Tesina di approfondimento - Stampa 3d il futuro dell'edilizia

STRUTTURE CURVE

Le pareti di una casa stam- produzione di dettagli decorativi e ornamentali. Questa fles-

pata in 3d possono avere sibilità consente agli architetti di esplorare design innovativi

geometrie complesse, im-

possibili da ottenere con e geometrie complesse che sarebbero altrimenti difficili da

le tecniche tradizionali. realizzare con i metodi tradizionali. La stampa 3D consente la

personalizzazione su larga scala, permettendo la creazione

di abitazioni su misura per le esigenze specifiche dei clienti.

Un altro vantaggio chiave della stampa 3D nell’edilizia è la

riduzione dei costi e dei tempi di costruzione. Eliminando

la necessità di stampi e forme tradizionali, la tecnologia

3D può ridurre notevolmente i costi di produzione e acce-

lerare il processo di costruzione. Inoltre, l’uso di materia-

li riciclabili e sostenibili può contribuire a ridurre l’impatto

ambientale delle costruzioni. Questo è anche dettato dalla

riduzione degli sprechi, in quanto i componenti vengono

MATERIALI COMPATIBILI prodotti esattamente secondo le specifiche del proget-

Molti materiali da costruzione to, senza la necessità di tagli o di lavorazioni aggiuntive.

possono essere usati nella

stampa 3D. Il calcestruzzo ri- In conclusione, l’uso della stampa 3D nell’edilizia of-

mane il materiale più comune.

Anche i materiali biobase, fre enormi potenzialità per l’innovazione e la sostenibi-

l’arcgilla, la terra o la plastica

riciclata sono compatibili con lità nel settore. Con ulteriori sviluppi tecnologici e una

questa tecnologia. maggiore collaborazione tra industria, ricerca e regola-

RIDUZIONE DELLA MANO tori, la stampa 3D potrebbe trasformare radicalmente

D’OPERA

Con la riduzione della mano d’opera in il modo in cui costruiamo e abitiamo gli spazi nel futuro.

cantiere si riducono anche i rischi e gli

incidenti sul lavoro.

RIDUZIONE DEI RIFUTI Riferimenti di lettura scientifica:

La stampa 3D utilizza solo il materiale “Stampa 3D robotizzata: valorizzazione di processi progettuali e co-

necessario, evitando così gli sprechi struttivi a Detroit” di Sara Codarin

dovuti all’eccessivo sfruttamento delle

materie prime. da Techne 25 (2023), “Enabling Roles of Technology” 3

SCUOLA AUIC

Melchionda Gabriella matr. 216994 Laboratorio di costruzione dell’architettura Sez C | A.A 2024 Prof. ssa Carol Monticelli Prof. Salvatore Viscuso

CAPITOLO 1

INTRODUZIONE

La stampa 3D rappresenta un processo di produzione industriale, noto anche

come manifattura additiva, in cui gli oggetti vengono creati aggiungendo stra-

to dopo strato il materiale, seguendo le istruzioni di un modello digitale. La paro-

la “stampa” viene intesa nel senso di “creare”, dove l’unico “stampo” è la creatività.

La stampa 3D è considerata l’evoluzione della stampa 2D perché entrambe le tecnologie

sono legate alla modellazione e alla progettazione computerizzata: nel caso della stampa 2D,

i documenti cartacei si ottengono imprimendo testi o immagini bidimensionali con inchio-

stro o laser, mentre nella stampa 3D il risultato è un vero e proprio oggetto tridimensionale.

Obiettivi, strumenti e metodi.

In questo articolo verranno esaminate le caratteristiche e le applicazioni della stampa 3D, ana-

lizzando come si è integrata nella situazione economica attuale e quali sono gli obiettivi da

raggiungere nei prossimi anni. Il primo capitolo fornisce le conoscenze di base per proseguire

nella lettura del resto del testo: partendo dal processo di produzione fino ad identificare l’im-

patto che ha avuto nel processo produttivo. Il secondo capitolo si concentra sull’applicazio-

ne della tecnologia di stampa 3D nel settore delle costruzioni descrivendo alcuni casi studio.

Il terzo capitolo affronta lo studio un pannello sandwich sperimentale, costituito da superfici

in vetro sottile, per applicazioni architettoniche di facciata o di copertura. Si valuta l’applica-

zione di un elemento costruttivo che in futuro, grazie alla continua ricerca nel settore delle

costruzioni, possa rappresentare una valida alternativa all’utilizzo del vetro comune. Si ana-

lizzeranno l’applicazione nel progetto e la modalità di fissaggio attraverso nodi costruttivi.

4 CAPITOLO 1- Introduzione

1.1 La prospettiva storica

Le origini della tecnologia per la prototipazione meccanica rapida possono essere rintracciate

nella topografia, un metodo che consisteva nell’incidere le linee di livello su determinate lastre

di plastica, ritagliarle e sovrapporle per creare un modello fisico tridimensionale del terreno.

Il primo tentativo di stampa 3D risale al 1981, quando Hideo Kodama, dell’i-

stituto di ricerca per l’innovazione chimica in Giappone, propose un siste-

ma di prototipazione rapida basato sulla fotopolimerizzazione. Questo processo

consisteva nell’indurire i fotopolimeri liquidi esponendoli a una fonte di calore per co-

struire oggetti 3D strato dopo strato, ma Kodama riuscì a brevettare la tecnologia.

Nel 1984, tre ingegneri, Chuck Hull, Alain Le Mehaute e Olivier de Witte, svilupparono

la stereolitografia, un processo che permette di creare oggetti 3D partendo da un pro-

getto digitale utilizzando la luce ultravioletta per polimerizzare la resina liquida a strati.

