stampa 3D: la prima casa su due piani è stata stampata in Belgio"

 

Office of the Future - Emirati Arabi Uniti, Progettato da Gensler

Progettato per il Comitato nazionale degli Emirati Arabi Uniti come sede della Dubai Futures Foundation, questo è stato il primo edificio per uffici stampato in 3D. Realizzata con una speciale miscela di cemento, la struttura è stata creata strato per strato e l'intero processo ha richiesto solo 17 giorni per la stampa. Questo faceva parte della strategia del primo ministro Mohammed bin Rashid Al Maktoum di stampare il 25% degli edifici di Dubai entro il 2030.

 

Bagno pubblico stampato in 3D - Cina, Progettato da WinSun

Come parte dello sforzo del National Tourism Bureau cinese per "rivoluzionare i servizi igienici", WinSun ha sviluppato un intero bagno pubblico - dentro e fuori - da materiali stampati in 3D. Ora accessibile nell'area di Da Yang Mountain a Suzhou, tutto è stato stampato fuori sede nella loro fabbrica e poi trasportato sul posto dove è stato assemblato. L'installazione ha richiesto solo tre operai e una sola gru.

 

Europe Building - Paesi Bassi, Progettato da DUS Architects

Sempre ad Amsterdam, questo edificio temporaneo è stato progettato per la Presidenza dell'UE dei Paesi Bassi ed è stato realizzato per ospitare i politici durante l'evento di 6 mesi. Progettata per avere l'aspetto di un'enorme vela drappeggiata sull'edificio, la struttura è stata modellata parametricamente e prodotta localmente utilizzando una stampante 3D XXL. A conclusione dell'evento, l'edificio è stato smantellato e le parti in bioplastica sono state triturate per il riutilizzo in nuovi progetti di stampa.

 

Il ponte in cemento stampato in 3D più lungo del mondo - Cina, Progettato dal professor Xu Weiguo

Questa struttura ad arco singolo è stata creata utilizzando un sistema di stampa 3D in calcestruzzo sviluppato dalla Tsinghua University School of Architecture. L'obiettivo era integrare design digitale, efficienza dei costi, tecnologia intelligente e dinamismo architettonico all'interno della struttura larga 3,6 metri. La struttura è stata costruita con 44 unità di cemento stampate in 3D scavate ed è stata realizzata con materiali compositi contenenti calcestruzzo in fibra di polietilene. Questa struttura è iniziata come un modello in scala 1:4 per dimostrare la fattibilità dello schema prima che i materiali fossero stampati.

 

Il più grande edificio stampato in 3D del mondo - Emirati Arabi Uniti, Progettato da Apis Cor

Questo edificio a due piani è stato un enorme passo avanti per il commercio in quanto ha aumentato notevolmente la complessità delle strutture stampate in 3D. Questo progetto è stato commissionato dal governo di Dubai come prova di concetto per testare la stabilità delle strutture stampate in 3D contro l'imprevedibile clima di Dubai. Costruito dalla stessa azienda che ha stampato una casa in 24 ore, secondo quanto riferito, questo è il più grande edificio stampato in 3D fino ad oggi.

 

Quartiere residenziale sostenibile - USA, Progettato da Icon

Le case stampate in 3D ad Austin, in Texas, sono state progettate per essere realizzate in modo rapido ed economico. Queste strutture richiedono bassi costi dei materiali, bassi costi di manodopera e tempi di consegna rapidi per offrire alloggi a basso reddito alla comunità dei senzatetto. La startup Icon di Austin ha costruito sei piccole case progettate per coloro che vivono in condizioni di estrema povertà e senzatetto. Il loro programma Community First! Village è il primo quartiere al mondo stampato in 3D ed è stato concepito come un modo per utilizzare metodi di costruzione sostenibili per aiutare a ridurre il costo delle abitazioni.

 

Bike Bridge stampato in 3D - Paesi Bassi, Progettato da BAM Infra

Sempre nei Paesi Bassi un ponte ciclabile di 26 piedi. È stato progettato per attraversare un canale e rappresenta un grande passo avanti per il commercio in quanto è stata una delle prime strutture stampate in 3D realizzate in cemento armato. Costituita da 800 strati di cemento armato precompresso, la struttura ha richiesto circa tre mesi per essere completata.

 

Project Milestone - Paesi Bassi, Progettato da Houben & Van Mierlo Architecten

In collaborazione con Van Wijnen, Eindhoven University of Technology e il comune di Eindhoven, tra gli altri, nel quartiere di Bosrijk sono in fase di progettazione e realizzazione le prime case abitabili stampate in cemento 3D. Nel progetto 'Milestone' si sta realizzando un insieme di cinque case uniche. La stampa 3D del calcestruzzo, un'innovativa tecnica di costruzione industrializzata, viene utilizzata qui per creare case speciali personalizzate. Tutti i partner stanno dimostrando in modo speciale la loro forza innovativa e il Comune di Eindhoven si conferma ancora una volta un luogo speciale per l'industria manifatturiera high-tech.

 

 

Construction 3D Printing Museum: un museo stampato in 3D

Protagonista della costruzione del nuovo museo è Fab-Union, una società cinese specializzata in costruzione robotica. Fab-Union sta stampando in 3D un'enorme struttura in cemento che, secondo le fonti, ospiterà il primo Construction 3D Printing Museum.

Per saperne di più: "Construction 3D Printing Museum: incredibile, un museo stampato in 3D"


Fonti: Trimble, Archello, MIT TEchnology Review