Stampa 3D in edilizia, la nuova sfida nell’era della digitalizzazione

Digitalizzazione e automazione, i settori principali

 I settori che oggi possono già vantare l’integrazione di alcune delle più moderne tecnologie con le tradizionali tecniche produttive sono, infatti, molteplici: dall’ortopedia, all’odontoiatria, fino al design di interni.
In quest’ottica l’industria edilizia in tutto il mondo, sebbene fortemente radicata alla tradizione, sta gradualmente aprendosi all’innovazione e, in particolare, alla digitalizzazione. Il paradigma industriale di questa nuova era si fonda infatti sui concetti di interoperabilità dei dati, integrazione delle competenze e connessione in tempo reale tra i vari attori coinvolti nel processo produttivo.
A tal proposito, uno degli strumenti maggiormente discussi di recente è il BIM (Building Information Modeling), che consente di integrare contestualmente informazioni tecniche di natura ingegneristica, economica e manageriale, nelle fasi di progettazione e realizzazione di un’opera. Oltre al BIM, la stampa 3D è un ulteriore strumento di digitalizzazione che ha attirato ultimamente molta attenzione, pur rappresentando una tecnologia per certi versi ancora immatura.

In principio, le stampanti 3D erano limitate innanzitutto dalla scelta del materiale che poteva adoperarsi per la produzione di componenti di qualsivoglia natura, principalmente plastiche, resine e ceramiche. L’inesorabile processo di evoluzione tecnologica è però oggi in grado di bypassare tale ostacolo, consentendo la stampa diretta anche dei materiali tradizionali adoperati nell’industria edilizia, quali argille, calcestruzzi e finanche acciaio.
Numerosi sono i vantaggi della tecnologia di stampa 3D, che possono enumerarsi. Coerentemente con le moderne tematiche di risparmio energetico e sostenibilità nel settore delle costruzioni, la stampa 3D ha il potenziale di incentivare sostanzialmente l’ottimizzazione nella gestione delle risorse e di ridurre tempi e costi di produzione, nonché gli sprechi di materie prime.
Stampare in 3D componenti strutturali e non strutturali consentirebbe la produzione diretta in sito, oltre che la produzione di pezzi unici, realizzati per la specifica fornitura. Ciononostante, i più conservatori sono ancora scettici riguardo al potenziale di applicazione della tecnologia, soprattutto alla larga scala. Eppure la grande libertà di forma garantita da tale tecnologia consente già la produzione di alcuni componenti, con particolari caratteristiche di design e finitura.

I limiti di applicabilità

Sebbene la tecnologia di stampa 3D si presenti così promettente, sono ancora numerosi i limiti di applicabilità nel settore delle costruzioni.
Come storicamente già verificatosi con l’introduzione di altre tecnologie innovative, il processo di integrazione con gli approcci tradizionali, risulta problematico per via dell’assenza di standard condivisi e di strumenti di certificazione dedicati.
In aggiunta, da un punto di vista prettamente tecnico, un’ulteriore problematica riguarda la verifica delle performance degli elementi, che non potrebbe garantirsi con la medesima e comprovata affidabilità delle prove convenzionali, tipicamente eseguite nell’industria edilizia.
Se da un lato dunque la produzione di componenti edilizi mediante stampanti 3D abbia il potenziale di garantire maggiore celerità nella realizzazione, d’altro canto essa pone un importante limite alla tracciabilità ed all’esecuzione dei controlli di qualità, essendo la stampa 3D uno strumento non contemplato dalle attuali regolamentazioni.
Dal punto di vista del costo del lavoro, invece, l’utilizzo di sistemi moderni automatizzati come robot e stampanti 3D consentirebbe di abbattere i costi della manodopera. Dualmente, però, data la sostanziale innovazione introdotta da tali tecnologie, ciò risulterebbe in un aumento delle soft skill richieste nel processo produttivo.
Proprio perché sono ancora molteplici gli interrogativi riguardo l’effettivo utilizzo della stampante 3D, essa costituisce oggi oggetto di studi approfonditi anche in ambito accademico. Numerosi gruppi di ricerca, infatti, distribuiti sul territorio europeo e mondiale, stanno sviluppando campagne sperimentali incentrate proprio sui potenziali usi e sulle performance delle stampanti 3D in edilizia. Francia, UK, USA, ed anche in Italia.
L’interesse della comunità scientifica è confermato dalle attività dell’associazione tecnica internazionale RILEM, che dal 2016 è impegnata nel progetto “Digital Fabrication with cement-based materials”, nell’ambito del quale sono investigate e sperimentate le applicazioni in edilizia con stampanti 3D, con focus su materiali cementizi ed intonaci. In particolare, le attività del RILEM sono orientate allo studio ed alla caratterizzazione meccanica dei materiali ed alla valutazione delle proprietà di compatibilità degli stessi con le varie tecnologie. Ulteriore attività riguarda, invece, i processi produttivi, le performance degli elementi prodotti e le modalità di quantificazione delle stesse, nonché la potenziale certificazione delle procedure.

