Un team della Qingdao University of Technology, in collaborazione con ETH Zürich e Ghent University, ha sviluppato un modello numerico basato su Computational Fluid Dynamics (CFD) per valutare e prevedere con più accuratezza la geometria degli strati nel 3D concrete printing (3DCP). Il modello analizza l’influenza congiunta dei parametri di processo (velocità di stampa, altezza e diametro dell’ugello) e delle proprietà reologiche (in particolare la tensione di snervamento) sulla forma reale del cordolo depositato. I risultati numerici sono stati verificati confrontando le simulazioni con sezioni trasversali reali ottenute da provini tagliati e analizzati per immagine.
Validazione sperimentale e numeri chiave
Nel caso di un’altezza ugello pari a 15 mm, l’errore sulla sezione trasversale è risultato di circa 4%, mentre le deviazioni di altezza e larghezza del cordolo sono rimaste inferiori all’1%, indicando una buona capacità del modello di riprodurre la geometria reale del filamento estruso. Questi esiti supportano l’uso della CFD per guidare la scelta dei parametri con obiettivo di qualità dimensionale e integrità strutturale del pezzo.
Che cosa cambia per chi stampa in cantiere o in prefabbricazione
Le simulazioni mostrano, ad esempio, che aumentare la velocità di stampa tende a generare cordoli più stretti, mentre diametri d’ugello maggiori, con portata adeguata, producono profili più uniformi; la tensione di snervamento controlla invece lo scorrimento in estrusione e la stabilità della forma. In pratica, il modello offre una base quantitativa per tarare velocità, distanza di standoff e portata al fine di ridurre variazioni di spessore e difetti che compromettono la stabilità del componente.
Contesto scientifico: dove si inserisce questo lavoro
L’uso della CFD nel 3DCP è un filone in crescita: studi precedenti hanno indagato come i parametri di processo e le condizioni al contorno (es. no-slip vs free-slip sulla parete dell’ugello) influenzino l’estrusione e la deposizione degli strati, confermando che la modellazione fluido-strutturale è utile per prevedere forma e stabilità del filamento. Altri lavori hanno collegato diametro ugello (15–35 mm) e portata/velocità alla stabilità geometrica, e proposto benchmark per la qualità geometrica con provini standardizzati. Il nuovo studio si distingue perché quantifica direttamente l’errore geometrico rispetto a sezioni reali, offrendo indicatori pratici per la messa a punto.
Implicazioni operative
Per le imprese che adottano 3DCP (on-site o in prefabbricazione), un modello validato consente di:
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programmare finestre di processo (velocità/portata/altezza ugello) che minimizzano fuori tolleranza;
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ridurre cicli di prova-errore e consumo di materiale in commissioning;
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integrare la CFD con sistemi di visione o AI per il controllo in linea della deformazione e la correzione automatica della traiettoria.
