Un gruppo di ingegneri della Rowan University, negli Stati Uniti, ha sviluppato un metodo per ricostruire le deformazioni che si verificano durante la stampa 3D del calcestruzzo, partendo dalle immagini della struttura completata e analizzando a ritroso la sequenza fotografica registrata durante la fabbricazione. La ricerca, presentata dall’università il 13 ottobre 2026 e ripresa da diverse testate tecniche il 14 ottobre, affronta un problema specifico della costruzione additiva: le parti più basse di una parete cominciano a sostenere il peso degli strati successivi mentre il materiale non è ancora completamente indurito.
Il lavoro è stato guidato da Islam Mantawy e Behrad Koohbor della Henry M. Rowan College of Engineering ed è collegato allo studio scientifico Digital Image Correlation in Reverse Time: A Case Study of In-Process Metrology During Concrete Additive Manufacturing, pubblicato su Experimental Mechanics nel 2026, DOI 10.1007/s11340-026-01381-4. L’approccio impiega la correlazione digitale delle immagini, nota come Digital Image Correlation o DIC, ma ne modifica il modo di definire la condizione di riferimento.
Il problema degli strati freschi che devono sostenere quelli nuovi
Nella costruzione tradizionale il calcestruzzo fresco viene normalmente contenuto da casseforme che ne limitano il movimento durante le prime fasi di maturazione. Nella stampa 3D a estrusione si cerca invece di depositare il materiale direttamente nella geometria desiderata, spesso senza un contenimento esterno continuo.
Ogni strato deve essere sufficientemente fluido da passare attraverso il sistema di alimentazione e l’ugello, ma abbastanza stabile da conservare la forma dopo la deposizione. Quando gli strati aumentano, quelli inferiori si trovano progressivamente sottoposti a carichi maggiori. Nel frattempo il materiale modifica le proprie caratteristiche attraverso processi di strutturazione, idratazione e perdita di umidità.
Questa combinazione rende difficile prevedere deformazioni e cedimenti. Una parete può apparire regolare nelle prime fasi e manifestare successivamente instabilità localizzate, mentre un materiale troppo rigido può risultare difficile da estrudere. La conoscenza della storia deformativa diventa quindi utile tanto per progettare la miscela quanto per definire tempi e strategie di deposizione.
Come funziona normalmente la correlazione digitale delle immagini
La DIC è una tecnica ottica che misura spostamenti e deformazioni confrontando immagini di una superficie acquisite in momenti differenti. In una prova meccanica tradizionale si fotografa il provino prima dell’applicazione del carico e si utilizzano le immagini successive per seguire il movimento di caratteristiche riconoscibili sulla superficie.
Il metodo può produrre mappe di spostamento e deformazione senza dover collocare sensori fisici in ogni punto da osservare. In numerose applicazioni vengono applicati marcatori o motivi casuali sulla superficie, così che il software possa riconoscere e seguire le stesse zone fra fotogrammi.
Per una struttura che viene costruita strato dopo strato compare però una difficoltà concettuale: all’inizio della prova gran parte dell’oggetto non esiste ancora. Non è possibile ottenere una fotografia iniziale dell’intera parete e poi monitorare ogni sua regione fino alla conclusione del processo come se fosse un provino già formato.
La soluzione di Rowan: partire dalla fine
I ricercatori hanno invertito la logica del confronto. Hanno acquisito migliaia di immagini durante stampa e maturazione, ma nell’elaborazione hanno utilizzato la condizione finale del manufatto come riferimento per procedere a ritroso verso gli istanti precedenti.
Il software segue così le caratteristiche superficiali riconoscibili e ricostruisce come differenti regioni del materiale si siano spostate mentre la struttura veniva progressivamente costruita. La ruvidità naturale delle superfici estruse è utile perché fornisce una trama che può essere riconosciuta nelle immagini senza dover necessariamente applicare una verniciatura artificiale a puntini.
Il gruppo ha anche sviluppato un quadro matematico per descrivere e verificare la procedura di correlazione in ordine inverso. Il risultato è una ricostruzione della storia deformativa di zone che, al momento iniziale della stampa, non erano ancora state depositate.
Una precisazione è fondamentale: la procedura non ricava tutto da una sola fotografia finale. Ha bisogno della serie di immagini registrata durante il processo. La fotografia conclusiva fornisce un riferimento per l’elaborazione a ritroso, ma i dati temporali devono essere disponibili.
Che cosa si può osservare mentre il materiale matura
La ricerca permette di studiare come gli strati inferiori reagiscono all’aggiunta di materiale e come la geometria evolve durante le fasi iniziali di maturazione. Temperatura, umidità, composizione della miscela e tempi di deposizione possono influenzare la deformazione e la stabilità dell’insieme.
Grazie a mappe ottiche della superficie è possibile ricostruire gli spostamenti e analizzare le zone che presentano comportamenti differenti. Queste misure possono essere confrontate con modelli numerici e prove reologiche, aiutando a individuare in quali condizioni le previsioni corrispondano ai risultati reali.
