La rivoluzione della stampa 3D è finalmente arrivata?
Motori di auto, medicinali su misura, organi per trapianti, cibo, moda e ora anche un’intera strada di case… La promessa vincente della stampa 3D si sta finalmente avverando?
I mattoni Accrington o Nori, che furono cotti per la prima volta nella città di Accrington nel Lancashire nel 1887, divennero rapidamente leggendari come i mattoni più duri mai prodotti. La loro forza, derivata dalle proprietà chimiche dell’argilla locale, ha permesso a megastrutture di sorgere in tutto il mondo, tra cui la Blackpool Tower nel 1894 e l’Empire State Building a New York nel 1930. Si dice che il loro nome derivi da quando intendevano scrivere “ferro” sul camino dell’opera.
Quest’anno un materiale da costruzione diverso, sebbene ugualmente pionieristico, attirerà l’attenzione sulla città, che si trova a 20 miglia a nord di Manchester e la cui più recente affermazione di fama è stata discussa in una pubblicità del 1989 per il latte. Su Charter Street, su un pezzo di terreno in disuso di proprietà del comune, è prevista la costruzione di 46 case a zero emissioni nette, da appartamenti con una camera da letto a case con quattro letti, tutte occupate da famiglie a basso reddito o veterani militari . Le case non saranno realizzate con mattoni Nori, ma con cemento estruso 3D. Quando lo sviluppo sarà completato, potenzialmente alla fine del 2023, sarà il più grande complesso di edifici stampati in Europa.
“Mio nonno in realtà lavorava alla fabbrica di mattoni”, dice Scott Moon, nato e cresciuto ad Accrington, la cui azienda, Building for Humanity , è dietro il progetto di Charter Street. “Quando ero giovane mi portava lì di notte e io salivo sul retro del carrello elevatore. Quindi, che lo benedica, se potesse vederci ora, in procinto di avviare tipografie di cemento ad Accrington… “
Ricordi la stampa 3D , nota anche come produzione additiva, giusto? Probabilmente hai letto un articolo intorno al 2012 che prevedeva come ogni casa avrebbe presto avuto una stampante 3D che avremmo usato per ogni tipo di compito ingegnoso. OK, beh, non è successo. “Nessuno farà pezzi per la propria lavatrice quando si rompe”, afferma Richard Hague, professore di produzione additiva all’Università di Nottingham. «Persone che fabbricano manici per le loro pentole quando cadono? Nessuno lo farà e saresti arrabbiato se lo facessi. Puoi semplicemente ordinare roba da Amazon più velocemente e riceverla il giorno successivo.
Ma mentre l’uso domestico delle stampanti 3D non è decollato, furtivamente la tecnologia si è fatta strada nelle nostre vite in altri modi. Quasi tutti – oltre il 99% – gli apparecchi acustici personalizzati sono ora stampati in 3D in resina acrilica, e lo sono stati per anni. La produzione additiva è ampiamente utilizzata in odontoiatria: gli allineatori dentali, che stanno prendendo sempre più il posto dei tradizionali apparecchi metallici, sarebbero quasi impossibili senza la stampa 3D. Adidas e Nike usano la tecnologia nelle loro scarpe. Ci sono parti stampate in 3D su tutti i nuovi aerei e in un numero crescente di automobili.
“Quello che è successo 10 anni fa, quando c’è stato questo enorme clamore, sono state scritte così tante sciocchezze: ‘Stamperai qualsiasi cosa con queste macchine! Conquisterà il mondo!’”, dice Hague. “Ma ora sta diventando una tecnologia davvero matura, non è più una tecnologia emergente. È ampiamente implementato da artisti del calibro di Rolls-Royce e General Electric, e lavoriamo con AstraZeneca, GSK., un intero gruppo di persone diverse. Stampare cose a casa non sarebbe mai successo, ma si è sviluppato in un’industria multimiliardaria”.
Non è un’esagerazione: Hubs, un mercato per i servizi di produzione, prevede che il mercato della stampa 3D sarà quasi triplicato entro il 2026, con un valore di 44,5 miliardi di dollari. L’edilizia è una delle aree di crescita. Nel 2018, una famiglia francese e i loro tre figli sono diventati la prima famiglia a vivere in una casa stampata in 3D. Il bungalow con quattro camere da letto a Nantes ha impiegato 54 ore per la stampa ed è costato 176.000 sterline. Strutture più ambiziose sono seguite nei Paesi Bassi, negli Stati Uniti ea Dubai. Il progetto Accrington è stato reso possibile dai recenti sviluppi nel calcestruzzo stampabile portante che offre buone prestazioni, ma è anche conveniente.
