Introduzione all’Aerial Additive Manufacturing
Un consorzio di ricerca guidato da EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) e Empa (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology), in collaborazione con Imperial College London e University College London (UCL), ha presentato un approccio innovativo alla stampa 3D in quota, noto come Aerial Additive Manufacturing (Aerial AM). L’obiettivo è superare i vincoli delle tradizionali gru e piattaforme terrestri, impiegando droni dotati di bracci robotici e sistemi di deposizione per edificare strutture in ambienti difficilmente accessibili, come pareti montane, torri di trasmissione e aree di intervento post-catastrofe.
Tre modalità costruttive per esigenze diverse
Il documento “Aerial Additive Manufacturing: Towards On-site Building Construction with Aerial Robots” descrive tre strategie operative:
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Metodo Discreto, che sfrutta blocchi prefabbricati o elementi a incastro prodotti in serie da aziende di prefabbricazione, consentendo rapidi montaggi e sostituzioni localizzate;
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Metodo a Tensione, impiego di cavi ad alta resistenza, simili a quelli sviluppati da specialisti di architettura tessile, per generare telai autoportanti attraverso la tensione controllata delle linee;
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Metodo Continuo, con estrusori a bordo drone capaci di depositare materiali cementizi o polimerici in strati sovrapposti, ispirandosi ai progetti di concrete 3D printing già in sperimentazione presso realtà come l’Italian Offshore 3D Printing Consortium.
Framework di autonomia a cinque livelli
Per garantire un funzionamento coordinato e sicuro delle flotte di droni, i ricercatori hanno strutturato un sistema di controllo suddiviso in cinque gradi di autonomia:
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Definizione automatica del percorso di volo in base a mappe 3D del sito;
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Adattamento in tempo reale alle condizioni atmosferiche, misurate tramite sensori barometrici e anemometrici;
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Monitoraggio della qualità del deposito con telecamere stereoscopiche e lidar montati sui droni;
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Gestione sincronizzata di più unità per operazioni simultanee su lavorazioni di grandi dimensioni;
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Supervisione da remoto da parte degli operatori, con possibilità di intervento manuale limitato.
Sicurezza degli operatori e riduzione dell’impatto ambientale
L’impiego di piattaforme volanti alleggerisce le squadre di costruzione tradizionali da attività ad alto rischio, come lavoro in quota e movimentazione di carichi pesanti, diminuendo la probabilità di infortuni da caduta. La deposizione mirata dei materiali riduce gli scarti, mentre l’assenza di infrastrutture di accesso—strade, ponteggi e gru—minimizza la perturbazione del terreno e della vegetazione circostante.
DroneHub: il laboratorio per la sperimentazione in scala reale
Per accelerare la transizione dal laboratorio al cantiere, Empa ha allestito DroneHub all’interno del complesso NEST di Dübendorf. Questa struttura offre aree di volo controllato, pareti modulari riproducenti facciate ed elementi di monitoraggio ambientale, permettendo di testare droni da costruzione in condizioni vicine a quelle reali. Il confronto tra prove in DroneHub e interventi sperimentali sul campo, in collaborazione con partner militari e civili, offrirà dati essenziali per ottimizzare algoritmi di navigazione e strategie di deposizione.
Esempi pratici e collaborazioni internazionali
Nel 2025, il team della Luleå University of Technology ha dimostrato un sistema autonomo per la stampa di strutture foam, basato su mesh decomposition. Parallelamente, ricercatori di Imperial College London, University of Bath e UCL avevano già realizzato un “sciame” di droni per la stampa di travi in calcestruzzo fibrorinforzato, impiegando droni scout per la scansione e droni estrusori per la stesura di materiali, garantendo sovrapposizioni precise tra strati.
Sfide da superare e sviluppo futuro
Tra le principali difficoltà emergono la formulazione di materiali in grado di indurire rapidamente all’aperto, la fusione fra sistemi GNSS e sensori ottici per la localizzazione di precisione, e la creazione di protocolli di comunicazione resilienti per flotte numerose. Superati questi ostacoli, Aerial AM potrà essere applicato nella manutenzione di pale eoliche, nella rapida ricostruzione di infrastrutture dopo eventi sismici, nonché nella realizzazione di moduli abitativi in situazioni di emergenza.