Con riferimento invece alle prime iniziative sul mercato internazionale, merita sicuramente un riferimento l’azienda cinese WinSun, che promette la produzione di ben 10 moduli abitativi in un solo giorno, mediante l’utilizzo di 4 stampanti 3D. Conformemente alle stime prodotte dalla WinSun, si tratterebbe di case del valore economico di circa 5’000$, costituite da calcestruzzi a presa rapida e materiali da costruzione riciclati. La WinSun garantisce un sostanziale risparmio in termini di tempo, lavoro e materiali, con case che richiedono solo un investimento minimo in manodopera, per l’assemblaggio dei componenti.

Realizzare abitazioni a basso costo mobili e autosufficienti

L’idea alla base della startup ucraina PassivDom, invece, è quella di produrre case a basso costo, mobili e autosufficienti. Moduli abitativi stampati in 3D, che richiedono l’intervento della manodopera solo per l’installazione di serramenti ed impianti elettrici. Secondo la PassivDom, mediante l’utilizzo delle tecnologie adoperate dall’azienda, è possibile stampare case, fino a 40 m2 circa, in sole 8 ore. Sono già disponibili le prenotazioni online in Ucraina e USA, ed entro il prossimo anno PassivDom assicura il lancio sul mercato dei moduli abitativi, con costi a partire da 31’900$.

Oltre al progetto della PassivDom, è possibile contemplare anche quelli della Apis Cor (San Francisco), Dus Architects (Amsterdam) e Branch Technologies (Chattanooga), che sarebbero capaci di stampare in 3D strutture residenziali in pochi giorni o settimane.

Le proposte nel mercato mondiale della digitalizzazione sono oggi ancor più numerose e variegate. Un esempio è quello dell’architetto malesiano Haseef Rafiei, che propone il progetto di un grattacielo, che lavori come una sorta di “distributore automatico” di appartamenti stampati in 3D. Rafiei intende posizionare una stampante 3D gigante sul tetto del grattacielo, e di posizionarne poi le produzioni ai vari piani, ovvero piccoli appartamenti, mediante l’ausilio di una gru.

L’azienda israeliana Kite Bricks ha invece brevettato una innovativa tipologia di mattoni, stampati in 3D, che, secondo le stime aziendali, consentirebbe di abbattere i costi di costruzione di una struttura in misura del 50%. La Kite Bricks asserisce che i mattoni forati consentono un isolamento ottimale della struttura, l’allocamento interno di impianti, rinforzi e sistemi di connessione, nonché agevolate modalità di accesso a questi ultimi. Sono costituiti da calcestruzzo ad alta resistenza e progettati con un sistema che consente di realizzare connessioni reciproche in maniera molto semplice. Secondo la Kite Bricks, il brevetto Smart Bricks propone nuove frontiere nel settore delle “Green Construction”, con rinnovati standard di sostenibilità. Una struttura realizzata con Smart Bricks promette importanti risparmi in termini di tempo (fino all’80%) e di costo dell’energia, garantendo la realizzazione di edifici smart, ad energia zero.

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