Architettura stampata in 3D. Sarà una vera rivoluzione?

La stampa 3D, come processo di produzione additiva, può essere davvero rivoluzionaria per l’architettura. Lo testimoniano alcune opere come il primo ponte pedonale, in acciaio, interamente stampato in 3D ad Amsterdam, progettato da Joris Laarman, ma anche dei prototipi abitativi costruiti in Italia, in provincia di Ravenna, di Mario Cucinella Architects piuttosto che il padiglione Beyond the Geometry di un parco divertimenti a Nanchino in Cina, firmato da Archi-Union Architects.

Il primo progetto consiste in una passerella lunga 12 metri, firmata da Joris Laarman, costruita dalla società olandese di robotica MX3D con la tecnologia del Direct Metal Printing. La costruzione si è basta su un’analisi iniziale delle principali traiettorie di sollecitazione, determinando in questo modo la distribuzione più efficiente di materiale. Per fabbricarla sono stati impiegati dei bracci robotici a sei assi dotati di dispositivi di saldatura che hanno assemblato barre di acciaio inossidabile. I macchinari non hanno lavorato sul posto: il ponte è stato stampato altrove per essere poi trasportato e montato. In soli sei mesi è stato portato a termine l’intero processo di stampa. Il secondo esempio si chiama Tecla (che sta per tecnologia e argilla) ed è la prima casa stampata in 3D con la terra cruda, realizzata direttamente in loco, a Massa Lombarda, in provincia di Ravenna, nel 2018. Il progetto è stato ingegnerizzato da WASP e progettato da Mario Cucinella Architects. Parliamo di 30 mq di parete, spessa 40 cm e costituita da articolati intrecci che le conferiscono la giusta rigidezza, il tutto stampato in 200 ore. L’edificio è composto da 350 strati da 12 mm per un totale di 60 metri cubi di materiale naturale. La miscela stampata era composta per il 25 % da terra locale, per il 40% da paglia tritata, 25% da lolla di riso e il restante 10% da calce: è stato usato il 75% di materiale in meno rispetto ad un processo costruttivo tradizionale.

Un terzo esempio che racconta la rivoluzione in atto può essere il padiglione Beyond the Geometry, realizzato in Cina, a Nanchino nel 2021. Costituita da geometrie iperboliche che si estendono per 52 metri di lunghezza e 26 di larghezza, la struttura è realizzata internamente in acciaio, rivestito da oltre 4mila pannelli di plastica sagomata, stampata in 3D. Il materiale termoplastico resistente ai raggi UV è stato studiato per avere la massima ritenzione del colore e resistenza anti-invecchiamento. In questo caso per mitigare il margine di errore su larga scala sono state impiegate soluzioni matematiche, come l’ottimizzazione globale del calcolo cellulare per ridurre al minimo la carenza della stampa su progetti di così vasta portata. Non solo, è stato sviluppato un software di programmazione della stampa 3D personalizzato, FURrobot, in grado di adattarsi alla geometria unica di ciascun pannello. Grazie a questa tecnologia il progettista è in grado di modificare senza soluzione di continuità i percorsi di stampa in corso e correggere gli errori.

Le possibilità e i limiti di questa tecnologia sono stati trattati in una pubblicazione fresca di stampa: “Design Manual 3D Printing and Material Extrusion in Architecture”. Gli autori sono Kostas Grigoriadis e Guan Lee, e l’editore è DOM Publisher.

L’impatto ambientale della produzione, considerando il ciclo di vita delle opere, gioca un ruolo importante nelle emissioni totali del processo e la tecnologia della stampa 3D può contribuire al taglio dei gas climalteranti, perché riduce gli sprechi di energia e materiali, oltre a rendere quasi nulli i trasporti.

Più nel dettaglio, il procedimento di stampa additiva in sé ha un’impronta di carbonio molto più bassa rispetto ai processi sottrattivi, perché ha scarti minori, visto che le forme delle parti fabbricate non sono ottenute attraverso la rimozione del materiale.

Inoltre, le strutture stampate sono cave e ciò comporta un ulteriore risparmio di componenti essenziali nel settore delle costruzioni. In più, questa flessibilità e precisione nella realizzazione dei diversi componenti costruttivi, dovuta alla stampa diretta, concede ai progettisti maggiore libertà e creatività in fase di ideazione delle forme. Come, infatti, commenta Romain Duballet, uno dei co-fondatori dell’azienda francese XtreeE, leader nella produzione di macchinari per la stampa 3d in larga scala «con una maggiore padronanza delle geometrie, possiamo costruire forme nuove e ottimizzate».

La stampa 3D consente, quindi, la realizzazione di modelli architettonici complessi che sarebbero difficili da realizzare con i metodi tradizionali come dimostra l’utilizzo della stampa 3D polimerica nel caso di HiResSLAB in Svizzera, un’abitazione ad alte prestazioni e a basso consumo energetico ideata per dimostrare le potenzialità di una costruzione leggera. In questo caso, la tecnologia del binder jetting, che consiste nello spruzzare un legante liquido su un letto di polvere solidificando la sezione trasversale del pezzo, ha permesso di produrre oggetti molto più sottili rispetto ad un processo di produzione tradizionale, risultando in condotti robusti spessi solo pochi millimetri.

Il materiale che può essere stampato più facilmente è sicuramente la plastica ma nel settore dell’edilizia la ricerca sta facendo il suo corso considerando anche cemento o acciaio, ma anche risorse naturali come l’argilla o la terra che possono essere estruse allo stato liquido e poi indurite nella loro forma finale. Ciò consente la modellazione di geometrie complesse, strutture, superfici ed elementi di costruzione perfettamente adatti allo scopo, come nei casi, ad esempio della facciata sulla Ceramic House ad Amsterdam dello studio RAP, realizzata in piastrelle di ceramica stampate in 3D di grandi dimensioni (400×200 mm) o la House of Cores a Houston, dello studio Hannah di New York, stampata in cemento liquido e solidificato già in forma.

In copertina: Beyond the Geometry Pavilion © Archi-Union