Lesezeit: 9 Minuten

Quella che fino a poco tempo sembrava fantascienza potrebbe aprire possibilità del tutto nuove per il settore edile: il processo di stampa 3D è ormai così avanzato da poter essere utilizzato per la stampa di edifici abitabili e di spazi calpestabili. Questa tecnologia è ancora in fase di sviluppo, ma è già stata utilizzata con successo in vari prototipi. In questo articolo scoprirai come è realizzata una casa costruita con stampante 3D e quali opportunità e sfide offre questa nuova tecnologia.

Differenza tra una casa stampata in 3D e una costruita con metodi convenzionali

Una casa costruita con stampante 3D presenta alcune fondamentali differenze rispetto a un edificio realizzato con metodi tradizionali:

  • La particolare estetica delle pareti è riconoscibile a prima vista, perché la posa stratificata del materiale si nota non solo in fase di stampa, ma anche nel risultato finale.
  • Anche le forme curve delle pareti possono contrassegnare questo tipo di case, a seconda dello stile in cui è costruito l’edificio.
  • Tuttavia ci sono anche particolarità di un edificio realizzato con una stampante 3D che non sono immediatamente evidenti. Ciò include, ad esempio, la possibilità di costruire una casa con stampante 3D senza la necessità di casseforme. In un edificio convenzionale le parti in calcestruzzo vengono colate in uno stampo che fornisce supporto alla massa liquida fino a quando non si asciuga e non è strutturalmente stabile. Tutto questo non è necessario con la stampa 3D del calcestruzzo: il materiale indurisce molto rapidamente e allo stesso tempo è molto resistente, quindi non è necessario utilizzare casseforme.

Velocità di costruzione

Una delle differenze più rilevanti tra la costruzione convenzionale e la tecnologia di stampa 3D per la realizzazione di edifici è la velocità di costruzione. Mentre nell’edificazione di case convenzionali i mattoni sono solitamente posizionati con sforzo fisico dai lavoratori edili, in una casa costruita con stampante 3D sono necessari solo due dipendenti addestrati per monitorare la stampante e fornire assistenza. La velocità di stampa varia a seconda del modello di stampante e varia da circa 25 centimetri a un metro al secondo. Il processo di costruzione è inoltre accelerato dal fatto che grazie alla stampa 3D diverse altre attività di installazione possono essere eseguite contemporaneamente. Queste operazioni supplementari, che normalmente vengono svolte solo al termine della realizzazione delle pareti, possono già avere inizio durante il processo di stampa. Ciò include, ad esempio, le seguenti attività:

  • Installazione di intercapedini per l’isolamento delle pareti
  • Posa delle condutture e coibentazione dei tubi
  • Installazione delle scatole per l’impianto elettrico

Per confronto: nella costruzione di un piano solitamente occorrono quattro o cinque muratori e circa una settimana di lavoro. Per completare lo stesso piano una stampante 3D richiede, invece, l’intervento di due persone e un totale di circa 20 ore nette di stampa.

Il fattore costo

Sempre grazie all’elevata velocità di stampa una casa stampata in 3D risulta essere più economica rispetto ad una casa costruita in modo tradizionale. Da un lato, ciò è dovuto al fatto che sono necessari meno lavoratori per la supervisione delle attività di costruzione. D’altra parte, i costi dei materiali sono leggermente inferiori rispetto alla costruzione convenzionale, poiché le risorse vengono pianificate in maniera efficiente con anticipo e si producono meno esuberi e rifiuti durante il processo di stampa. Tuttavia i costi per le attrezzature tecniche risultano superiori a quelli per la costruzione di pareti con metodi tradizionali. Nel complesso, una casa realizzata con una stampante 3D può permettere un risparmio di circa il 25-30% sui costi rispetto a una edificata con metodologie convenzionali.

Sicurezza

Un’altra differenza tra una casa costruita con stampante 3D e una costruita con metodi convenzionali è la sicurezza dei dipendenti. In generale, i lavoratori del settore edile sono esposti a maggiori rischi per la sicurezza. Infortuni e malattie professionali, come l’ernia del disco, sono infatti molto comuni tra i lavoratori edili. Quando si costruisce una casa con stampante 3D il rischio di subire un infortunio sul lavoro o di contrarre una malattia professionale causata da un lavoro fisico pesante è notevolmente ridotto. Questo a sua volta riduce anche i costi: il datore di lavoro deve sostenere spese inferiori per la copertura assicurativa e per il pagamento continuato del salario in caso di malattia.

