La stampa 3D del calcestruzzo funziona bene quando il sistema può muoversi liberamente intorno a una parete isolata. Il problema diventa più complesso quando bisogna collegare la nuova costruzione a un muro esistente, iniziare la deposizione dentro un angolo oppure lavorare vicino a colonne, impianti e parti già completate.
INSTATIQ ha affrontato questa difficoltà progettando un sistema di movimento composto da due livelli. Un grande braccio articolato copre l’area di costruzione, mentre un meccanismo più piccolo e preciso, installato vicino all’ugello, esegue le correzioni finali.
La soluzione è descritta nella domanda di brevetto tedesca DE102025100368A1, presentata da INSTATIQ GmbH. Il documento non annuncia una nuova miscela di calcestruzzo e non introduce un diverso processo chimico. Il suo elemento centrale è un’architettura meccanica che dovrebbe permettere alla testa di stampa di raggiungere punti normalmente inaccessibili a un braccio robotico di grandi dimensioni.
Perché un grande braccio non basta
I sistemi mobili per la stampa 3D in edilizia devono combinare due esigenze difficili da conciliare: raggiungere un’area molto ampia e mantenere una buona precisione durante la deposizione.
Un braccio lungo può coprire pareti e strutture di dimensioni edilizie, ma aumenta la distanza tra la base della macchina e l’ugello. Flessione, oscillazioni, giochi meccanici e vibrazioni possono quindi avere un effetto più evidente sulla posizione finale della testa.
Il problema non riguarda soltanto la precisione del cordone di calcestruzzo. Il braccio, i tubi di alimentazione e la struttura che circonda l’ugello occupano uno spazio considerevole. Anche quando l’estremità della bocchetta può teoricamente raggiungere un punto, il resto del sistema potrebbe urtare contro una parete o contro un altro elemento dell’edificio.
Questa interferenza diventa critica quando bisogna iniziare una linea di deposizione esattamente contro un muro. Nei sistemi convenzionali l’ugello può essere costretto a partire a una certa distanza dalla parete, lasciando un’interruzione da riempire attraverso una lavorazione separata.
La conseguenza è che la stampa può produrre facilmente pareti indipendenti, mentre incontra maggiori difficoltà quando deve integrarsi con la geometria reale del cantiere.
Due sistemi di movimento sovrapposti
La configurazione proposta da INSTATIQ utilizza il braccio principale per il posizionamento su larga scala. Nelle illustrazioni della domanda di brevetto viene mostrato un braccio multisezione simile a quello impiegato nelle pompe autocarrate per calcestruzzo.
Questo primo sistema porta il materiale e la testa di stampa nella zona richiesta dal progetto. All’estremità del braccio viene collocato un secondo meccanismo, più piccolo e veloce, che controlla la posizione dell’ugello rispetto alla struttura principale.
La soluzione preferita indicata nel documento è un robot delta. Questa architettura utilizza più bracci collegati a una piattaforma mobile e permette di ottenere movimenti rapidi con masse relativamente contenute.
Il braccio principale fornisce quindi la portata, mentre il robot delta gestisce la precisione locale. La combinazione consente di separare due funzioni che, affidate a un unico sistema, diventerebbero più difficili da controllare.
Il robot delta potrebbe anche compensare gli errori del posizionamento principale. Se il grande braccio si muove leggermente sotto il proprio peso oppure viene interessato da una vibrazione, il sistema più piccolo può correggere la traiettoria dell’ugello senza obbligare l’intera struttura a eseguire una regolazione altrettanto rapida.
Un ugello che deposita il materiale quasi orizzontalmente
La domanda di brevetto descrive un’uscita orientata in posizione prevalentemente orizzontale. Il calcestruzzo fresco viene estruso formando un cordone continuo, mentre la testa arretra a una velocità coordinata con quella di uscita del materiale.
Questa sincronizzazione è importante. Se l’ugello si muove troppo lentamente, il calcestruzzo viene compresso e accumulato. Se si muove troppo velocemente, il cordone può assottigliarsi, allungarsi o interrompersi.
Facendo corrispondere la velocità di arretramento a quella di estrusione, il sistema cerca di mantenere la sezione del materiale simile a quella dell’apertura della bocchetta.
Il documento contempla ugelli con larghezze comprese indicativamente tra 100 e 800 millimetri e altezze tra 15 e 400 millimetri. Una configurazione considerata preferibile prevede un’apertura larga circa 400 millimetri e alta 50 millimetri.
Questi valori non devono essere interpretati come le specifiche definitive di un prodotto commerciale. Descrivono il campo di applicazione considerato dagli autori della domanda brevettuale e mostrano che il concetto è destinato alla produzione di pareti edilizie, non alla realizzazione di piccoli elementi decorativi.
La modalità di deposizione contro una parete
La parte più particolare del progetto è una modalità che può essere definita di appoggio o di pressione iniziale.
