Sistema australiano di stampa 3D del calcestruzzo sott’acqua senza acceleranti: un nuovo approccio per infrastrutture marine e difesa
Un team di ricerca della University of Wollongong (UOW), in Australia, in collaborazione con l’azienda di stampa 3D per le costruzioni LUYTEN 3D, ha sviluppato un sistema di stampa 3D del calcestruzzo in ambiente subacqueo che non richiede l’uso di acceleranti chimici o additivi rapidi per garantire la stabilità del materiale. Il progetto combina un sistema di deposizione subacqueo e una miscela di calcestruzzo “single-mix”, progettata per mantenere coesione, forma e resistenza nel tempo direttamente in acqua, aprendo la strada a nuove applicazioni per infrastrutture portuali, difesa, energia offshore e interventi di manutenzione in situ.
Contesto: perché stampare calcestruzzo sott’acqua e limiti degli approcci tradizionali
La stampa 3D del calcestruzzo in ambienti subacquei punta a ridurre la complessità di interventi come riparazione di moli, banchine, fondazioni di ponti, dighe, condotte sottomarine e strutture offshore, che spesso richiedono cofferdam, pompaggio dell’acqua, prefabbricazione e lunghi tempi di fermo. Un processo additivo in situ consente di depositare materiale solo dove necessario, limitando movimentazioni pesanti, cantieri invasivi e dipendenza da squadre di sommozzatori specializzati.
Nella letteratura e nei progetti precedenti, molte soluzioni di underwater 3D concrete printing hanno adottato architetture a due stadi, con una fase “fluida e pompabile” e una fase “stampabile e portante”, gestite tramite l’iniezione di acceleranti vicino all’ugello. Questa strategia permette al materiale di restare lavorabile lungo la linea di pompaggio e di indurire rapidamente all’atto della deposizione, ma introduce complessità impiantistiche, rischi di washout, dipendenza da additivi anti-dilavamento e maggiori criticità di controllo della miscela in condizioni operative variabili.
Il contributo di University of Wollongong e LUYTEN 3D
Il nuovo sistema sviluppato da University of Wollongong e LUYTEN 3D rappresenta il primo sistema di stampa 3D del calcestruzzo sott’acqua dimostrato in Australia e un raro esempio di calcestruzzo subacqueo “single-mix” che si stabilizza senza acceleranti. Il gruppo di lavoro UOW–LUYTEN ha messo a punto sia l’hardware di deposizione in ambiente sommerso sia una miscela cementizia specifica, in grado di mantenere pompabilità lungo il circuito e al contempo costruibilità in acqua, senza ricorrere a sistemi multi-stadio o a catalizzatori rapidi.
Il partner industriale LUYTEN 3D è una società specializzata in stampa 3D per il settore delle costruzioni, con sede a Melbourne e attività globali nella fornitura di stampanti di grande formato, materiali e software per edifici e infrastrutture. La collaborazione con University of Wollongong rafforza il posizionamento di LUYTEN 3D nel segmento delle applicazioni estreme e ad alto contenuto tecnologico, come ambienti marini, difesa e, nel lungo termine, scenari extra‑terrestri.
La miscela di calcestruzzo “single-mix” senza acceleranti
Elemento chiave del progetto è la formulazione di un calcestruzzo subacqueo “single-mix” che non richiede l’uso di acceleranti chimici o additivi di presa rapida. La miscela è stata progettata per affrontare il problema del washout attraverso il design reologico e granulometrico, bilanciando viscosità, coesione e stabilità in acqua in modo che il materiale mantenga la forma dopo l’estrusione.
Secondo il responsabile del progetto, i test in vasca hanno dimostrato che la soluzione non è solo valida in teoria, ma anche praticabile dal punto di vista strutturale, con capacità di sopportare carichi e assicurare integrità su geometrie rilevanti. La scelta di evitare acceleranti non riduce l’efficacia della presa, ma sposta la complessità sulla progettazione dei materiali, con potenziali benefici su sicurezza, ripetibilità e impatto ambientale lungo il ciclo di vita dell’opera.
