Il team Penn State ha concesso $ 500.000 per commercializzare materiali e processi di stampa 3D per l’edilizia
Un team interdisciplinare alla Penn State University ha recentemente ricevuto una sovvenzione di $ 500.000 dal programma Engineering of Innovation and Entrepreneurship (ENGINE) del College of Engineering, insieme a ulteriori $ 25.000 del College of Arts and Architecture, per perseguire un . progetto di stampa 3D sul cemento.
Il team, composto da docenti dei dipartimenti di architettura, ingegneria architettonica, ingegneria civile e ambientale e programmi di programmi di ingegneria, tecnologia e professione della scuola, ritiene che la stampa 3D delle costruzioni abbia il potenziale di trasformare radicalmente l’industria delle costruzioni in meglio il pianeta.
Oggi, l’edilizia è una delle industrie più gravose per l’ambiente, contribuendo in modo significativo all’inquinamento dell’aria, dell’inquinamento idrico, dei rifiuti e altro ancora. Non sorprende quindi che vengano messe in campo risorse e sforzi di ricerca significativi per sviluppare soluzioni più ecologiche per il settore delle costruzioni. Dopotutto, non è nella natura umana smettere di costruire, quindi i modi di costruire dovranno cambiare.
Negli ultimi anni, la stampa 3D ha presentato una possibile strada da percorrere. Tramite la stampa 3D di strutture in calcestruzzo, gli edifici potrebbero essere realizzati in loco e con molti meno rifiuti di materiale, riducendo il carburante proveniente dai trasporti e dai rifiuti globali.
Un’alternativa al cemento
A Penn State, il lavoro del team interdisciplinare è iniziato durante la 3D Printed Habitat Challenge , in cui la NASA ha invitato i gruppi a presentare progetti e soluzioni di stampa 3D per gli habitat degli astronauti nello spazio. Il gruppo ha sviluppato una soluzione materiale particolarmente interessante, chiamata MarsCrete, che è un calcestruzzo privo di cemento. Il recente finanziamento consentirà al team di basarsi su questa ricerca per commercializzare il materiale e la tecnologia di stampa 3D.
Il calcestruzzo tradizionale è costituito principalmente da cemento Portland (OPC), acqua, sabbia e aggregati ordinari. L’OPC, tuttavia, richiede una notevole energia per produrre ed emette un significativo anidride carbonica (circa una tonnellata di anidride carbonica per tonnellata di OPC prodotta). L’industria del cemento è responsabile di circa il 5% delle emissioni di biossido di carbonio che creiamo.
Andare avanti con MarsCrete
Il team di ricerca, guidato da Ali Memari, Bernard and Henrietta Hankin Chair of Residential Construction e professore di ingegneria dell’architettura e ingegneria civile, amplierà il suo materiale MarsCrete privo di cemento creando calcestruzzo ad alte prestazioni e sostenibile costituito da un cemento- miscela a base. Il nuovo materiale sarà sviluppato appositamente per l’edilizia domestica e l’edilizia di piccole dimensioni.
La sovvenzione di $ 500.000 ENGINE consentirà ai ricercatori di completare i test di prova del concetto per il nuovo materiale ed esplorare alcuni concetti di rinforzo innovativi.
Altrettanto cruciale per il lavoro dei ricercatori è una stampante 3D composta da un doppio miscelatore e una pompa che alimenta un ugello controllato da un braccio robotico a sei assi. Il sistema è stato ideato per la NASA 3D Printed Habitat Challenge e ha funzionato bene negli ultimi due anni.
“Le formulazioni concrete e il sistema di stampa sono strettamente accoppiati, poiché il design di uno influisce sul design dell’altro”, ha dichiarato Sven Bilén, capo della School of Engineering Design, Technology e Professional Program. “Dobbiamo lavorare dalla micro-scala alla macro-scala. Il nostro lavoro è anche strettamente associato ai progetti architettonici che possono essere realizzati con i nostri materiali e metodi di stampa. Tutti e tre – materiali, sistema di stampa e architettura – devono essere considerati insieme. “
Un approccio multidisciplinare
Il progetto mira alla stampa 3D di edifici campione utilizzando la tecnologia e il materiale di stampa 3D per dimostrare i vantaggi del processo, tra cui riduzione degli scarti di materiale, tempi di costruzione più rapidi, meno lavoro e costi inferiori. Tuttavia, Memari sottolinea che l’approccio della stampa 3D probabilmente sostituirà i metodi di costruzione tradizionali.
“La tecnologia per la stampa 3D del calcestruzzo non è stata sviluppata per sostituire la costruzione convenzionale che può essere eseguita economicamente con i metodi esistenti”, ha detto Memari. “Piuttosto, questa tecnologia sarà più utile per progetti complessi, in cui i metodi convenzionali di utilizzo della cassaforma saranno molto più costosi o proibitivi.”
In definitiva, il team multidisciplinare spera di comprendere meglio i vari componenti della produzione di additivi per costruzioni: miscela di materiali, caratterizzazione e progettazione dei materiali e processo di stampa stesso.
“Lo sviluppo della tecnologia di stampa 3D su scala di costruzione è uno sforzo complesso”, ha aggiunto José Pinto Duarté, membro della facoltà del College of Arts and Architecture. “Data l’ampiezza e la profondità delle conoscenze richieste, sarebbe piuttosto difficile per un singolo investigatore svolgere ricerche significative a un ritmo ragionevole in questo settore. La collaborazione multidisciplinare tra ricercatori con competenze diverse e complementari è pertanto essenziale. Penn State ha messo in atto un sistema di incentivi che promuove la collaborazione multidisciplinare e lo sviluppo di ricerche come la nostra. ”