Non bisogna tuttavia confondere la misurazione della superficie con una visione diretta di ogni fenomeno che avviene all’interno del materiale. La DIC rileva ciò che è osservabile dalle telecamere; l’identificazione di vuoti interni, difetti nascosti o reazioni chimiche richiede metodi complementari.
La differenza rispetto al controllo in tempo reale
Nelle comunicazioni divulgative il lavoro viene collegato alla prospettiva di stampanti edili sempre più autonome. L’interesse è comprensibile: un sistema in grado di misurare deformazioni potrebbe aiutare a definire modelli predittivi e, in futuro, strategie di correzione durante la fabbricazione.
Il risultato attualmente descritto, però, è un metodo di analisi retrospettiva della sequenza acquisita. Non costituisce ancora la dimostrazione che una stampante possa rilevare immediatamente un problema e modificare automaticamente portata, velocità o tempi di pausa per evitarlo.
Il controllo a ciclo chiuso richiede infatti che l’informazione venga raccolta, elaborata e trasformata in un’azione mentre la struttura è ancora in costruzione. L’approccio inverso fornisce un modo per capire meglio il processo e validare eventuali modelli, ma il suo impiego come sensore operativo in tempo reale rimane un traguardo successivo.
Perché le deformazioni iniziali sono difficili da interpretare
Il materiale cementizio cambia comportamento fin dai primi minuti. La deformazione registrata può derivare dal peso crescente degli strati, da cedimento locale, assestamento, variazioni termiche o ritiro. Questi fenomeni possono sovrapporsi e produrre movimenti che non sono immediatamente riconducibili a una sola causa.
Avere a disposizione la storia temporale della geometria aiuta i ricercatori a costruire ipotesi più precise e a verificare quale parte del comportamento sia compatibile con un determinato modello. È un vantaggio soprattutto per lo sviluppo di miscele destinate a strutture alte o a sequenze di stampa prolungate, nelle quali gli strati inferiori devono sostenere carichi crescenti per un periodo significativo.
La tecnica offre anche la possibilità di confrontare strategie differenti mantenendo simili condizioni di prova. Per esempio, variando il tempo fra strati o la velocità di deposizione, le mappe di deformazione potrebbero mostrare differenze che risultano meno visibili osservando soltanto l’oggetto completato.
Dalla prova di laboratorio alla scala di cantiere
Il passaggio dall’ambiente sperimentale a una costruzione in esterno presenta problemi aggiuntivi. Le riprese possono essere disturbate da cambiamenti di illuminazione, polvere, vibrazioni, occlusioni e movimento delle attrezzature. Inoltre una parete di grandi dimensioni richiede una disposizione delle telecamere capace di osservare tutte le zone di interesse.
La precisione delle misure dipende anche dalla calibrazione del sistema, dalla risoluzione delle immagini e dalla capacità del software di seguire gli stessi dettagli superficiali quando il materiale cambia aspetto durante la maturazione.
Per questa ragione i risultati della ricerca non dovrebbero essere interpretati come una soluzione già pronta per controllare qualsiasi impianto di stampa 3D del calcestruzzo. Saranno necessari ulteriori confronti con altri sistemi di misura e campagne su geometrie, miscele e condizioni ambientali differenti.
I ricercatori e la prospettiva della costruzione autonoma
Il gruppo è stato guidato da Islam Mantawy, del Department of Civil & Environmental Engineering e responsabile dell’Additive and Robotic Construction Laboratory, e da Behrad Koohbor, docente di ingegneria meccanica associato all’Advanced Materials & Manufacturing Institute della Rowan University.
Alla ricerca hanno contribuito anche Nicholas Pagliocca, Anthony Mackin, Aly Ahmed e Jenna Migliorino. Il progetto ha ricevuto un sostegno parziale attraverso un programma del Dipartimento dell’Istruzione statunitense collegato alla formazione avanzata e alla ricerca ingegneristica dell’ateneo.
L’interesse dello studio consiste nell’aver adattato una tecnica di misura consolidata a una condizione particolare della fabbricazione additiva: l’oggetto nasce mentre viene osservato, e non può essere trattato come un provino già esistente all’inizio della prova.
Il passo necessario per una stampa 3D del calcestruzzo più prevedibile
Gran parte della qualità del manufatto viene determinata mentre il materiale è ancora fresco. Comprendere quando e dove gli strati si deformano può migliorare la progettazione delle miscele e la validazione delle strategie di deposizione, riducendo il ricorso esclusivo a prove empiriche.
Il metodo Rowan non elimina la necessità di caratterizzazione reologica, verifica strutturale e controllo delle proprietà del calcestruzzo maturato. Aggiunge invece una fonte di misure capace di collegare la storia del processo alla geometria che rimane al termine della costruzione.
È un risultato scientifico significativo perché interviene sul problema della misurabilità, prima ancora che su quello dell’automazione. Per sviluppare macchine capaci di adattarsi autonomamente al comportamento del materiale, occorre anzitutto disporre di metodi affidabili per capire ciò che accade durante la deposizione. La ricostruzione a ritroso proposta da Rowan rappresenta un passo in questa direzione, con limiti e sviluppi ancora da verificare sul campo.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).