Il processo di stampa 3D non è indicato soltanto per la costruzione di edifici residenziali. Con questa tecnologia si possono realizzare anche altre forme, oggetti e strutture quali, ad esempio, caminetti, ponti o progetti architettonici insoliti che finora potevano essere realizzati solo in modo molto complesso e quindi costoso.

Quali tecniche costruttive esistono per realizzare una casa con stampante 3D?

Per realizzare una casa stampata in 3D sono stati sviluppati vari processi, materiali e stampanti 3D. Le stampanti possono avere diverse dimensioni, solitamente hanno l’aspetto di una gru e vengono generalmente installate nel luogo in cui verrà edificata la casa. La stampa può avvenire anche in un altro sito produttivo: dopo che il materiale costruttivo si è indurito, i singoli elementi vengono poi trasportati nel luogo di destinazione e qui assemblati. L’aspetto in comune tra tutti i processi di stampa 3D per l’edilizia è che la macchina 3D applica il materiale a strati con lenti movimenti cumulativi.

Processo di estrusione

Il processo di estrusione o Fused Layer Modeling è attualmente il più diffuso. Per questa tecnica costruttiva viene utilizzato un calcestruzzo speciale, che ha proprietà diverse rispetto al calcestruzzo convenzionale e consente quindi un metodo di lavorazione completamente diverso.

Processo di estrusioneCaratteristiche
Caratteristiche• costruzione senza casseforme
• struttura a strati, tridimensionale
• nessuno spigolo o angolo vivo, struttura arrotondata
Vantaggi• particolare velocità di stampa
• costi ridotti
• le innovazioni o le modifiche delle proprietà di densità sono possibili in qualsiasi momento
Punti deboli• affinché i singoli strati aderiscano l’uno all’altro, devono essere pressati
• di conseguenza, si potrebbe registrare una ridotta resistenza alla flessione

Binding selettivo

Il binding selettivo si distingue in due diversi processi:

ProcessoCaratteristiche
Stampa a umido/intrusione di pasta• diversi componenti vengono applicati a strati uno sopra l’altro, per esempio arenaria su pasta cementizia
• occorre garantire un buon legame tra gli elementi per ottenere un’elevata stabilità degli strati 
Attivazione selettiva• applicazione strato per strato della miscela cemento-sabbia
• l’acqua viene spruzzata nel punto in cui il materiale deve essere consolidato (anche strato per strato)
• il materiale in eccesso viene rimosso e utilizzato per una nuova operazione di stampa (ad esempio utilizzando un apposito aspiratore)

Grazie a questi processi è possibile produrre elementi geometrici complessi e di conseguenza possono essere realizzate anche idee architettoniche sperimentali. Poiché il materiale secco non legato ha un elevato effetto di supporto, è possibile utilizzare un selective binding per creare strutture semplici con cavità. Tuttavia, questa tecnica presenta costi maggiori rispetto al processo di estrusione. Inoltre non è stato ancora chiarito in modo definitivo come possa reagire alle diverse condizioni meteorologiche.

Esempi di case stampate in 3D

Gli edifici con stampante 3D sono già stati realizzati in diversi progetti in tutto il mondo. A Calverton, New York, un’abitazione unifamiliare di circa 177 metri quadrati è stata costruita in soli otto giorni. La stampante 3D ha impiegato 48 ore di stampa, mentre il costo dei materiali si è attestato a meno di 6.000 dollari. Per farsi un’idea basti pensare che perfino le case prefabbricate richiedono solitamente diversi mesi per essere completate.

Una casa è stata stampata anche in Germania. Nel 2020 è stata costruita la prima casa stampata in 3D a Beckum, nella Renania settentrionale-Vestfalia: un’abitazione unifamiliare a due piani con circa 160 m2 di superficie abitabile. Come isolante sono stati utilizzati solo materiali sostenibili. Poiché attualmente non esistono linee guida uniformi per il processo di approvazione, l’autorità locale per le attività edili ha rilasciato al progetto pilota una licenza edilizia specifica e ha sostenuto il progetto con 200.000 euro.

