Perché parlare di telai abitativi in plastica riciclata
Il fabbisogno abitativo globale è spesso discusso in termini di nuove costruzioni e disponibilità di materiali. In questo scenario, un gruppo di ricerca del Massachusetts Institute of Technology (MIT) sta esplorando un’alternativa ai telai in legno: elementi strutturali stampati in 3D a grande scala utilizzando plastiche riciclate, con l’obiettivo di ottenere componenti leggeri, modulari e adatti a essere prodotti vicino ai luoghi di raccolta dei rifiuti o ai cantieri.
capriata si riferisce a un elemento strutturale reticolare a forma triangolare usato per supportare carichi come quelli di un tetto o di un solaio.
Il gruppo MIT HAUS e l’approccio “large-scale”
Il lavoro è portato avanti nell’ambito di MIT HAUS, iniziativa nata per studiare come trasformare plastiche post-consumo in componenti edilizi tramite stampa 3D su larga scala (Large-Scale Additive Manufacturing, LSAM). L’idea non è stampare “la casa intera” come un monolite, ma realizzare pezzi standardizzati (capriate, travi, montanti, elementi di fondazione) che possano poi essere assemblati come un telaio tradizionale, mantenendo compatibilità con soluzioni costruttive diffuse (ad esempio pannelli in legno o altri rivestimenti).
Il materiale: composito rPET con fibra di vetro
Nei test più documentati, il team ha utilizzato un composito basato su rPET (PET riciclato) rinforzato con fibra di vetro in percentuale tipica “GF30” (circa 30%). Il rinforzo serve a migliorare rigidezza e comportamento sotto carico, un aspetto centrale quando si parla di elementi “snelli” come capriate e travi reticolari. In pratica, si punta a massimizzare il rapporto rigidità/peso: ottenere buona resistenza alla flessione e limitare le deformazioni senza rendere i componenti troppo pesanti o troppo lenti da produrre.
Il caso studio: capriate per solaio stampate in 3D
Il prototipo principale descritto è una capriata/traliccio per solaio lunga circa 8 piedi (circa 2,44 m), alta circa 13 pollici (circa 33 cm) e con spessore di circa 1 pollice (circa 2,5 cm). La geometria è “a scala/reticolo”, con nodi rinforzati e diagonali che aiutano a distribuire i carichi e a irrigidire la struttura. Il punto non è solo “reggere tanto”, ma farlo con deformazioni contenute, perché nei solai la freccia (l’abbassamento) è un parametro chiave anche quando non si arriva a rottura.
Macchine e tempi: produzione in minuti, non in ore
La sperimentazione è stata condotta con sistemi industriali LSAM, tra cui piattaforme della famiglia BAAM (Big Area Additive Manufacturing). Nei dati tecnici pubblicati, ogni capriata può essere prodotta in circa 13 minuti e mezzo, con un peso nell’ordine di 13 libbre (circa 5,9 kg). Questo tipo di produttività è importante perché sposta la discussione dalla “demo” alla scalabilità: se un componente strutturale richiede ore, diventa difficile competere con le catene di fornitura tradizionali; se richiede minuti, lo scenario cambia.
Dalla singola capriata al solaio completo: assemblaggio e componenti stampati
Per passare dal singolo elemento a un sistema realistico, il team ha costruito un modulo di solaio 4×8 piedi (circa 1,22×2,44 m) usando quattro capriate, disposte con interasse tipico dell’edilizia leggera, e completando la superficie con un pannello superiore (ad esempio un pannello in legno). Oltre alle capriate, sono stati stampati anche elementi di collegamento/chiusura e appoggi, così da ottenere un sistema in cui gran parte dei componenti portanti deriva dalla stampa 3D.
Prove di carico: dai carichi “di normativa” fino alla rottura
Le prove sono state organizzate in più fasi: carichi distribuiti (con sacchi di sabbia) per simulare condizioni d’uso, cicli di carico e scarico per osservare eventuali assestamenti, e infine un test a carico crescente fino a collasso. Nei risultati pubblici, il solaio ha superato i carichi di riferimento per l’uso abitativo e ha continuato a sostenere carichi molto superiori prima di arrivare alla rottura, avvenuta per instabilità/flessione locale e frattura in parti della capriata oltre una soglia nell’ordine di diverse migliaia di libbre.
Simulazione e progettazione: quando il digitale serve a ottimizzare
Un aspetto interessante è l’uso della simulazione (FEA) per correlare dati sperimentali e modello numerico: l’obiettivo è usare la simulazione come strumento affidabile per modificare geometrie (altezza della capriata, numero e posizione dei nodi, sezioni) e cercare configurazioni con miglior rapporto prestazioni/peso. In questo tipo di progettazione, piccoli cambiamenti geometrici possono portare a differenze notevoli in rigidezza e comportamento a instabilità.
Il nodo “plastica sporca”: meno pretrattamenti, più variabilità
Nella visione del gruppo MIT HAUS, una parte della sfida è usare flussi di plastica post-consumo con pretrattamenti ridotti, inclusi materiali non perfettamente puliti o miscelati. Questo ridurrebbe costi e complessità a monte, ma introduce variabilità: contaminanti, umidità, composizione non uniforme e degrado del polimero possono cambiare le proprietà meccaniche e la qualità di stampa. Per applicazioni strutturali, la ripetibilità è cruciale: significa dover definire controlli di processo, range accettabili e, probabilmente, filiere di riciclo “mirate” a produrre un feedstock più stabile.
Micro-fabbriche e logistica: produrre vicino ai rifiuti e vicino ai cantieri
Un’ipotesi applicativa è creare unità produttive locali (micro-fabbriche) in prossimità di centri di raccolta, impianti di selezione o aree con grandi volumi di rifiuti plastici. Stampare elementi strutturali dove il materiale è già disponibile potrebbe ridurre trasporto e costi logistici, oltre a rendere più facile servire aree con carenza di materiali da costruzione. In parallelo, la modularità dei componenti punta a semplificare la consegna: elementi leggeri e impilabili richiedono mezzi più piccoli rispetto ai carichi tradizionali di legname o prefabbricati pesanti.
Cosa manca per arrivare al cantiere: standard, certificazioni e durabilità
Per trasformare prototipi promettenti in prodotti edilizi occorre affrontare almeno quattro blocchi:
- qualificazione del materiale (proprietà meccaniche, comportamento nel tempo, creep e fatica);
- resistenza al fuoco e requisiti normativi legati ai polimeri;
- standardizzazione dei giunti e dei collegamenti (dove spesso nascono i problemi reali in opera);
- certificazioni e accettazione nei codici edilizi (che richiedono dati e ripetibilità).
In particolare, per i polimeri caricati con fibra, la direzionalità delle proprietà (anisotropia) e il comportamento sotto carichi prolungati sono temi che vanno dimostrati con campagne di prova estese.
Il contesto: altre strade “plastica + edilizia”
Nel panorama internazionale, l’uso di plastica riciclata in edilizia segue più filoni. Alcune aziende puntano alla stampa 3D di moduli abitativi completi in polimeri riciclati; altre, come nel caso MIT, cercano di sostituire specifiche parti della struttura (telai, capriate, travi) mantenendo il resto del sistema costruttivo simile a quello attuale. Esistono anche approcci modulari “a blocchi” in cui elementi stampati si assemblano e poi lavorano in combinazione con altri materiali (ad esempio calcestruzzo), con l’obiettivo di ridurre peso e quantità di armature metalliche.