Hull creò i primi esempi di prototipazione rapida e del formato STL attraverso la fon-

dazione di 3DSystems e presentò il brevetto nel 1985, ottenedolo l’anno successivo.

Con la scadenza dei brevetti per il Fused Deposition Mode-

ling (FDM) nel 2009 il costo delle stampanti 3D è diminuito notevolmen-

te, rendendo questa tecnologia più accessibile alle piccole imprese e ai privati.

1.2 Il processo di produzione

Il processo di stampa 3D può essere suddiviso in diver-

se fasi, ognuna con un ruolo significativo nella creazione dell’oggetto finale.

Inizialmente si crea il modello utilizzando software di modellazione 3D, che permetto-

no di ottenere rappresentazioni matematiche o modelli tridimensionali dell’oggetto.

Il modello può essere progettato da zero o ottenuto da dati acquisiti da una scansio-

ne tridimensionale. Una volta che il modello è stato esportato nel formato STL, la sua

superficie viene scomposta in una serie di triangoli. Questa scomposizione consiste in

vettori che contengono le coordinate dei tre vertici di ciascun triangolo e la direzione

della normale alla superficie. Successivamente il modello viene inserito in un software ap-

posito, chiamato Slicer, che permette di definire tutti i parametri di stampa, successiva-

mente il file di stampa viene esportato in formato G-Code, che rappresenta una serie di

istruzioni da comunicare alla stampante. Nella fase di creazione effettiva, la stampante

legge il G-Code e inizia a depositare gli strati di materiale per costruire il modello at-

traverso una serie di sezioni orizzontali che si fonderanno per ottenere l’oggetto finale. 5

CAPITOLO 1- Introduzione

1.3 L’impatto della stampa 3D sul ciclo di vita dei prodotti

La stampa 3D è una delle tecnologie emergenti della manifattura. Definita come una di-

sruptive technology, sarà una delle tecniche che rivoluzioneranno le nostre vite nei pros-

simi 10-20 anni. La versatilità della stampa 3D le consente di avere diverse funzioni:

- Prototipazione: consiste in una fase iniziale dedicata alla realizzazione di prototipi,

che consente di effettuare verifiche estetiche e funzionali del prodotto. Questo approccio

garantisce un passaggio diretto dalla fase di design a quella di produzione eliminando i

passaggi intermedi di realizzazione di macchine e stampi, agevolando sia le tempistiche

di produzione che il costo.

- Produzione indiretta: si occupa della realizzazione degli strumenti necessari per la

produzione di altri oggetti.

- Produzione diretta: permette di ottenere forme articolate e geometricamente

difficli da realizzare con le tecniche tradizionali.

- Parti di ricambio

Ideazione Prototipazione Produzione Logistica Ricambistica

Produzione additiva Parti di ricambio

Digital Rapid Prototyping Produzione presso:

-stampi Personalizzazioni

Prototyping con stampa 3D -fabbriche locali

-utensili Presso:

-centri distribuzione

-prodotti finiti -centri distrubuzione

-clienti -clienti

Utilizzando la produzione additiva è quindi possibile ottenere un cambiamento rivoluzio-

nario nel processo produttivo, con conseguente ridefinizione dei ruoli degli attori e propo-

nendo nuovi modelli di business. Questa trasformazione offrirà sia opportunità che sfide

all’industria, consentendo produzioni flessibili e localizzate vicino agli utilizzatori. Tuttavia,

le potenziali conseguenze negative dovute alla diffusione stampa 3D rimangono incerte:

sebbene la produttività possa registrare una crescita, l’occupazione ne risentirà, richieden-

do una riconfigurazione delle competenze per adattarsi all’avanzamento della tecnologia.

6 CAPITOLO 2

L’IMPLEMENTAZIONE DELLA

STAMPA 3D NELL’EDILIZIA 7

CAPITOLO 2- L’implementazione della stampa 3D nell’edilizia

2.1 Applicazioni nel settore delle costruzioni

Negli ultimi 10 anni circa, il settore dell’edilizia ha adottato l’inclusione della tecnologia di stam-

pa 3D. Le stampanti utilizzate in questo ambito hanno dimensioni nettamente maggiori e sono

in grado di stampare strutture di grandi dimensioni, come le case, estrudendo il calcestruzzo.

Il processo di stampaggio inizia dalle fondazioni, e procede ai muri perimetrali, costruen-

doli strato dopo strato, mentre il pavimento viene trattato come unità singolare. Questo

approccio innovativo ha innescato una rivoluzione nel mondo delle costruzioni, offrendo

numerosi vantaggi, come l’ecocompatibilità grazie all’utilizzo di materiali eco-compatibili,

e la riduzione dei rifiuti rispetto ai metodi di costruzione tradizionali. Inoltre, richiede meno

manodopera portando a significative riduzioni dei costi di costruzione, ma il vantaggio

più grande è la velocità della costruzione, con la possibilità di stampare un’intera casa

in pochi giorni. Tuttavia, ci sono ancora limiti da superare, come il costo elevato della

stampante, e la necessità di installare componenti come finestre e impianti separatamen-

te, perchè la stampante costruisce solo il telaio e i muri della casa, quindi non è anco-

ra possibile costruire un’abitazione completamente funzionale usando solo le stampanti.

Gli Emirati Arabi sono uno dei primi paesi ad aver riconosciuto i vantaggi dell’architettura stam-

pata in 3D, pertanto si sono posti come obiettivo il raggiungimento del 25% di edifici stampati

a Dubai entro il 2030. Questa tecnica si sta sviluppando anche in Europa e negli Stati Uniti.

Attualmente in Italia non esis