La stampa 3D (o manifattura additiva) costituisce uno dei topic di maggiore interesse nell¿ambito della quarta rivoluzione industriale nota come "Industria 4.0". L'attuale largo impiego in numerosi settori industriali è riconducibile a significativi vantaggi che la tecnologia è in grado di offrire; tra questi la possibilità di realizzare prototipi funzionali in tempi di costruzione ragionevoli con minor intervento umano e spreco minimo di materiale. Tra le varie tecniche additive, che si differenziano per metodologia di produzione e materiali impiegati, sta prendendo sempre più piede l'additive manufacturing del calcestruzzo. La notevole libertà di progettazione rende tale tecnologia idonea allo sviluppo di elementi architettonici altamente funzionali da un punto di vista strutturale, del comfort abitativo ed estetico.
Il progetto di ricerca è frutto della cooperazione con il Dipartimento di Ingegneria dei Materiali del Politecnico delle Marche, il quale ha brevettato una miscela cementizia stampabile avente proprietà meccanico-strutturali in linea con le performance calcestruzzi tradizionali. Sulla base di questa formulazione, si studieranno modifiche concernenti la sostituzione dell'aggregato lapideo con fillers in gomma (polverino e granulato) derivanti dal riciclaggio dei pneumatici a fine vita. Questa strategia, oltre a rappresentare una soluzione interessante da un punto di vista dell'impatto ambientale, mira al miglioramento di alcune caratteristiche del materiale in virtù delle proprietà visco-elastiche esibite dal "rinforzo" polimerico: assorbimento di vibrazioni, leggerezza e isolamento termo-acustico. La ricerca sarà basata sul selezionare la miscela in rubber-concrete manifestante l'ottimale equilibrio tra proprietà di stampa e performance meccaniche e termo-acustiche. Ciò apre ad importanti prospettive da un punto di vista progettuale ed ingegneristico correlate alle peculiarità della stampa 3D sotto l'aspetto costruttivo.
L'aspetto innovativo del progetto di ricerca è legato al potenziale utilizzo della tecnologia di costruzione additiva nella progettazione e sviluppo di componenti edilizi ad alte prestazioni. Lo stato dell¿arte inerente la stampa 3D applicata al settore delle costruzioni offre principalmente una panoramica sull'utilizzo di questa tecnica per la realizzazione di grandi strutture (manifattura additiva in loco) o per lo sviluppo di elementi di design (tramite convenzionali apparati da laboratorio) che offrono un contributo limitato in termini di funzionalità ingegneristica. L'attività di ricerca su cui si fonda questo progetto ha come upgrade quello di sfruttare la libertà di progettazione di questa tecnologia per la realizzazione di elementi strutturali aventi caratteristiche morfologiche tali da garantire una ottimale combinazione tra integrità strutturale, efficienza energetica ed aspetto estetico.
Il presente lavoro di ricerca copre la parte legata allo sviluppo del materiale stampabile 3D, con un focus particolare riguardo l'ottimizzazione reologica, meccanica e termo-acustica. Proprio le caratteristiche del materiale cementizio stampabile rappresenta un ulteriore elemento di innovazione caratterizzante la ricerca. L'additivazione della gomma derivante dai pneumatici fuori uso è una strategia attualmente in uso principalmente nello sviluppo degli asfalti "gommati": manti stradali innovativi nei quali i fillers polimerici conferiscono migliori performance acustiche, migliore resistenza alle alte temperature, elasticità e sostenibilità ambientale [5]. Sulla stessa linea di principio, la ricerca è indirizzata ad ottenere analoghi benefici nel calcestruzzo tenendo conto che l'isolamento termico, il fonoisolamento e l'assorbimento meccanico rappresentano requisiti chiave nel settore edile. Per tale scopo sarà necessario uno studio rigoroso al fine di individuare formulazioni in rubber-concrete idonee sia in termini di stampabilità tramite manifattura additiva sia
in termini di caratteristiche fisiche e meccaniche.
Riferimento bibliografici:
[5]: Heitzman, M. (1992). Design and construction of asphalt paving materials with crumb rubber modifier. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board.