“In termini molto, molto semplici, hai un impianto che si trova in loco, sopra dove sarà la casa”, spiega il dott. Marchant van den Heever , un ingegnere strutturale che lavora per Harcourt Technologies (HTL) con sede a Dublino, la costruzione partner di Building for Humanity nel progetto Charter Street. “E hai un sistema di consegna del materiale. Quindi mescoli il cemento, che inserisci nella testina di stampa. Ed essenzialmente questa testina di stampa è come una gigantesca macchina per glassare la torta che estrude il cemento, uno dei materiali più robusti al mondo.
Se immagini un libro, ogni pagina del libro è uno strato di cemento”, aggiunge van den Heever, “e questi strati consecutivi si impilano uno sopra l’altro e formano la tua sovrastruttura”.
L’analogia con la torta è utile. I primi progetti di costruzione 3D hanno in genere un esterno a coste, Michelin-Man, come la finitura tubata di una sfida frettolosa su Bake Off . Ma la sofisticatezza della finitura sta migliorando velocemente e gli edifici stampati in 3D spesso appaiono ora in storie per artisti del calibro del sito web di design Dezeen e Architectural Digest. Ma ciò che davvero entusiasma aziende come Building for Humanity e HTL sono i potenziali risparmi e le efficienze offerte dalla nuova tecnologia. Charter Street ha un budget previsto di 6 milioni di sterline, una riduzione dei costi stimata del 25% rispetto a costruzioni comparabili. Sarà realizzato con materiali sostenibili, spesso riciclati, in quello che sperano sarà la metà del tempo del cantiere: 101 giorni lavorativi, invece di più di 12 mesi.
“Essere competitivi in termini di costi fin dall’inizio è abbastanza inaudito per una tecnologia emergente”, afferma Justin Kinsella , un architetto che ha fondato Harcourt 20 anni fa e che sta facendo la sua prima incursione negli edifici stampati in 3D. “Siamo solo entusiasti di avere persone che vengono sul posto, sbattere la porta, il muro non vacilla. Dai un calcio al muro, quello non si muove. Il tetto c’è. Accendi le luci, questa è la prova e la gente allora, credo, ne rimarrà sbalordita.
Descritta per la prima volta nella scrittura di fantascienza negli anni ’50, la stampa 3D è diventata una realtà fondamentale negli anni ’80. I principi fondamentali rimangono gli stessi oggi: un oggetto viene creato strato dopo strato – quindi additivo – da zero. (Immagina la formazione di roccia sedimentaria, davvero, molto velocemente.) Questo potrebbe essere fatto estrudendo fisicamente un materiale, come nel progetto di costruzione ad Accrington, oppure potrebbero essere raggi laser guidati da computer che creano strati, che possono essere sottili come un capello umano, fondendo polveri di metallo, plastica o altri materiali. Uno dei grandi vantaggi immediati della produzione additiva è che stampi solo ciò di cui hai bisogno. Ciò contrasta con la lavorazione di un pezzo di metallo, ad esempio, in cui potresti ritagliarne la maggior parte, che viene quindi sprecata o deve essere riciclata.
Nei primi anni, però, la stampa 3D era costosa, lenta e soggetta a gaffe. Solo di recente la tecnologia si è sviluppata per superare alcuni di questi difetti. Inoltre, c’è stata una netta consapevolezza che la stampa 3D non sarà una bacchetta magica. “Potrei sembrare un bambino entusiasta e sono davvero entusiasta”, afferma Hague. “Ma sono estremamente realistico su ciò che può e non può essere fatto. E quindi non farai tutto con l’additivo.
Una delle aree di entusiasmo dieci anni fa era l’idea di stampare cibo in 3D. In questa visione del futuro, scendevamo a colazione con un croissant appena stampato o mettevamo un po’ di pasta nella macchina, toccavamo qualche pulsante e tornavamo ai ravioli “fatti in casa”. I nuovi prodotti affronterebbero anche una delle grandi sfide della nostra epoca: un terzo del cibo prodotto nel mondo, circa 1,3 miliardi di tonnellate, viene sprecato.
