Sika e il calcestruzzo 3D: innovazione e digitalizzazione a servizio dell’edilizia

Costruzioni realizzate con il calcestruzzo 3D: Sika è una pioniera del settore

Negli ultimi anni, la stampa 3D del calcestruzzo (3DCP – 3D Concrete Printing) ha rappresentato l’evoluzione digitale più significativa nel settore delle costruzioni. Sebbene questo tipo di processo fosse maggiormente diffuso per applicazioni con altri materiali, tipo polimeri o metalli, il calcestruzzo stampato in 3D sta offrendo al mercato nuovi scenari di progettazione.

La digitalizzazione di questo processo ottimizza la produttività e consente una significativa riduzione dei tempi operativi, assicurando allo stesso tempo l’implementazione di soluzioni innovative e sostenibili.

Il calcestruzzo 3D è utilizzato oggi per progettare e realizzare edifici, case o elementi architettonici in forme completamente nuove, finora non possibili con le casseforme tradizionali. Sika è una delle aziende pioniere in questo settore e, da anni focalizzata su questa tecnologia, sviluppa soluzioni che contribuiscono a garantire velocità, precisione e costi competitivi in base alle specifiche esigenze di progetto.

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Principi della stampa 3D e caratteristiche della miscela cementizia

Il calcestruzzo è uno dei materiali da costruzione più utilizzati al mondo in quanto versatile, economico e disponibile localmente. Con l'implementazione della digitalizzazione e della stampa tridimensionale, stiamo osservando un ulteriore step nello sviluppo tecnologico di questo materiale.

Sebbene l’approccio alla progettazione non sia affatto banale, il processo di stampa può semplicemente essere riassunto così: una stampante 3D, basata su modelli CAD, deposita la miscela cementizia strato su strato, seguendo un modello digitale tridimensionale. Più approfonditamente, le fasi del processo di fabbricazione dei manufatti sono di seguito brevemente descritte:

1. Una testina di stampa o ugello viene montato su un braccio robotico, collegato ad un software di controllo e modellazione tridimensionale;
2. La testina di stampa è collegata ad una pompa miscelatrice con un tubo flessibile di sufficiente lunghezza;
3. I componenti del calcestruzzo vengono tra loro miscelati e pompati attraverso il tubo flessibile e la testina di stampa.
4. Gli strati di materiale depositato vengono estrusi uno sull’altro. La densità e la coesione degli strati sono elementi cruciali per la corretta realizzazione del manufatto;
5. Sono spesso aggiunti alla miscela aggiunte secondarie o additivi per migliorarne le caratteristiche prestazionali.

Come si evince nei vari passaggi, questa tecnologia non utilizza le tradizionali casseforme, rendendo quindi necessaria una vera e propria ingegnerizzazione delle proprietà reologiche del calcestruzzo che devono garantire le caratteristiche di “buildability” e di “printability”.

La prima caratteristica è spesso indicata in letteratura scientifica come fondamentale per questo tipo di applicazioni, ovvero essa definisce la capacità di ogni strato di sostenere allo stato fluido il proprio peso durante il processo di posa. La seconda caratteristica definisce invece l’attitudine del materiale di mantenere la propria forma, minimizzando le deformazioni rispetto al modello o progetto.

Dal punto di vista delle performance, tali miscele devono sviluppare resistenze meccaniche tali per cui sia possibile stampare elementi autoportanti a basso spessore. È perciò essenziale l’utilizzo di speciali additivi che collaborino nello sviluppare tali resistenze, riducendo al contempo gli effetti dei fenomeni fessurativi.

Che tipo di oggetti possono essere stampati in 3D?

Le possibilità sono infinite! Questa tecnologia permette di creare oggetti personalizzati non realizzabili con i tradizionali metodi di getto del calcestruzzo. Possono essere componenti più piccoli, come elementi architettonici, fino a infrastrutture civili su larga scala. Sika, con il portafoglio di soluzioni sviluppate in questi anni, ha già contribuito a realizzare diversi progetti, di cui si riporta di seguito una breve galleria fotografica.

Al seguente link è possibile invece visionare come Sika abbia contribuito a realizzare in soli cinque giorni la prima casa modulare stampata in Repubblica Ceca.

I vantaggi e le soluzioni Sika

I vantaggi della stampa 3D del calcestruzzo sono molteplici:

• Riduzione dei costi: sebbene il costo delle attrezzature necessarie alla stampa non sia secondario, risulta comunque un processo meno oneroso dei tradizionali metodi di produzione del calcestruzzo, soprattutto per specifiche produzioni. La possibilità di produrre in situ i manufatti e i costi più bassi per la manodopera, sono solo alcune delle caratteristiche che contraddistinguono questo tipo di applicazione;
• Complessità geometrica: la stampa 3D permette di realizzare forme complesse e personalizzate, garantendo una nuova libertà e flessibilità ai progettisti, che riescono più facilmente a realizzare le proprie idee e quelle dei clienti.;
• Velocità di produzione: la stampa 3D è un processo più veloce e talvolta meno costoso rispetto ai tradizionali ed è per questo che questi processi di produzione additiva hanno un rapporto “costo-efficacia” che riduce il consumo di energia, la domanda di materie prime e le emissioni di CO₂ durante il ciclo di vita del prodotto.;
• Sostenibilità e riduzione del carbon footprint: il processo in sé minimizza gli scarti di lavorazione e il trasporto di merci. Inoltre, tali miscele possono essere realizzate con materiali riciclati e leganti green a minor tenore di clinker, nel pieno rispetto dei più moderni principi di economia circolare.

Sika ha sviluppato soluzioni monocomponenti e bicomponenti (3D Sikacrete®) per stampare il calcestruzzo in base alle diverse esigenze di progetto. L’utilizzo di questi additivi permette di avere una miscela altamente tixotropica che sviluppa elevate resistenze meccaniche.

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Essi contribuiscono anche a minimizzare i fenomeni fessurativi e a favorire l’utilizzo di inerti con un maggiore grado di finezza per garantire una minore usura dei componenti meccanici della stampante. Oltre ai prodotti 3D Sikacrete^® e al supporto tecnico, Sika dispone di un'ampia gamma di soluzioni per rispondere a tutti i requisiti richiesti dai progettisti, sia in termini di performance che di durabilità.

Inoltre, vi invitiamo a guardare l’ultima puntata dei nostri webinar dal titolo “Sika Pro Talks”, in cui esperti mondiali del settore discutono le ultime tendenze di questa entusiasmante tecnologia: