Dai ponti alle conchiglie acustiche, la stampa 3D in edilizia è ormai una realtà.

Fino a qualche tempo fa, la stampa 3D per l’edilizia era confinata al mondo del modellismo in miniatura e dei concorsi di progettazione architettonica. Quei giorni sono oramai un lontano ricordo.

A giugno, ad esempio, l’Università di Tecnologia di Eindhoven, nei Paesi Bassi, ha annunciato il lancio del Project Milestone, un piano per la stampa in 3D di una serie di case monolitiche in calcestruzzo progettate dallo studio Houben & Van Mierlo Architecten, un’iniziativa descritta dall’università come “il primo progetto al mondo di edilizia commerciale basato sulla stampa 3D”. E l’edilizia abitativa è solo uno dei segmenti di un mercato che, secondo le previsioni di un rapporto di settore, passerà da 70 milioni di dollari nel 2017 a 40 miliardi di dollari entro il 2027.

Il settore edile ha abbracciato la tecnologia della stampa 3D per realizzare forme complesse, costruire in aree pericolose o remote, ridurre gli sprechi di materiale e i costi di costruzione in cantiere, solo per citare alcuni vantaggi. Grazie al perfezionamento delle prestazioni del software e delle attrezzature per la stampa 3D, sia le imprese edili tradizionali che le startup riconoscono le potenzialità di un processo di fabbricazione in grado di dare vita a opere di architettura nel mondo reale. Ecco alcuni casi d’uso che stanno scuotendo l’industria.

Caso d’uso 1: i ponti

Per molto tempo, il dimensionamento di un progetto stampato in 3D è stato condizionato dal formato limitato della stampante. Invece l’azienda olandese MX3D (il cui motto è “We Speak Robot”, ossia “Parliamo robotese”) si avvale di robot industriali a sei assi, software proprietario e macchine saldatrici in grado di depositare, strato su strato, fili sottili di acciaio inossidabile fuso per costruire un ponte pedonale intelligente lungo oltre 12 metri che attraverserà l’Oudezijds Achterburgwal, uno dei più antichi canali di Amsterdam, scavato nel 1367.

Progettato da Joris Laarman Lab in collaborazione con Arup e con il supporto di Autodesk, ArcellorMittal, Heijmans, Lenovo e altri partner, il ponte è in fase di validazione strutturale presso l’Imperial College di Londra. “Convalidare un ponte innovativo e sperimentale come questo comporta l’adozione di un metodo completamente nuovo”, dice Tim Geurtjens, co-fondatore ed ex direttore tecnico di MX3D. “La concezione moderna ammette per definizione un approccio digitale. Si realizza un progetto, lo si prova con un pacchetto software e si appone un timbro che attesta la conformità alle norme vigenti. Ma le proprietà dei materiali impiegati per stampare le forme rimangono poco conosciute”. MX3D mira a testare la capacità di carico di un modello fisico in vari punti, come i corrimano, per apportare aggiustamenti precisi.

Il ponte è stato esposto nel corso della Settimana del Design olandese in ottobre e, se tutto procede come previsto, nel 2019 avverrà l’installazione ad Amsterdam. Una rete di sensori sul ponte, sviluppata dall’ Alan Turing Institute, ha raccolto in tempo reale i dati sulle deformazioni, le vibrazioni, gli spostamenti e i dati ambientali. L’Istituto di Amsterdam per le soluzioni metropolitane ha collegato questi dati alla rete di infrastrutture intelligenti della città. Ma, dice Geurtjens, “la stampa 3D non è solo una questione di efficienza. Noi crediamo che la gioia di vivere, il piacere estetico siano fattori molto importanti. Non esistono solo ragioni commerciali, ma anche la capacità di riuscire a fare ciò che si vuole perché è possibile”.

Caso d’uso 2: le case

Per le case stampate in 3D, le imprese di costruzione fanno a gara per accaparrarsi un superlativo: il più grande, il più veloce, il più economico, il più efficiente dal punto di vista materiale. I progetti provengono da ogni angolo del pianeta: c’è la casa spartana in calcestruzzo della società russa Apis Cor, che sostiene di aver costruito un’abitazione in sole 24 ore al costo di 10.000 dollari, e c’è il condominio di cinque piani della società cinese Winsun, realizzato con una stampante mastodontica che estrude materiale di scarto.

Uno dei progetti più affascinanti è la YRYS Concept House costruita da un gruppo di 18 partner, tra cui l’impresa edile francese Maisons France Confort e l’azienda di stampanti 3D su larga scala XtreeE. Grazie alla tecnologia di stampaggio a iniezione per pressare strati di calcestruzzo a presa rapida, XtreeE ha creato una parete forata e quattro colonne strutturali che sostengono le stanze del piano superiore.

