Scarti di cava di marmo utilizzati per la stampa 3D di elementi architettonici
In luoghi come il Ticino, in Svizzera, la "farina di roccia" può costituire fino al 40% della produzione totale, secondo ETH Zürich
Secondo Digital Building Technologies, i ricercatori del Politecnico federale di Zurigo (ETH) e dell’Università di scienze applicate e arti della Svizzera italiana (SUPSI) hanno sviluppato una stampante 3D progettata per trasformare grandi quantità di rifiuti di pietra dalle cave in elementi architettonici personalizzabili. Lo scarto di pietra, o farina di roccia, in luoghi come il Ticino, può costituire fino al 40% della produzione totale. La stampante è stata dimostrata in un caso di studio, in cui ha fabbricato un sistema di pavimentazione ottimizzato utilizzando il sottoprodotto di una cava di marmo in Ticino.
Questo progetto offre un esempio reale di come la stampa 3D possa ridurre il consumo complessivo di materiali da costruzione e favorire l’utilizzo di risorse locali riciclate. Il prodotto finale, un assemblaggio del sistema a pavimento, sarà presentato alla Biennale di Architettura di Venezia nel 2023.
Il team dell’ETH di Zurigo ha innovato il metodo di stampa 3D Binder Jetting (BJT) esistente. Il tradizionale BJT, che utilizza un composto legante per solidificare il materiale granulare strato dopo strato, è risultato avere limitazioni per l’uso in edilizia a causa della fragilità delle parti stampate e della scarsa resistenza al fuoco e agli agenti atmosferici. I ricercatori propongono un legante alternativo basato sul geopolimero, che porta a una riprogettazione sia dell’hardware che del software noto come Geopolymer Binder Jetting (GeoBJT). Questo sistema non solo migliora le prestazioni delle parti stampate, ma consente anche una gamma più ampia di materiali per leganti, particelle e velocità di accumulo più elevate. Inoltre, utilizza una configurazione mobile basata su container per il funzionamento in loco, simile a una fabbrica sul campo.
I test meccanici sul sistema riprogettato hanno mostrato un sostanziale aumento della risposta meccanica delle parti stampate, con la resistenza delle parti ora paragonabile al calcestruzzo, raggiungendo medie superiori a 30 MPa in compressione e 5 MPa in tensione.
Il legante geopolimero scelto presenta diversi vantaggi. È un materiale amorfo sintetizzato miscelando una fonte di alluminosilicato con un attivatore alcalino, offrendo una resistenza simile al cemento ma con una minore impronta di CO2. Questo legante viene utilizzato in una tecnica a getto, sostituendo il metacaolino con scorie d’altoforno e integrando sottoprodotti sottoutilizzati come la polvere di roccia proveniente dalle cave di marmo. Inoltre, il legante ha un’eccellente capacità di tamponamento dell’umidità, aumentando potenzialmente la resilienza dell’edificio durante le ondate di calore estreme.
Per il caso di studio del Ticino, i ricercatori hanno fabbricato un pavimento funicolare irrigidito da nervature utilizzando componenti discreti e prefabbricati. Il progetto è stato basato su un caso di studio precedente e adattato per affrontare i vincoli di materiale, fabbricazione e installazione. Il prototipo è costituito da 17 elementi discreti assemblati con giunti a secco, formando una struttura a volta rettangolare sostenuta agli angoli. Lo studio ha dimostrato il potenziale dei processi di produzione additiva nella creazione di componenti edili strutturalmente ottimizzati ed economicamente fattibili, particolarmente adatti per sistemi a compressione dominante.
