Una casa realizzata con una stampante 3D: a molti suona come un sogno del futuro o di fantascienza. Le prime case della stampante 3D sono state assemblate in Cina sei anni fa.
La stampa 3D, una volta un simpatico espediente che potrebbe essere utilizzato per creare piccoli portachiavi, si è fatta strada. Nel frattempo, nella stampante 3D viene persino costruita un'intera casa: enormi robot di stampa 3D stanno producendo salsicce di cemento in tutto il mondo e, con l'aiuto di operai edili umani, consentono la crescita di muri di fondazione grezzi. Le prime case realizzate con elementi di stampa 3D in cemento sono state assemblate in Cina già nel 2014. Nello stesso anno, l'allora presidente degli Stati Uniti Barack Obama ha visitato la “3D Print Canal House” ad Amsterdam, un prototipo della nuova tecnologia. E a Copenaghen nel 2017, un'azienda russa e una danese hanno costruito insieme la prima casa abitata dalla stampante 3D in Europa. Il settore giovane è internazionale: negli Stati Uniti, una casa di 32 metri quadrati è stata realizzata nel 2018 dalla stampante 3D dell'azienda americana Icon ad Austin, in Texas,Titoli. Presto Icon, insieme a un'organizzazione umanitaria in America Centrale, vuole creare un villaggio con 50 case realizzate con la stampante 3D - ciascuna con una superficie di 58 metri quadrati - per chi ne ha bisogno. Icon calcola un prezzo di shell di 4.000 dollari USA. Il tempo di costruzione è corrispondentemente breve: la stampa 3D di un guscio dall'ugello di spruzzatura richiede un massimo di 24 ore.
Ma la nuova tecnologia si adatta anche a formati più grandi alla velocità della luce: in Cina, una casa enorme è stata costruita con la stampante 3D in soli 45 giorni - la villa ha una superficie di 400 metri quadrati! La stampante 3D per calcestruzzo ha svolto la maggior parte del lavoro anche lì. Le macchine robotizzate con le quali può essere applicato e modellato il calcestruzzo speciale (termine tecnico: estrusione) variano a seconda del progetto di costruzione e del fornitore.
Nuove opportunità grazie alla stampa 3D
Questo apre molte possibilità: dalla produzione di massa automatizzata di componenti semplici che vengono combinati solo per formare un edificio in cantiere, ai robot mobili che lavorano in modo autonomo in cantiere e possono persino fabbricare edifici con pareti curve o angoli arrotondati. Le macchine non sono solo veloci: abilitano elementi artistici a mano libera che sarebbero molto costosi se realizzati da mani umane. Le aperture e le cavità per i cavi possono essere facilmente integrate nelle pareti stampate.
Più sostenibilità grazie alla stampa 3D
Uno dei maggiori vantaggi della costruzione digitale: spesso utilizza meno materiale rispetto ai metodi di costruzione tradizionali e si possono utilizzare sempre più plastiche riciclabili o degradabili. Poiché, a seconda del processo e del materiale di stampa 3D, spesso non sono necessarie casseforme, si generano meno rifiuti.
E: senza casseforme e impalcature, secondo uno studio del TU di Dresda, circa il 35% dei costi di costruzione del guscio viene eliminato, oltre a velocità, sostenibilità e personalizzazione conveniente, un altro argomento per una casa realizzata con una stampante 3D. Nikita Chen-Yun-Tai, fondatrice e CEO dell'azienda americana-russa di robot di stampa 3D Apis Cor, sta già parlando del fatto che è possibile creare tutte le case in futuro, dalle piccole case alle proprietà, utilizzando una stampante 3D .
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Prototipo: In futuro, le persone bisognose ad Austin, in Texas, vivranno in queste case realizzate con stampanti 3D. Icon sta progettando, insieme alle organizzazioni non governative, di creare case economiche e interi insediamenti in tutto il mondo utilizzando stampanti 3D.
Su rotaia: "Vulcan II" può stampare su un'area fino a 185 metri quadrati. La stampante 3D si muove avanti e indietro su binari su una fondazione e applica le salsicce di cemento. Strato su strato.
Costruzione leggera: La DFAB House con la sua facciata leggera traslucida si trova nell'edificio di ricerca NEST vicino a Zurigo: un sistema di facciata flessibile con membrane e isolamento in aerogel, noto dall'Allianz Arena di Monaco.
Robot da costruzione in legno: architettura, robotica e artigiani lavorano insieme: i telai in legno sono stati prefabbricati da due robot che hanno collaborato all'ETH di Zurigo. Hanno segato le travi e le hanno posizionate con precisione nello spazio. Gli artigiani hanno avvitato le parti insieme.
Soffitto a forma libera: il soffitto della DFAB House è costituito da undici parti concave a forma libera che, ottimizzate con un software appositamente sviluppato, consentono di risparmiare circa il 60% di calcestruzzo rispetto a un soffitto in calcestruzzo convenzionale.
Nuove tecnologie di costruzione
Alcuni dei pionieri della nuova costruzione hanno già lasciato mentalmente il nostro pianeta. Con tecniche di produzione additiva, la NASA vuole creare in futuro habitat per gli astronauti, a partire da materie prime locali sulla Luna o su Marte. I primi tentativi sono già in corso.