Architettura del sistema di stampa subacqueo e validazione sperimentale
Il sistema di stampa 3D subacqueo sviluppato dal team UOW–LUYTEN integra una testina di estrusione per calcestruzzo con un sistema robotico o meccatronico in grado di operare all’interno di una vasca o ambiente sommerso, mantenendo controllo sulla traiettoria e sulla velocità di deposizione. Le prove sperimentali sono state condotte in vasche di prova dedicate, dove i ricercatori hanno potuto valutare l’effetto dei parametri di stampa su forma del cordone, stabilità laterale e adesione interstrato.
I test comprendono elementi dimostrativi in scala ridotta, ma con geometrie rappresentative di possibili strutture reali, come muri, colonne e segmenti di fondazione, per verificare la capacità della miscela di mantenere profili definiti e capacità portante. In contesti paralleli, come progetti finanziati da agenzie governative, sono in corso sperimentazioni su archi subacquei e strutture più complesse che fungono da benchmark per resistenza, controllo della forma e continuità strutturale, segnalando una tendenza generale verso la validazione meccanica e funzionale della stampa 3D subacquea.
Applicazioni in porti, difesa e infrastrutture energetiche
Il sistema di stampa 3D subacquea di University of Wollongong e LUYTEN 3D è pensato per intervenire su una gamma di infrastrutture critiche: porti, banchine, difese costiere, strutture per la logistica navale, asset militari e infrastrutture energetiche offshore. La possibilità di costruire o riparare elementi direttamente in sito, senza rimuovere l’acqua, riduce sensibilmente tempi di fermo, costi per opere provvisionali e rischi operativi per gli operatori subacquei.
Tra le applicazioni potenziali figura l’utilizzo per infrastrutture legate a programmi di difesa e per ancoraggi e fondazioni di parchi eolici galleggianti, che richiedono soluzioni robuste e installabili in condizioni marine severe. Il sistema, se opportunamente industrializzato, potrebbe inoltre trovare impiego nella protezione e rinforzo di condotte e cavi sottomarini, opere di difesa costiera contro erosione e innalzamento del livello del mare e interventi di retrofit su strutture esistenti soggette a degrado.
Implicazioni per sostenibilità, costi e sicurezza
L’eliminazione degli acceleranti chimici nella miscela subacquea comporta potenziali benefici ambientali e di sicurezza, riducendo l’uso di additivi specialistici e semplificando la gestione dei materiali in cantiere. Un processo di stampa additiva in situ permette inoltre di limitare trasporti e movimentazione di prefabbricati, con impatti positivi sulla logistica e sull’impronta di carbonio complessiva del progetto, in linea con gli obiettivi di sostenibilità di molte amministrazioni portuali e operatori energetici.
Dal punto di vista economico, un sistema serializzabile di stampa 3D subacquea può portare a riduzioni dei costi operativi, grazie a una maggiore automazione, minori tempi di installazione e possibilità di programmare interventi mirati e ripetibili. Inoltre, la riduzione dell’esposizione diretta di operatori umani in ambienti subacquei pericolosi contribuisce a migliorare i livelli di sicurezza e a diminuire i rischi legati a immersioni prolungate e lavori manuali complessi in condizioni di scarsa visibilità.
Prospettive future: dal mare allo spazio
Il team UOW–LUYTEN sottolinea come la capacità di stampare strutture in calcestruzzo sott’acqua con una miscela single-mix, progettata per funzionare in un ambiente ostile e ricco di vincoli, rappresenti anche un banco di prova per scenari extra‑terrestri. Le conoscenze sviluppate per la stampa in condizioni subacquee – forte presenza di fluidi, accesso limitato, necessità di usare materiali locali – possono infatti essere trasferite alla costruzione sulla Luna o su altri corpi celesti, dove si prevede l’uso di regolite o altri aggregati in situ come base per materiali cementizi.
In generale, la ricerca sulla stampa 3D del calcestruzzo in ambienti estremi va di pari passo con lo sviluppo di nuove formulazioni, sensori e sistemi di controllo per monitorare qualità, densità, adesione e prestazioni nel tempo. La collaborazione tra università e aziende come University of Wollongong e LUYTEN 3D mostra come l’integrazione tra ricerca accademica e sviluppo industriale sia essenziale per trasformare prototipi di laboratorio in soluzioni operative per infrastrutture critiche.
