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 del 3D printing e all’innovazione italiana. Si tratta di una casa indipendente di due piani situata 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.
Il materiale ad alta tecnologia ‘i.tech 3D’ è stato sviluppato nel centro ricerca di Italcementi a Bergamo specificamente per la stampa 3D ed è adatto a un uso versatile con diversi tipi di stampanti. Nel corso della ricerca si sono unite al team di lavoro figure professionali diverse: ingegneri, chimici dei materiali, architetti e tecnici/ricercatori di laboratorio, un totale di circa 15 persone per oltre 15.000 ore di ricerca.
“Grazie alle nostre conoscenze abbiamo adattato il calcestruzzo, il tradizionale materiale da costruzione, alle possibilità offerte dalla digitalizzazione” sottolinea Enrico Borgarello, direttore Innovazione di Prodotto di Italcementi e responsabile dello sviluppo di i.tech 3D. “Questo materiale innovativo per la stampa 3D non solo offre una nuova libertà di progettazione, ma anche più varietà, dato che ogni componente può essere progettato individualmente. Non da ultimo, come è stato dimostrato a Beckum, il cemento per la stampa 3D consente un’accelerazione notevole del processo di costruzione e può, quindi, rappresentare una spinta verso l’innovazione per diverse realtà nel settore delle costruzioni”.
Aggiunge quindi Jennifer Scheydt, direttrice della divisione Engineering&Innovation di HeidelbergCement, società capogruppo di Italcementi, che ha seguito le operazioni in Germania: “Lo sviluppo di un materiale a base di cemento per la stampa 3D è una sfida notevole. Dovrebbe essere facile da pompare e da estrudere; deve inoltre sviluppare rapidamente una sufficiente capacità di sopportazione del carico, affinché gli strati inferiori non cedano sotto al carico degli strati superiori; al contempo, si deve assicurare il legame tra gli strati”.
Il materiale ad alta tecnologia ‘i.tech 3D’ utilizzato per la costruzione è stato sviluppato nel centro ricerca di Italcementi a Bergamo
Una nuova tecnica edilizia
La casa a Beckum è stata stampata da Peri, uno dei produttori principali di casseforme e di sistemi per impalcature del settore delle costruzioni. “La costruzione dell’edificio residenziale stampato in 3D a Beckum è una pietra miliare per la tecnologia di stampa 3D applicata alle costruzioni” conferma Thomas Imbacher, Innovation&Marketing director di Peri. “Siamo sicuri che nei prossimi anni la costruzione tramite stampa diventerà sempre più importante in alcuni segmenti del mercato e che avrà un notevole potenziale. In Germania sono ora in fase di elaborazione altri progetti di stampa per edifici residenziali. Siamo orgogliosi del fatto che il coinvolgimento di Peri nel progetto a Beckum ci abbia visti diventare pionieri e precursori di questa nuova tecnica edilizia”.
Lo studio di ingegneria tedesco Schießl Gehlen Sodeikat ha supportato lo sviluppo del concept per ottenere l’approvazione; la pianificazione e l’esecuzione dei relativi test per l’approvazione è stata curata dall’Università Tecnica di Monaco di Baviera. La stampante è stata invece sviluppata da Cobod, produttore danese di cui Peri detiene una quota dal 2018.
La testina di stampa si muove su un telaio fisso di metallo lungo tutti e tre gli assi ortogonali. Questo permette alla stampante di spostarsi in qualsiasi posizione all’interno della costruzione. Durante il processo di stampa la stampante tiene anche in considerazione le tubazioni e gli impianti che andranno posati successivamente, come quello per il sistema idrico o elettrico.
Nel corso dei mesi successivi, questa tecnica di costruzione completamente nuova e applicata per la prima volta in Germania ha superato agevolmente tutte le procedure di approvazione, fino alla concessione dell’approvazione finale da parte delle autorità edilizie della Renania Settentrionale-Vestfalia sulla base del singolo caso per il progetto a HeidelbergCement e a Peri stessa.
Caratteristiche della stampa 3D
Le caratteristiche della stampa 3D rendono possibile la realizzazione di progetti edilizi innovativi. La sua flessibilità offre, per esempio, maggiore libertà all’architetto e all’ideatore del progetto nel realizzare e personalizzare le proprie idee e quelle del cliente, anche quando costituite da forme complesse, e abbinando anche materiali di diversa natura. Inoltre, il concetto di flessibilità si ritrova nella facilità di gestire cantieri in zone poco servite o in centri urbani molto affollati.
Si tratta inoltre di un’alternativa sostenibile, che si affianca al tradizionale metodo impiegato per le costruzioni. Vengono infatti ridotti gli scarti di lavorazione, si possono utilizzare materiali riciclati e locali, provenienti anche dagli stessi elementi realizzati con stampa 3D; tutto avviene nel pieno rispetto dei principi dell’economia circolare. È possibile anche ridurre sensibilmente la quantità di materiale utilizzato, come per esempio viene fatto nel settore dell’automotive e aerospaziale, grazie a specifici approcci di progettazione, senza compromettere la funzionalità degli elementi strutturali.
Dal punto di vista della sicurezza, vengono ridotti i rumori e la polverosità nel cantiere, e vi sono minori sovrapposizioni delle fasi di lavorazione, quindi meno rischi per gli operai.
Il processo di stampa 3D offre maggiore accuratezza grazie al passaggio diretto delle informazioni dal progetto alle operazioni di costruzione
Anche l’accuratezza è migliore: la stampa 3D offre un diretto passaggio di informazioni dal progetto, ovvero dal modello 3D, alle operazioni di costruzione, ne consegue un’ottima realizzazione dei dettagli e la riduzione delle possibilità di errore. A questo si accompagna la rapidità, poiché il processo di costruzione con stampa 3D è più veloce e meno costoso rispetto a quello che utilizza i materiali tradizionali e dove occorre organizzare un cantiere.
Italcementi è fra i maggiori protagonisti in Italia del settore dei materiali per le costruzioni; oggi è parte di HeidelbergCement Group, noto player a livello mondiale nella fornitura verticalmente integrata di materiali per le costruzioni, con 54.000 dipendenti e più di 3.000 siti produttivi, dislocati in oltre 50 paesi.
Fonte immagini: HeidelbergCement AG/Michael Rasche