È stata questa statistica a portare in campo la 26enne Elzelinde van Doleweerd , laureata in design industriale presso l’Università di tecnologia di Eindhoven nei Paesi Bassi. Ha iniziato a sperimentare pane, frutta e verdura, il cibo più avariato nel nord Europa, per vedere se disidratarli e trasformarli in belle forme potesse dar loro una seconda vita. Ciò ha portato a un posizionamento di sei mesi nel 2021 nella cucina di prova del ristorante Alchemist di Copenaghen , che attualmente è al 18 ° posto nella lista dei 50 migliori al mondo.
Alla fine del suo periodo all’Alchemist, van Doleweerd aveva perfezionato una “tartelette” di barbabietole e carote che veniva servita su petali stampati in 3D a base di chitosano, uno zucchero derivato dalla pelle esterna dei molluschi, e guarnita con fiori commestibili. Sembra sbalorditivo: “È una bella atmosfera!” conferma van Doleweerd, ma deve ancora entrare nel menu di Alchemist a causa delle difficoltà di produrlo sotto pressione ad ogni servizio.
Per van Doleweerd, che ora lavora nel laboratorio alimentare del ristorante De Nieuwe Winkel nei Paesi Bassi, che è stato valutato come il miglior ristorante a base vegetale del mondo, è difficile immaginare che il cibo stampato in 3D entri presto nel mainstream. “Penso che sia abbastanza specializzato”, ammette. “L’ultimo sviluppo che vediamo nel cibo e nella cucina casalinga è che non dovrebbe richiedere molto tempo e non vogliamo impegnarci così tanto. Forse se abbiamo un grande sviluppo in cui puoi semplicemente iniziare a parlare con la tua stampante, come quando ti alzi dal letto, “Per favore, preparami la colazione!” Vedremo, ma non ci credo ancora molto”.
Dove la stampa 3D sembra prosperare, osserva Hague, è nella personalizzazione e nel design leggero. “Puoi creare geometrie super complesse che non puoi fare in nessun altro modo”, dice. Una società che sfrutta la libertà geometrica della tecnologia è Czinger, la casa automobilistica con sede a Los Angeles. In questo momento, Czinger offre solo un modello, il 21C, ma è un capogiro: un’hypercar con una velocità massima di 253 mph, un tempo 0-60 inferiore a 2 secondi e un prezzo di $ 2 milioni. Parti di automobili, in particolare parti di prototipi, sono state stampate in 3D per un po’, ma il 21C va molto oltre. “Non è affatto un’auto”, ha scritto Jack Rix, editore di Top Gear Magazine della BBC nella sua recensione del 21C, “è un dimostratore di ciò che è possibile con il design digitale e la stampa 3D”.
Czinger è il nome e la visione dei suoi fondatori, papà Kevin Czinger e suo figlio Lukas, 28 anni. La loro azienda ha più di 150 dipendenti e sono stati reclutati dai team Ferrari e F1 ma anche Apple e SpaceX.
“Entrambi amiamo guidare, entrambi volevamo realizzare un’auto che ci togliesse il fiato”, spiega Lukas Czinger in una videochiamata alle 7 del mattino (per lui). “E certamente avendo quella macchina in pista, non sembra niente che io abbia mai guidato, niente che abbia mai guidato mio padre, il carico aerodinamico, la posizione in sella, la pura potenza. È tutto ciò che abbiamo sognato. È selvaggio nel migliore dei modi. È come essere nella cabina di pilotaggio di un jet da combattimento, ma invece di essere in aria, in qualche modo sei ancora piantato a terra. Non capisci più del tutto la fisica.”
Potresti legittimamente chiederti quanta rilevanza abbia un’hypercar da $ 2 milioni per qualsiasi cosa nel mondo reale. Ma Czinger produce componenti per almeno altri otto marchi automobilistici tradizionali: l’unico che possono nominare al momento è Aston Martin. Le parti stampate in 3D possono essere più leggere, più aerodinamiche e potenzialmente più resistenti, sostiene Lukas Czinger, e tutti questi sviluppi hanno un potenziale vantaggio ambientale, poiché le auto diventano più efficienti in termini di consumo di carburante. “Nei prossimi cinque anni comincerai a vederlo sulle auto di tutti i giorni”, prevede. “E nei prossimi 10 anni, praticamente lo avrete visto sostituire la maggior parte della fusione, dell’estrusione e dello stampaggio. Quindi, sì, credo pienamente che sia il futuro.