D'altra parte, la "DFAB House" (fabbricazione digitale) vicino a Zurigo, che è stata inaugurata nel 2019 nel 2019, è ancora sulla terra, ma quasi transfrontaliera, un edificio residenziale che è stato costruito con tutta una serie di tecnologie digitali, utilizzando diversi processi che sono stati utilizzati per la prima volta dal laboratorio sono stati trasferiti ad applicazioni reali.
"A differenza dei progetti di costruzione in cui viene utilizzata una sola tecnologia digitale, come una casa realizzata con una stampante 3D, la DFAB House riunisce varie nuove tecnologie", spiega Matthias Kohler, professore di architettura e fabbricazione digitale presso l'Istituto federale svizzero di tecnologia Università di Zurigo e promotore della DFAB House.
La stretta casa a tre piani è stata integrata come unità nell'edificio di ricerca NEST (Next Evolution in Sustainable Building Technology) all'ETH di Zurigo. NEST è concepito come una piattaforma modulare a cui possono attraccare varie case, che qui vengono chiamate “unità” e che sono tutti laboratori di prova per il futuro dell'abitare. Ciò che tutte le attuali sette unità hanno in comune è che esplorano l'interazione tra persone, spazio e tecnologia.
Alimentazione elettrica
Una preoccupazione centrale è l'uso economico delle risorse, quindi tutte le case modulari sono collegate a una "spina dorsale" che fornisce acqua, calore, elettricità e Internet, valuta i dati di consumo e regola lo smaltimento. Nuove soluzioni per la smart home e l'Internet of Things sono in fase di sperimentazione, anche nella DFAB House, che ospita ospiti accademici: dispositivi e sistemi costruttivi sono collegati in rete e capaci di apprendere, il che dovrebbe garantire comfort abitativo, ma soprattutto la massima efficienza energetica possibile. Un progetto faro per la costruzione e l'abitare di domani.
Molti architetti, ingegneri e artigiani hanno lavorato insieme per raggiungere questo obiettivo. Solo in DFAB House partecipano otto diverse cattedre dell'ETH di Zurigo, istituti, partner industriali e progettisti di oltre 30 aziende.
Lavoro di squadra
"Il profilo professionale di architetti, progettisti e artigiani cambierà", è certo Matthias Kohler. DFAB House mostra come potrebbe apparire: anche i robot e gli artigiani umani lavorano a stretto contatto qui. Per un muro portante elegantemente curvo, un robot, un "Fabbricante" mobile, ha prima eretto in loco una struttura in rete metallica, che fungeva da rinforzo e cassaforma. Con l'aiuto dei suoi sensori, il robot alto 2 metri si muove autonomamente sui bruchi. La struttura a traliccio è stata riempita con cemento speciale dai lavoratori e l'estremità del muro è stata levigata a mano.
Una coperta dalla stampante 3D
Con il processo “Smart Slab” è inoltre possibile creare strutture in calcestruzzo singole e complesse. Ad esempio, un solaio leggero, per il quale un'enorme stampante 3D a sabbia ha prodotto elementi di sagomatura che sono stati colati con cemento fibrorinforzato. Anche i robot hanno svolto un ruolo importante nella costruzione in legno della DFAB House: due macchine cooperanti avevano prefabbricato la costruzione in legno portante dei piani superiori nel “Robotic Fabrication Lab” dell'ETH di Zurigo. Un robot ha preso un elemento per il soffitto con travi di legno e lo ha tenuto mentre un secondo l'ha visto per adattarsi. Quindi il secondo braccio robotico ha praticato dei fori per collegare le travi. Infine, entrambi i robot hanno posizionato la struttura della trave nella precisa disposizione spaziale. Con tali aiutanti il falegname ha molto tempo,per guardare in pace e controllare la qualità del lavoro. Fino a quando non riuscirà a mettere insieme tutto insieme.
Da manipolatori su larga scala e robot da costruzione mobili
I robot da costruzione mobili sono più piccoli dei manipolatori su larga scala, ma possono svolgere anche altri lavori.
Per il guscio di una casa dalla stampante 3D, gli architetti devono prima progettarlo sul computer utilizzando un software di architettura 3D (CAD). Questi dati CAD sono la base per i dati di controllo che vengono trasferiti alla stampante 3D.
Una stampante 3D per calcestruzzo è spesso un robot industriale che ha un ugello a pressione montato sul braccio come strumento, con il quale preme le salsicce di cemento larghe da 50 a 70 millimetri - tallone su tallone.
Altri operai edili di robot, chiamati robot a portale, sono più alti della costruzione prevista (simile a una gru per container). Sono fissi o si muovono su binari di guida e possono produrre l'intero guscio di una casa dalla stampante 3D in un unico pezzo. Questi manipolatori di grandi dimensioni sono talvolta alti più di 10 metri e lunghi e larghi diversi metri. Al contrario, i robot da costruzione mobili, montati su bruchi o su camion, sembrano piuttosto piccoli. Per questo, alcuni possono anche posare i mattoni in modo autonomo utilizzando un lungo braccio di estensione.
Come miscela di materiali da costruzione vengono utilizzati calcestruzzo normale, calcestruzzo speciale a rapido indurimento o plastica. Trovare la migliore combinazione per la stampa 3D del calcestruzzo è una sfida chiave.