Jean-Daniel Kuhn, co-fondatore di XtreeE, rammenta che la storia dell’architettura francese è significativamente definita dal calcestruzzo: il materiale preferito di Le Corbusier, il béton brut, che in francese significa “cemento a vista”, è alla base della corrente architettonica del Brutalismo. Invece uno dei principi guida di XtreeE è quello di ridurre drasticamente il consumo di calcestruzzo. “Il mondo è costruito con il calcestruzzo”, dice Kuhn. “La produzione di cemento, che è l’ingrediente chiave del calcestruzzo, genera l’otto per cento delle emissioni di carbonio a livello globale. Il calcestruzzo è un materiale fantastico, ma vogliamo vedere se possiamo utilizzarlo meglio: solo dove strutturalmente necessario”.

Caso d’uso 3: barriere coralline artificiali

XtreeE sta anche producendo quella che chiama “la prima barriera corallina artificiale al mondo in cemento stampata in 3D”. In collaborazione con lo studio di ingegneria navale Seaboost, XtreeE ha progettato e realizzato un sistema in calcestruzzo poroso per ripristinare un habitat ecologico perduto nel Parco Nazionale delle Calanques, nel Mar Mediterraneo, al largo della costa meridionale della Francia.

Kuhn spiega che le forme irregolari cave della barriera corallina artificiale stampata in 3D sono state modellate per incoraggiare il ritorno di specie di pesci, alghe, molluschi e popolazioni di coralli che hanno iniziato a diminuire negli anni ’70 e ’80 a causa delle emissioni di acque reflue della città di Marsiglia. La “barriera corallina” replica le sacche e le grotte del substrato calcareo originale, proteggendo le specie vulnerabili dai predatori.

Pur affermando che la stampa 3D, per molti usi, non è ancora efficiente in termini di costi, Kuhn considera le attuali riforme delle politiche governative – quali le iniziative degli Emirati Arabi Uniti vocate a stampare in 3D il 25% di tutti i nuovi edifici entro il 2030 e la Strategia Nazionale per la produzione additiva del Regno Unito – come un buon inizio per avviare le trasformazioni dei mercati. “Penso che quello che sta succedendo con la stampa 3D sia simile a quello che è successo con il BIM”, afferma Kuhn. “L’impatto sul risparmio dei materiali è così massiccio che i governi cominciano a rendersi conto delle ripercussioni positive sotto il profilo ambientale”.

Caso d’uso 4: padiglioni e conchiglie acustiche

Attraverso un processo chiamato cellular fabrication (C-Fab), la società Branch Technology, con sede nel Tennessee, teoricamente può trasformare un modello di software architettonico da qualsiasi piattaforma – Autodesk AutoCAD, Revit, Maya – in una struttura reticolare a forma libera. Queste strutture cave sono poi stampate da robot a controllo algoritmico e fungono da cassaforma per il riempimento con materiali da costruzione tradizionali. “Le modalità di costruzione sono analoghe al nostro sistema cellulare”, afferma il fondatore e CEO di Branch Technology Platt Boyd. “I componenti stampati in 3D si comportano come le pareti esterne della cellula. La forza è data dal materiale di riempimento, come avviene per il sangue e l’acqua”.

Nel giugno 2018, l’azienda ha presentato la più grande struttura stampata in 3D del mondo, una conchiglia acustica di oltre 12 metri di diametro per 6 metri di altezza: OneC1TY a Nashville. La leggera struttura in fibra di carbonio, commissionata dallo sviluppatore Cambridge di Houston e progettata e costruita in collaborazione con Thornton Tomasetti di CORE Studio, è conforme alle norme edilizie di Nashville, che richiedono una resistenza al carico ghiaccio di 2,5 cm, al carico neve di 25-30 cm e alle raffiche di vento di oltre 140 chilometri orari.

Anche se l’analisi iniziale prevedeva che le grandi campate avrebbero necessitato di sottostrutture di sostegno in acciaio, studi successivi hanno dimostrato che un progetto geometricamente curvilineo avrebbe potuto eliminare la necessità di utilizzare l’acciaio tranne che nelle fondazioni. Ciò significava che il progetto poteva rimanere entro i limiti di budget, a circa la metà del costo di una struttura simile in acciaio.

“Sono un architetto e spesso mi ritrovo a fare scatole di formine per biscotti”, confessa Boyd. “L’architettura parametrica offre prospettive davvero interessanti, ma è rimasta confinata ai rendering o è diventata esclusivo appannaggio di “Archistar” che propongono progetti con costi che vanno dai 7000 ai 13000 euro al metro quadrato. Mi entusiasma la prospettiva di poter inserire questi progetti creativi nei normali preventivi edilizi”.