Chiedo a Rix di Top Gear se accetta l’affermazione di Czinger secondo cui il 21C è un “veicolo storicamente significativo” che cambierà radicalmente l’industria automobilistica. “Ogni casa automobilistica cerca continuamente di migliorare l’imballaggio, ridurre il peso, aumentare l’efficienza del carburante, ma trova anche modi per costruire le proprie auto con una qualità superiore e a un prezzo inferiore”, risponde Rix. “Czinger afferma di aver risolto tutti questi problemi in un colpo solo”. Quanto a quanto sarà influente questa tecnologia: “È solo una questione di tempo prima che tutte le nuove auto abbiano alcune parti stampate in 3D”.
Siamo già stati qui, ovviamente: la stampa 3D salverà il mondo! Allora perché crederci adesso? Ci sono prove crescenti che l’hype, questa volta, potrebbe non essere sopravvalutato. Non tutti questi sviluppi toccheranno immediatamente le nostre vite. La Nasa e tutte le società di esplorazione spaziale utilizzano già processi additivi per realizzare parti per i loro razzi. Ma stanno anche studiando le sfide che si presenteranno una volta atterrati sulla Luna o su Marte. Non potranno portare con sé tutte le risorse, quindi devono trovare metodi per costruire e procurarsi il cibo: magari utilizzando l’energia diretta dal sole e i materiali che troveranno sul terreno. La Nasa finanzia un progetto che sta cercando di riciclare l’urina, le feci e il respiro degli astronauti durante i lunghi viaggi per produrre cibo e plastica per la stampa 3D.
Ma, se non l’ha già fatto, la produzione additiva toccherà presto – e forse anche estenderà – tutte le nostre vite. L’azienda americana Stryker utilizza la stampa 3D per produrre impianti ortopedici complessi che altrimenti non sarebbero possibili. Negli Stati Uniti l’anno scorso, l’orecchio di una donna è stato ricostruito con un impianto di tessuto vivente stampato in 3D. Un’impalcatura polmonare umana è stata presentata in una conferenza a San Diego la scorsa estate, forse l’oggetto più complicato mai creato utilizzando la produzione additiva.
Richard Hague dell’Università di Nottingham sta attualmente lavorando con GSK e AstraZeneca alla stampa 3D di “biopillole” – più farmaci in un’unica pillola che sono personalizzati per ogni paziente, il che semplificherà notevolmente ciò che è necessario assumere e quando, soprattutto per gli anziani persone. “La conformità è un problema enorme: hai tutti questi farmaci, la gente semplicemente non li prende”, dice Hague. “Questi sono enormi vantaggi potenziali che le persone possono comprendere”.
È qui che la promessa della stampa 3D diventa irresistibile, dove la tecnologia rende chiaramente la vita più semplice o migliore, senza spese aggiuntive per il consumatore. Ad Accrington, Building for Humanity vuole mettere sulla scala degli alloggi persone che altrimenti non sarebbero mai in grado di permetterselo. Una delle case è stata riservata a Mark Harrison, 44 anni, un veterano della città che ha ricevuto un congedo medico dall’esercito nel 2001 dopo due tournée in Bosnia, e successivamente gli è stato diagnosticato un disturbo da stress post-traumatico.
Harrison stima di aver vissuto in 20 case negli ultimi 20 anni, ma spera che Charter Street fornisca stabilità a lui e ai suoi tre figli. Viene anche addestrato da HTL per utilizzare i macchinari di stampa: potrebbe avere un nuovo lavoro oltre a dare una mano nella costruzione della sua nuova casa.
“In tutti questi anni sono andato in terapia e sto facendo del mio meglio per dare il via e migliorare”, dice Harrison. “La casa sarebbe la ciliegina sulla torta. Mi darà un posto dove mettere radici: qualcosa per il futuro dei miei figli e per farmi stare nello stesso posto per più di due minuti. È stato difficile, ma sì, è un’incredibile opportunità. Sembra proprio che tutto sia finalmente andato a posto.
Tim Lewis da the Guardian https://www.theguardian.com/technology/2023/mar/12/3d-printing-the-new-technology-comes-into-its-own