Per utilizzarla, l’uscita dell’ugello viene spostata lateralmente rispetto all’ingombro esterno del robot delta. La bocchetta può così oltrepassare il profilo del meccanismo e avvicinarsi a una parete senza che i bracci del robot o la struttura della testa entrino in collisione.
Il piano di base del sistema delta può anche essere inclinato. Nel documento viene considerata un’inclinazione vicina ai 45 gradi, sufficiente per creare lo spazio necessario tra la testa e l’ostacolo.
Una volta raggiunto il punto iniziale, l’uscita dell’ugello viene collocata contro la superficie esistente. Il calcestruzzo comincia a fluire mentre la bocchetta è già a contatto con la parete. La testa si allontana poi gradualmente, continuando a depositare il materiale.
In questo modo il cordone non parte a qualche centimetro dal muro, ma nasce direttamente dall’interfaccia con la struttura esistente.
Il principio può sembrare semplice, ma risolve un problema geometrico concreto. Un braccio robotico tradizionale può raggiungere una determinata coordinata con il centro dell’utensile, ma non sempre riesce a farlo mantenendo libero tutto il volume occupato dalla testa, dai giunti e dai tubi.
Angoli, intersezioni e collegamenti tra pareti
La configurazione potrebbe essere utilizzata per realizzare pareti che si incontrano ad angolo retto, collegamenti a T e intersezioni con inclinazioni più strette.
Gli angoli interni sono difficili da raggiungere perché lo spazio disponibile diminuisce mentre la testa si avvicina al punto d’incontro tra le superfici. La possibilità di spostare lateralmente l’ugello e inclinare il robot delta permette di mantenere il corpo della macchina lontano dall’ostacolo.
Il sistema potrebbe risultare utile anche nei seguenti casi:
- collegamento di una parete stampata a una struttura tradizionale;
- completamento di una costruzione esistente;
- stampa intorno a colonne o elementi prefabbricati;
- formazione di pareti divisorie collegate a muri portanti;
- deposizione vicino ad aperture, vani e cavedi;
- realizzazione di geometrie curve in spazi limitati;
- integrazione con parti dell’edificio costruite in una fase precedente;
- riempimento di zone che un ugello collocato centralmente non riuscirebbe a raggiungere.
La testa e il sistema di posizionamento locale possono inoltre ruotare. Questa libertà di movimento permette di modificare l’orientamento del cordone durante la deposizione e di affrontare percorsi curvi o inclinati.
Quando non è necessario lavorare vicino a un ostacolo, l’ugello può tornare in una posizione più centrale rispetto al robot delta, ottenendo una configurazione meccanicamente più equilibrata.
Il collegamento con il sistema mobile INSTATIQ P1
INSTATIQ nasce dall’esperienza del gruppo Putzmeister nel pompaggio e nella movimentazione del calcestruzzo. La società ha sviluppato INSTATIQ P1, conosciuto durante le prime fasi del progetto con il nome KARLOS.
La macchina combina una pompa mobile, un braccio automatizzato e una testa per la deposizione controllata del calcestruzzo. Il braccio ha una portata dichiarata di circa 26 metri e può essere installato in cantiere senza costruire la grande struttura richiesta da una stampante a portale.
Il sistema è progettato per utilizzare calcestruzzo standard proveniente da un impianto di betonaggio o da un’autobetoniera. Questo approccio cerca di avvicinare la stampa 3D alle normali catene di fornitura dell’edilizia, evitando di dipendere esclusivamente da malte formulate in piccole quantità per la produzione additiva.
INSTATIQ indica per la propria piattaforma una velocità di stampa che può raggiungere circa 10 centimetri al secondo e un tempo di preparazione del cantiere nell’ordine di un’ora. Le prestazioni effettive dipendono comunque dalla geometria, dal materiale, dalle condizioni ambientali e dall’organizzazione del lavoro.
La domanda di brevetto appare coerente con questa impostazione mobile, ma non è possibile affermare che tutte le funzioni descritte siano già presenti sulla versione commerciale della P1. Il documento protegge un possibile sviluppo tecnico e non costituisce, da solo, la scheda di una macchina disponibile per l’acquisto.
Dalla parete isolata a un edificio completo
Una parte consistente dei progetti di stampa 3D edilizia mostra muri curvi o elementi indipendenti costruiti in aree libere. Sono dimostrazioni utili, ma un edificio reale comprende molte più interferenze.
Durante la costruzione devono essere gestiti pilastri, aperture, solai, armature, impianti, impermeabilizzazioni, giunti, elementi prefabbricati e parti completate da altre squadre. La stampante non opera sempre su una piattaforma vuota e perfettamente accessibile.
Il sistema descritto da INSTATIQ cerca di adattare il robot a queste condizioni. La possibilità di iniziare la deposizione contro una superficie può ridurre le lavorazioni manuali necessarie per chiudere gli spazi lasciati dalla macchina.
Questa funzione potrebbe consentire anche una pianificazione più flessibile. Invece di obbligare la stampante a realizzare tutte le pareti in una sequenza priva di ostacoli, alcune strutture potrebbero essere aggiunte quando altre parti dell’edificio sono già presenti.