In Italia sono stati realizzati prototipi di case stampate in 3D in materiale ecosostenibile con forme innovative e si attendono le prime abitazioni costruite in serie, come già avvenuto in Messico e in Olanda.

È possibile realizzare una casa stampata in 3D che sia ecosostenibile?

Il calcestruzzo non è tra i materiali più sostenibili, poiché la sua produzione rilascia una enorme quantità di CO2. D’altra parte, il processo di costruzione con il calcestruzzo speciale che viene solitamente utilizzato per la stampante 3D casa è molto più efficiente e produce meno avanzi di materiale rispetto alla costruzione di case convenzionali. Il progetto pilota a Beckum mostra che un’attenta selezione di componenti e materiali, oltre a una tecnica di costruzione efficiente, possono far risparmiare fino al 50% di CO2 rispetto alle case realizzate con modalità di costruzione convenzionali.

Una casa costruita con stampante 3D risulta particolarmente sostenibile se al posto del cemento, del vetro o della plastica vengono utilizzati materiali a basso consumo di risorse come legnami da costruzione o terra. Con il suo progetto “Tecla”, l’azienda italiana WASP ha dimostrato che un edificio può essere stampato anche solo ricorrendo a risorse disponibili localmente. Il prototipo di una casa è stato costruito nei pressi di Ravenna con 60 m3 di terra e 200 ore di stampa, senza l’utilizzo di altri materiali.

Le sfide per la stampa 3D nell’edilizia urbana

Le case stampate in 3D non presentano soltanto dei vantaggi. Quali sfide deve affrontare questa nuova tecnologia?

  • Acquisire e implementare conoscenze specialistiche: gli architetti che hanno a disposizione una stampante 3D casa hanno una maggiore libertà di progettazione e di implementazione di idee sperimentali rispetto alla costruzione convenzionale. Tuttavia, sono anche chiamati ad affrontare una sfida speciale, perché i nuovi materiali sono caratterizzati da proprietà e capacità di carico diverse rispetto al calcestruzzo convenzionale. Questo rende più complesso il lavoro per architetti e costruttori, i quali dovranno operare con valori diversi dai precedenti e prima di tutto dovranno acquisire nuove conoscenze specifiche.
  • Scetticismo nel settore: è necessario un lavoro interdisciplinare nel team già nella fase di pianificazione, poiché le decisioni devono essere prese tutte in fase iniziale e le operazioni devono essere perfettamente coordinate tra loro. C’è ancora un certo scetticismo nel settore edile riguardo all’uso della tecnologia di stampa 3D e alla relativa gestione dei nuovi dati. Tuttavia, non appena la tecnologia di stampa 3D si diffonderà ulteriormente per l’uso nell’edilizia urbana, si presume che le relative competenze si diffonderanno di conseguenza nel settore edile.
  • Situazione legale e normative vigenti: la situazione legale relativa alla tecnologia di stampa 3D per la costruzione di edifici non è attualmente regolamentata in modo uniforme, poiché non esistono ancora procedure di approvazione standardizzate, né in Italia né in Europa. In questo momento, la sfida più grande per l’industria edile è quindi stabilire norme e standard che rendano più facile per le autorità di controllo degli edifici l’emissione di certificati di idoneità.

Quale impatto potrebbe avere la tecnologia di stampa 3D sul settore delle costruzioni?

Se la tecnologia 3D si affermerà, potrà essere coinvolta in cambiamenti riguardanti il settore edilizio e immobiliare, la protezione dell’ambiente e la società nel suo complesso. Le case stampate in 3D hanno il potenziale per far emergere nuove figure professionali. Il modo in cui sono costruiti gli edifici e le modalità del lavoro quotidiano in cantiere potrebbero cambiare radicalmente. I progetti di costruzione che richiedono molto tempo e manodopera potrebbero presto diventare un ricordo del passato.

