Il ritiro nel 3D concrete printing: un problema che nasce nelle prime ore
Nella stampa 3D di calcestruzzo (3DCP) la fase più critica non coincide con la maturazione a 28 giorni, ma con i primi minuti e le prime ore dopo la deposizione. In questa finestra, l’impasto deve restare estrudibile e allo stesso tempo sostenere gli strati successivi, mentre l’evaporazione e le prime reazioni di idratazione generano deformazioni che possono aprire microfessure, favorire imbarcamenti dei bordi e, soprattutto, ridurre la qualità dell’adesione tra layer. Su elementi stampati “a vista”, queste instabilità diventano immediatamente visibili e possono compromettere tolleranze dimensionali e prestazioni finali.
Perché i metodi tradizionali non bastano: provini colati vs filamenti estrusi
Gran parte delle prove standard sul ritiro del calcestruzzo nasce per provini colati (prismi, travetti) osservati per giorni o settimane. Nel 3DCP, invece, la geometria tipica è un filamento o una parete sottile che evolve rapidamente: la superficie esposta è maggiore, la perdita d’acqua può essere più rapida e la “restrizione” geometrica è diversa, perché ogni strato nuovo poggia su strati che stanno ancora cambiando proprietà. Questo rende poco efficace trasferire in modo diretto metodi pensati per il calcestruzzo tradizionale senza adattarli alle condizioni reali di stampa.
Lo studio su Materials: obiettivo, contesto e perché è un benchmark
Un lavoro pubblicato sulla rivista Materials propone un confronto strutturato tra tecniche di misura per quantificare il ritiro “early-age” in miscele cementizie stampabili. L’impostazione è pratica: identificare metodi sufficientemente sensibili da catturare deformazioni piccole e veloci, e valutare alternative a basso costo che possano essere replicate non solo nei laboratori avanzati ma anche in contesti didattici e nei cantieri e nei container-lab di progetto. Lo studio prova a trasformare una pratica spesso “artigianale” in un insieme di procedure comparabili.
Le famiglie di metodi confrontate: contatto, ottico e prove con vincolo
Il confronto mette sul tavolo tre famiglie di approcci che, nel 3DCP, rispondono a esigenze diverse. I metodi a contatto (ad esempio trasduttori di spostamento) possono offrire buona precisione su campioni stampati, ma richiedono telai rigidi, allineamento accurato e accortezze per non introdurre errori dovuti a manipolazione e vincoli indesiderati. I metodi ottici (digital image correlation oppure tracking di marker) eliminano il contatto e riducono interferenze sul campione, ma diventano sensibili a illuminazione, vibrazioni, distorsioni ottiche e texture superficiale. Infine, i test con vincolo (come anello/ring test) sono utili per valutare la tendenza alla fessurazione sotto restrizione, ma non misurano solo “ritiro libero”: mescolano ritiro e sviluppo di tensioni, e quindi funzionano come complemento, non come sostituto di una misura diretta.
Autogeno vs essiccamento: perché distinguere e come farlo in pratica
Nel ritiro del cemento entrano componenti diverse: una quota è legata alle reazioni interne e al consumo d’acqua (ritiro autogeno), un’altra è legata alla perdita di umidità verso l’ambiente (ritiro da essiccamento). Nel mondo 3DCP questa distinzione diventa operativa perché le pareti stampate sono spesso prive di casseforme e altamente esposte, quindi l’essiccamento può “dominare” presto, anche prima che l’elemento sviluppi resistenza sufficiente. Per isolare componenti specifiche vengono spesso usati provini sigillati o metodi come il tubo corrugato, mentre per l’essiccamento diventano centrali misure in ambiente controllato e protocolli coerenti su temperatura e umidità relativa.
Cosa rende “scalabile” una misura: costo, ripetibilità e velocità di installazione
Il valore pratico del benchmark è evidenziare che non esiste un “vincitore assoluto”: ciò che funziona in un laboratorio metrologico può essere impraticabile in un cantiere. Per questo vengono discusse configurazioni più accessibili: tracking con camere consumer e marker combinato con software open-source, oppure sensori di spostamento economici collegati a microcontrollori e supportati da staffe stampate in 3D. La logica è ottenere dati continui sul tempo, ridurre la complessità della catena di acquisizione e rendere la procedura ripetibile da operatori non specialisti, purché siano fissate regole chiare su calibrazione, illuminazione e stabilità meccanica.
Dalla misura al controllo processo: perché interessa a produttori e contractor
Nel 3DCP la misura del ritiro nelle prime ore può diventare uno strumento di controllo qualità collegato alle scelte di processo: velocità di stampa, tempo tra strati, pause operative, gestione della cura e dosaggi di additivi e SCM. Produttori di sistemi 3DCP come COBOD e ICON mostrano quanto piattaforme meccaniche e toolpath siano solo una parte del problema: la durabilità e la stabilità dimensionale iniziano dal mix design e dal controllo in tempo reale dei primi stadi. In uno scenario operativo, stampare accanto all’elemento principale alcune “strisce campione” monitorate con sensori economici può segnalare drift dell’impasto, variazioni ambientali e anomalie di processo prima che il difetto si manifesti sull’opera.
Limiti e prossimi passi: servono protocolli standard e studi inter-laboratorio
Studio e discussione evidenziano vincoli concreti: l’effetto dell’ambiente (umidità e temperatura) può superare il “segnale” che si vuole misurare; l’ottica richiede disciplina su illuminazione e montaggi stabili; i sensori a contatto richiedono accoppiamenti meccanici robusti e isolamento termico per evitare derive. Per trasformare queste misure in riferimenti affidabili occorrono protocolli tarati sull’estrusione e confronti tra laboratori diversi per stabilire bande di confidenza e trasferibilità dei risultati. Un obiettivo realistico è far diventare il monitoraggio early-age un passaggio di commissioning del processo, collegato a metriche di fessurazione e prestazioni nel lungo periodo su elementi in scala reale.