Le esperienze con ZÜBLIN
Il percorso tecnologico di INSTATIQ comprende una collaborazione con ZÜBLIN, società del gruppo STRABAG. Le due aziende hanno utilizzato il precedente sistema KARLOS per costruire pareti portanti in calcestruzzo presso un magazzino STRABAG BMTI a Stoccarda-Weilimdorf.
In quel progetto il braccio automatizzato da 26 metri ha depositato pareti a tutta altezza seguendo un modello digitale. Il processo è stato impostato per produrre sezioni murarie piene e portanti, invece delle pareti cave o dei gusci destinati a essere riempiti in una fase successiva.
La collaborazione ha permesso a Putzmeister e ZÜBLIN di studiare l’impiego del sistema su una costruzione di dimensioni maggiori rispetto ai primi edifici dimostrativi. Il progetto ha incluso anche calcestruzzi a ridotte emissioni di anidride carbonica e l’alimentazione elettrica della macchina.
INSTATIQ ha poi applicato la piattaforma mobile in altri cantieri, tra i quali edifici residenziali, un piano di un complesso abitativo a Metzingen-Neugreuth, un seminterrato stampato in cantiere a Weißenhorn e le pareti di un supermercato a Neubulach.
Queste applicazioni non dimostrano automaticamente il funzionamento della testa descritta nella nuova domanda di brevetto, ma indicano che l’azienda dispone di una piattaforma industriale sulla quale il concetto potrebbe essere sviluppato e collaudato.
Il nodo strutturale dell’interfaccia
Riuscire a depositare il calcestruzzo contro una parete non significa avere già risolto tutti i problemi del collegamento.
L’interfaccia tra il materiale fresco e la superficie esistente deve essere valutata dal punto di vista dell’adesione, della trasmissione dei carichi, della tenuta all’acqua, del comportamento al fuoco e della durabilità.
Se la parete esistente è già indurita, il punto di contatto può comportarsi come un giunto di costruzione. La qualità del collegamento dipende dalla rugosità della superficie, dalla pulizia, dall’umidità, dalla composizione del calcestruzzo e dall’eventuale presenza di armature o connettori.
La testa mobile può migliorare la continuità geometrica della deposizione, ma non sostituisce la progettazione strutturale del giunto. Per alcune applicazioni sarà comunque necessario inserire ferri di ripresa, sistemi di ancoraggio o trattamenti della superficie.
Un altro elemento da verificare riguarda il controllo del materiale nel momento iniziale. Quando l’ugello è premuto contro un ostacolo, la pressione interna e il flusso devono essere regolati con precisione per evitare accumuli, vuoti o riflussi all’interno della testa.
Precisione e controllo in tempo reale
Il doppio sistema di movimento apre anche la possibilità di utilizzare sensori per correggere la posizione dell’ugello durante il lavoro.
Il robot delta potrebbe ricevere informazioni sulla posizione effettiva del braccio, sulla distanza dalla parete e sulla geometria già depositata. Le correzioni locali sarebbero eseguite senza cambiare l’intero percorso del grande braccio.
Questo tipo di compensazione diventa utile nelle macchine mobili, che lavorano su terreni e fondazioni diverse da quelle di un impianto industriale. Vento, temperatura, assestamento degli stabilizzatori e variazioni del carico possono influenzare il comportamento della struttura.
La domanda di brevetto mette soprattutto l’accento sulla configurazione meccanica. Per trasformarla in una soluzione produttiva saranno però determinanti il sistema di controllo, i sensori e la sincronizzazione con il pompaggio del calcestruzzo.
Una domanda di brevetto, non ancora un prodotto
La pubblicazione DE102025100368A1 deve essere letta come una domanda di protezione industriale. La lettera “A1” identifica infatti un documento di domanda pubblicato e non un brevetto tedesco già concesso.
Il contenuto mostra la direzione di sviluppo scelta da INSTATIQ, ma non garantisce che tutte le configurazioni descritte vengano costruite o commercializzate. Le domande brevettuali includono spesso più varianti per proteggere il principio tecnico e lasciare spazio a successive evoluzioni.
Prima di considerare la soluzione pronta per l’uso serviranno prove sulla precisione, sull’affidabilità del robot delta, sulla pulizia della testa, sul comportamento del calcestruzzo e sulla qualità delle connessioni con le strutture esistenti.
Il progetto affronta comunque una questione concreta: una stampante edilizia deve saper operare dentro un cantiere reale, non soltanto produrre pareti isolate in uno spazio privo di ostacoli.
La combinazione tra un braccio di grande portata e un sistema locale più agile potrebbe consentire a INSTATIQ di estendere la stampa 3D a intersezioni, ampliamenti e geometrie che oggi richiedono interventi manuali. Il passo successivo sarà dimostrare che questa maggiore accessibilità può essere ottenuta mantenendo continuità, precisione e prestazioni strutturali.
