Come possiamo costruire in modo più economico e veloce?
L'ingegnere Chuck Hull ha inventato la prima stampante 3D nel 1984.
Che cos'è effettivamente una stampa 3D?
È un processo di stampa additivo per prodotti tridimensionali. Il componente viene pianificato in un programma CAD, quindi le informazioni vengono inviate alla stampante. Quindi, l'oggetto viene stampato in singoli livelli. Questa metodologia è interessante per la produzione di prototipi, modelli, strumenti e parti prefabbricate.
Contrariamente ai processi convenzionali, non sono più necessari stampi complessi o cambi di stampo. Molte fasi di lavoro sono omesse. Sono possibili geometrie complicate e può essere prodotto in serie. Nel complesso, questi vantaggi portano a una produzione più efficiente dal punto di vista energetico.
Questa innovazione consente molti approcci interessanti. Oltre a lavorare con plastica e metalli, possono essere utilizzate anche argille, cere o resine.
Un buon esempio è un aereo. Un peso maggiore significa più cherosene. Tuttavia, con la stampa 3D, le strutture curve possono essere prodotte molto più facilmente. La stampa 3D è applicabile anche in medicina, ad esempio per le singole protesi. L'industria arriva addirittura a stampare carne a base di proteine vegetali con la consistenza masticabile della vera carne.
La produzione in loco è un passo importante nella stampa 3D. Ciò consente di risparmiare lunghe distanze perché vengono trasmesse solo le informazioni digitali.
La stampa 3D può essere utilizzata anche nel settore edile? Questo rivoluzionerà la costruzione?
Nel settore edile, la stampa 3D è ancora agli inizi. Non è ancora possibile prevedere come si svilupperà questa tendenza in futuro.
Esistono già alternative più sostenibili al calcestruzzo, come l'argilla o il terriccio. Nella stampa 3D, il calcestruzzo per lo più liquido viene accumulato a strati. Puoi immaginarla come una torta alla crema, con il pulsante come una sac à poche. Ci sono già alcuni progetti nel settore edile che sono stati creati utilizzando una stampante 3D. I paesi pionieri sono la Cina, gli Emirati Arabi Uniti (Dubai) e gli Stati Uniti.
In Germania non ci sono ancora norme e standard per la stampa 3D e quindi pochi edifici stampati. Tuttavia, l'Università tecnica di Monaco ha studiato questa innovazione per anni. Pertanto, in Germania è stata rilasciata una licenza edilizia per due edifici stampati a più piani.
La prima casa unifamiliare a due piani è stata costruita a Beckum, nella Renania settentrionale-Vestfalia. In totale, sono necessarie 100 ore di stampa.
A Wallenhausen, in Baviera, il primo condominio di tre piani per un totale di 380 m² di spazio vitale è stato costruito. Gli esperti hanno sviluppato calcestruzzo utilizzato esclusivamente per la stampa 3D.
La composizione è una sfida importante qui. Le aziende continuano a mantenere segreta la ricetta. Il calcestruzzo deve soddisfare alcuni requisiti: Da un lato, come calcestruzzo fresco, dovrebbe essere pompabile. Deve avere una buona forma per poter essere convogliata attraverso l'apertura dell'ugello. Si dice che la composizione si stabilizzi rapidamente in modo che la costruzione non si rompa quando viene applicato un nuovo strato al cordone. D'altra parte, il calcestruzzo non deve indurire troppo rapidamente, perché altrimenti non c'è legame con gli strati inferiori.
Non appena è stata trovata la giusta composizione per il calcestruzzo, una stampante 3D viene avvitata a una fondazione. L'azienda Peri ha assunto questo compito e ha sviluppato una stampante. È un sistema a portale con vari moduli che possono essere impostati individualmente. La velocità massima è di un metro al secondo. Tuttavia, affinché il lavoro manuale possa essere eseguito contemporaneamente, la stampa viene eseguita solo a 25 centimetri al secondo, motivo per cui sono necessari circa cinque minuti per un metro quadrato.
I lavori aggiuntivi sono, ad esempio, le aperture delle finestre o l'elettronica, come le prese. Quindi, non ci sono pareti continue stampate, ad esempio, con una larghezza uniforme di 24 centimetri, ma due pareti singole con una larghezza da tre a dieci centimetri che formano un muro cavo. L'interno non è completamente riempito di calcestruzzo, ma integrato con un materiale isolante. È'più leggero e utilizza meno materiale.
