Ottimizzazione dello spessore per il risparmio di materiali nella stampa 3D del calcestruzzo
Un team di ricercatori di École des Ponts ParisTech, coordinato dal dottor Romain Mesnil, ha messo a punto un framework di ottimizzazione per la stampa 3D del calcestruzzo capace di ridurre fino al 25 % il consumo di materiale, senza sacrificare la sicurezza strutturale. Pubblicato su Automation in Construction, lo studio prende le mosse dall’osservazione che nelle tecniche attuali di 3D concrete printing (3DCP) si impone quasi sempre uno spessore uniforme delle pareti, scelta dovuta alla complessità dei modelli numerici e all’assenza di strumenti di ottimizzazione in tempo reale.
Metodologia basata su elementi shell e spline di Bézier
Per superare questi limiti, il gruppo ha implementato un’analisi a elementi finiti “leggera”, basata su gusci (shell elements), in grado di simulare il comportamento meccanico delle strutture durante la deposizione. Il cuore del processo è una routine parametrica che collega portata di materiale e velocità del getto robotico alla variazione di spessore delle sezioni stampate, controllata tramite curve di Bézier. Questa strategia consente di creare gradienti di spessore mirati a garantire resistenza al carico e stabilità per instabilità flessionali, senza ricorrere a eccessive sovradimensionature.
Validazione con sistemi XTreeE e applicazioni su forme complesse
Per dimostrare l’efficacia del framework, i ricercatori hanno impiegato un braccio robotico fornito da XTreeE e una malta 2K appositamente formulata. Nel corso di prove su modelli a forma di cupola e di clessidra, il metodo con spessore variabile ha mostrato:
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25 % di risparmio sul volume di calcestruzzo utilizzato
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20 % di riduzione dei costi di stampa rispetto al metodo tradizionale
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Maggiore stabilità nelle fasi critiche di deposizione
In particolare, la clessidra ha evidenziato come le variazioni di spessore, calibrate in funzione delle sollecitazioni locali, possano migliorare l’efficienza e accelerare la produzione.
Vantaggi per la sostenibilità e integrazione nel workflow di progettazione
L’adozione di questa metodologia porta a un impatto ambientale inferiore, grazie alla minore emissione di CO₂ legata alla produzione di calcestruzzo, e a un aumento della produttività grazie a tempi di stampa ridotti. Per favorire la diffusione della soluzione, il team ha sviluppato un flusso di lavoro compatibile con Grasshopper e Karamba, plugin per Rhino ampiamente utilizzati nei processi parametrici di progettazione e simulazione.