  • La stampa dell’abitazione è controllata e monitorata da un computer. Questo potrà rendere anche il settore edile più attraente per le nuove generazioni. Mentre la forza muscolare e la resistenza fisica sono storicamente prerequisiti importanti per lavorare in un cantiere edile, la preparazione tecnica e un alto livello di competenza professionale sono fondamentali per edificare una casa con stampante 3D. Potrebbero emergere nuovi profili professionali nel campo dell’ingegneria e dell’architettura, mentre il rischio di infortuni durante la costruzione di abitazioni potrebbe diminuire: le nuove generazioni potranno essere nuovamente interessate al settore dell’edilizia.
  • Gli edifici potrebbero essere costruiti in modo più rapido ed economico.
  • Uno spazio abitativo economicamente accessibile creato grazie alla stampa 3D potrebbe contribuire a una maggiore giustizia sul mercato immobiliare.
  • Forme e design sperimentali nella pianificazione urbana non sarebbero più necessariamente associati a costi elevati, ma potrebbero essere creati in modo rapido e relativamente economico.
  • La sostenibilità della tecnica di costruzione preserva le risorse e riduce le emissioni di CO2.

Domande frequenti sulle case stampate in 3D

Come viene realizzata una casa stampata in 3D?

In fase di progettazione gli oggetti 3D virtuali vengono inizialmente sviluppati utilizzando il programma CAD. I dati vengono quindi tradotti in formato STL e inviati alla stampante 3D per la produzione. La stampante può essere installata in loco ed è in grado di realizzare anche forme architettoniche complesse applicando il materiale a strati.

Quale materiale viene impiegato per la stampa di una casa in 3D?

Solitamente per una casa costruita con stampante 3D si utilizza un calcestruzzo appositamente sviluppato e costituito da sabbia, cemento, acqua e altri componenti. Tale calcestruzzo speciale può essere miscelato con vari additivi come, ad esempio, materie plastiche (termoplastica, elastomeri), metalli pregiati (titanio, acciaio inossidabile, acciaio per utensili, leghe), legno e fibre, che arricchiscono la costruzione con le rispettive proprietà. Attualmente, si sta studiando anche l’uso di materiali ecocompatibili e a basso impatto ambientale.

Quali proprietà deve avere il calcestruzzo speciale per la stampante 3D casa?

Il calcestruzzo per le case stampate in 3D deve avere proprietà del tutto diverse rispetto al calcestruzzo convenzionale:
• Deve poter indurire rapidamente ed essere stabile nella forma, in modo da poter applicare rapidamente lo strato successivo.
• Allo stesso tempo, il calcestruzzo deve essere sufficientemente flessibile in modo che lo strato superiore possa aderire allo strato inferiore, creando una parete solida.
• Il calcestruzzo speciale non deve bloccare l’ugello sulla testina della stampante.
• Il materiale deve essere adattato al rispettivo modello di stampante, in modo che le operazioni di stampa 3D procedano senza intoppi.

Quali opportunità offre la stampa di case in 3D?

Il processo di stampa 3D potrebbe essere utilizzato in futuro per creare spazi abitativi in modo rapido ed economico e la carenza di alloggi nei centri urbani potrebbe essere ridotta. L’uso nell’edilizia sociale potrebbe offrire alle persone a basso reddito una prospettiva su alloggi a prezzi accessibili e ridurre il numero dei senzatetto. Con la tecnologia, gli architetti sono in grado di realizzare progetti innovativi e costruzioni architettoniche sperimentali, in modo da diversificare e modificare il paesaggio urbano convenzionale.

Quali difficoltà e quali sfide presenta la stampa di case in 3D?

Attualmente non esiste un quadro giuridico uniforme a livello internazionale per i permessi di edificazione di una casa costruita con stampante 3D. Gli standard per l’utilizzo di questa tecnologia devono essere ancora stabiliti. C’è ancora un relativo scetticismo nel settore edile e in molti casi è necessario per prima cosa acquisire le indispensabili conoscenze specialistiche. Inoltre, la tecnologia viene costantemente sviluppata e migliorata e la ricerca sui materiali e sui processi si trova ancora in una fase molto dinamica.

Fonte dell’immagine:
© gettyimages.de
Yuri_Arcus, Jirakojpraditcharoenkul, Izusek