La stampa 3D rivoluzionerà il settore edile?
In teoria, ci sono molti vantaggi nell'usare la stampa 3D nel settore edile.
La stampa 3D contrasterebbe la carenza di lavoratori qualificati perché sono necessari molti meno lavoratori qualificati. C'è meno spreco, perché viene utilizzato solo il materiale veramente necessario. Ogni ritaglio è pianificato fin dall'inizio.
È interessante notare che è anche possibile utilizzare prodotti riciclati. In Italia, c'è l'azienda . Invece del cemento, qui viene utilizzato il fango naturale. I prodotti di scarto della produzione di riso sono usati come additivi. Ad Amsterdam, c'è stata l'idea di stampare una casa sul canale fatta di bioplastica. In generale, la stampa 3D riduce anche il consumo di energia, perché molte vie di trasporto sono omesse, ad esempio materie prime e manodopera.
È possibile applicare singole geometrie. Le tecnologie convenzionali non possono essere programmate in questo modo perché non sono necessarie casseforme. Pertanto, gli architetti hanno più opzioni per esprimersi.
Ma la stampa 3D è possibile?
Tuttavia, gli ostacoli di questa tecnologia predominano ancora. Le persone devono ancora accettare le case stampate in 3D. Sembrano molto speciali, con le creste sulle pareti. Ciò richiederà probabilmente del tempo se si considerano altre tendenze come la costruzione di prefabbricati.
La tecnologia a volte raggiunge i suoi limiti poiché solo alcuni materiali possono essere utilizzati. Negli Stati Uniti, è pubblicizzato per produrre le case entro 24 ore. Tuttavia, ciò riguarda solo le pareti e non le altre installazioni, come B. lavori interni. Inoltre, è necessario del tempo per impostare e calibrare la stampante.
Le stampanti 3D sarebbero vantaggiose nelle aree di crisi. Dopo i disastri naturali, la ricostruzione potrebbe essere più rapida ed economica. L'idea è anche che i materiali da costruzione in loco potrebbero essere più veloci ed economici nei paesi in via di sviluppo. Nei paesi con guerra nelle vicinanze, nuovi edifici potrebbero essere costruiti rapidamente in modo che le persone non debbano fuggire lontano e possano rimanere nella loro terra d'origine.
Tuttavia, ci sono anche altri ostacoli. Come deve essere trasportata una stampante 3D? I materiali giusti sono disponibili in loco?
Un altro problema è che è possibile creare solo componenti strutturali verticali o elementi di supporto finora soggetti a compressione. Ovunque si verifichino forze di flessione o trazione, diventa difficile stampare i componenti.
La stampa 3D è davvero sostenibile come pensano i sostenitori? Durante la stampa, lo scarto è ridotto al minimo, perché è possibile calcolare esattamente ciò che è necessario. Tuttavia, è necessario molto più cemento per la pressione speciale, la cui produzione si traduce in una grande quantità di emissioni. Per fare un confronto, le emissioni nocive sono persino peggiori di quelle del traffico aereo. Nel caso del calcestruzzo 3D, viene utilizzata circa il doppio di cemento rispetto alle lastre convenzionali.
Risultante
In futuro, sarà impossibile rinunciare al calcestruzzo. Grandi fondazioni e ponti, ad esempio, dovranno utilizzare questo materiale resistente per un tempo ancora più lungo. I vantaggi della stampa 3D sono comprensibili in teoria, ma non sufficientemente provati.
Naturalmente, può essere utilizzato per far avanzare la digitalizzazione nel settore edile. Tuttavia, se si considerano le sfide, diventa presto chiaro che questi meccanismi devono ancora essere considerati in modo critico. In futuro, i materiali da costruzione cambieranno. Per evitare la crisi climatica, è necessario utilizzare prodotti più sostenibili, come argilla e legno.
Anche l'aspetto della stampa 3D è in discussione. Certo, è una questione di opinioni, ma non è chiaro come sarà estetica la struttura tra dieci anni.
È difficile fare affermazioni affidabili, perché tutto è ancora agli inizi e i calcoli dei costi non sono ancora stati pubblicati. Semplicemente non c'è abbastanza esperienza con le case stampate.
Tuttavia, lo sviluppo continua e rimane entusiasmante. Forse in futuro in un impianto verranno stampate solo le singole parti per il cantiere. La stampa su Marte è un'innovazione particolarmente interessante. I ricercatori hanno trovato argilla che potrebbe essere utilizzata anche nella stampa 3D.
