Automazione nella costruzione di un muro di cemento stampato in 3D con l’uso di una pinza per architrave

RICERCATORI POLACCHI ESPLORANO L’AUTOMAZIONE PER L’EDIFICIO STAMPATO IN 3D

I ricercatori dell’Università della Tecnologia della Pomerania Occidentale (ZUT) in Polonia hanno prodotto uno studio sull’automazione della costruzione della stampa 3D, studiando anche metodi per migliorare il processo in merito alle proprietà reologiche della miscela di calcestruzzo.

Nello specifico, lo studio descrive in dettaglio l’applicazione della tecnologia di produzione additiva nella fabbricazione di un modello di parete dell’edificio, in cui l’apertura della porta è stata completata con un’installazione automatica dell’architrave. Un architrave è una trave posta attraverso aperture in edifici come porte, finestre ecc. Per sostenere il carico dalla struttura sopra.

L’obiettivo dello studio era migliorare la bassa capacità delle miscele di calcestruzzo stampato in 3D per trasferire i carichi, il che può essere particolarmente problematico nei casi di componenti esterni che devono essere posizionati sopra come architravi prefabbricati o travi del pavimento durante i processi di costruzione della stampa 3D.

Una simile indagine, secondo i ricercatori, può rivelarsi utile nel progettare strutture civili più grandi utilizzando la tecnologia di stampa 3D concreta.

Lo studio inizia spiegando che gli sviluppi nella tecnologia di costruzione si sono concentrati sull’accelerazione della costruzione di edifici e strutture attraverso l’automazione. Una tecnologia all’avanguardia di questo sviluppo è la produzione additiva utilizzando miscele di calcestruzzo, che consente la costruzione di una struttura estrudendo una miscela di calcestruzzo strato per strato.

“Considerando che la cassaforma può costituire il 35–54% dei costi totali per l’innalzamento della struttura in cemento. L’applicazione della produzione additiva porta profitti misurabili. Non solo consente la produzione di strutture senza cassaforma, ma riduce anche i tempi di produzione, i costi e la manodopera. La tecnologia aumenta anche la sicurezza dei lavoratori in cantiere, produce meno rifiuti e utilizza materie prime a bassa energia incorporata “, spiegano gli autori dello studio.

In effetti, recentemente il settore della stampa 3D per costruzioni ha visto una serie di iniziative e progetti che hanno permesso la costruzione di grandi strutture in un breve lasso di tempo rispetto ai tradizionali processi di costruzione. Ad esempio SQ4D , un ramo delle stampanti 3D S-Squared con sede a New York (SQ3D), ha recentemente completato la costruzione di un nuovo edificio, in quella che sostiene sia la ” più grande casa stampata in 3D consentita al mondo “. Su una superficie di 1900 piedi quadrati, la costruzione della casa stampata in 3D avrebbe avuto luogo per un periodo di otto giorni, con un totale di 48 ore di stampa.

New Story , un’organizzazione senza scopo di lucro che lotta contro i senzatetto e ICON , una società di tecnologie di costruzione con sede in Texas, hanno anche avviato un’iniziativa che cerca di creare la “prima” comunità stampata in 3D di case in cemento. Annunciate per la prima volta nel 2018, le case stampate in 3D sono destinate a fornire alloggi a basso costo per le comunità a basso reddito in America Latina che si adattano alla loro vita quotidiana. Finora due case sono state ora stampate in 3D da ICON e New Story a Tabasco; ognuno è stato completato in circa 24 ore di stampa e misura 500 piedi quadrati. La stampa 3D è stata identificata da New Story come un modo per fornire case per queste famiglie a un ritmo più veloce.

Discutendo della produzione additiva di strutture, i ricercatori di ZUT spiegano nella loro ricerca l’importanza di garantire una correlazione tra l’aumento del carico causato da strati stampati aggiuntivi e la crescita della resistenza degli strati già posti durante il processo di vulcanizzazione. Spiegando ulteriormente, gli autori scrivono: “Da questo punto di vista, è importante determinare la velocità di estrusione appropriata, che consente di ottenere una resistenza sufficiente per ogni strato quando la testina di stampa ritorna nella posizione iniziale, lo strato deve per resistere al carico imposto dallo strato depositato sulla parte superiore. ” Pertanto, una sfida centrale nella stampa 3D è quella di ottenere un mix con le proprietà reologiche desiderate, al fine di garantire un corretto processo di stampa.

Lo scopo dello studio è quindi quello di presentare la produzione additiva di un modello in scala ridotta con un’apertura della porta, compresa l’installazione automatizzata di un architrave. In particolare, la ricerca regola la progettazione delle pareti e il processo di stampa per tenere conto delle proprietà reologiche e meccaniche del calcestruzzo fresco, nonché del processo di installazione automatica dell’architrave.Impostazione della stampa 3D. Foto tramite materiali 2020.

Impostazione della stampa 3D. Foto via Materials 2020. I ricercatori mirano a dimostrare che il processo automatizzato può essere progettato con elevata precisione, come confermato dalla simulazione. Hanno costruito il muro in un sito appositamente progettato, costituito da un robot 3D collegato a un modulo di pompaggio. I movimenti della stampante 3D e della testina di stampa erano controllati da un codice G, mentre la miscela veniva preparata in un miscelatore da laboratorio e trasferita all’unità pompa, da dove veniva consegnata alla tramoggia della testina di stampa attraverso un tubo.

Come parte dell’esperimento, è stata costruita una pinza speciale per trasferire automaticamente l’architrave e installarlo sulla parete nella posizione determinata. Il posizionamento dell’architrave tramite la pinza è avvenuto mentre il robot di stampa 3D era in esecuzione, con il processo di stampa che riprendeva non appena sono stati completati. La miscela di calcestruzzo utilizzata negli esperimenti è stata progettata sulla base di garantire le sue proprietà reologiche ottimali per il processo di stampa 3D. Aveva un rapporto 0,23 acqua-cemento e una densità di 2168 kg / m³.

Dopo aver stampato con successo la parete 3D del modello in scala, i ricercatori sono stati in grado di confermare la possibilità di automatizzare il processo di costruzione della parete nella produzione additiva con l’installazione di un architrave con una pinza speciale. È stato inoltre dimostrato che la stampante può essere utilizzata per posizionare elementi prefabbricati durante l’intero processo di stampa. Significativamente, i ricercatori hanno anche confermato che le proprietà reologiche del calcestruzzo fresco hanno un significato più elevato nella costruzione di stampa 3D, rispetto al caso della costruzione di calcestruzzo convenzionale, a causa delle caratteristiche di processo specifiche coinvolte.

Concludendo il documento, i ricercatori affermano che “Attualmente sono in corso diversi progetti sperimentali in diversi centri di ricerca, che studiano le proprietà meccaniche e reologiche desiderate delle miscele di calcestruzzo e il loro comportamento durante il processo di stampa. Ulteriori ricerche sulle proprietà della miscela e sulle strategie di stampa 3D porteranno allo sviluppo di procedure di progettazione e costruzione, che garantiranno il livello richiesto di sicurezza strutturale delle costruzioni stampate. “

L’articolo, “Automazione nella costruzione di un muro di cemento stampato in 3D con l’uso di una pinza per architrave” , è scritto da Marcin Hoffmann, Szymon Skibicki, Paweł Pankratow, Adam Zieliński, Mirosław Pajor e Mateusz Techman. È pubblicato sulla rivista Materials .