Il progetto WASP (World’s Advanced Saving Project) nasce nel 2012 e l’obiettivo della ricerca è chiaro fin da subito: costruire una stampante 3D in grado di realizzare case con materiali reperiti sul territorio, con un costo tendente a zero.
La possibilità di una casa per tutti è il grande sogno che indirizza la ricerca di WASP, un lavoro continuativo che viene finanziato attraverso la vendita delle stampanti solide.
La costruzione della BigDelta –così si chiama la stampante gigante per le case- procede per tappe nel corso di questi tre anni.
Le variabili da tenere in considerazione sono molteplici, dal consumo di energia alla trasportabilità, fino alla creazione di un sistema che consenta di poter stampare per giorni e giorni, con eventuali interruzioni. Ripercorriamo brevemente il viaggio che ci ha condotti a realizzare una Big Delta alta 6 metri, verso l’obiettivo finale dei 12 metri.
La ricerca sui materiali
La stampa 3D è incentrata sulla deposizione di materiale, per questo motivo è il campo di sperimentazione per eccellenza per quanto riguarda i materiali compositi. La ricerca in questo senso è ancora tutta da esplorare. Per quanto riguarda l’obiettivo di una casa a km0, il vantaggio dell’additive manufacturing è proprio quello di fornire diverse soluzioni legate al territorio, consentendo di impastare materiali sul posto. WASP sviluppa diversi tipi di estrusori per impasti fluido-densi, dunque il cambiamento di stato del materiale depositato avviene tramite l’evaporazione di un solvente che può essere di diverse nature, tra cui l’acqua stessa. Questo tipo di sperimentazione crea una serie di combinazioni di materiali utilizzabili praticamente infinita, la quale dipende ovviamente dai propositi che si hanno. E’ evidente che, al fine di incentivare l’autoproduzione e il benessere, quello della scelta dei materiali e la ricerca ad essa attinente sono un punto cruciale.
Era necessario un cambiamento: una volta usciti dalla logica dei materiali plastici abbiamo quindi rivolto la nostra ricerca verso materie prime che fossero donate dalla terra, ad alto rendimento, con un costo di produzione basso, per la crescita delle quali non servissero concimi chimici e che fossero coltivabili ovunque. E’ una vera e propria sperimentazione botanica quella da svolgere, in collaborazione con esperti che lavorano nel campo della bioedilizia.
La canapa, per esempio, è un tipo di coltura che non richiede terreni o trattamenti specifici e che ha un rendimento di circa una tonnellata per ettaro. Viene da noi utilizzata come fibra discontinua e posta all’interno dell’impasto. Tutto questo ha un costo bassissimo.
Una casa in argilla non è nulla di nuovo, è anzi un’applicazione antichissima. La tecnologia 3D consente però di realizzare costruzioni molto gradevoli esteticamente in tempi brevi e con una necessità di manodopera praticamente pari a zero.
La ricerca sui materiali è un’esigenza primaria e si dimostra quindi incessante: l’innovazione davvero sorprendente che è attualmente allo studio per impedire che l’argilla si ritiri seccandosi è l’inserimento dei semi di alcune graminacee all’interno dell’impasto da stampare.
Ecco alcuni dei passaggi della nostra ricerca costante sul campo:
Le case di argilla di Ait Ben Haddou
Stampare semi per una casa green
Trasportabilità ed energia
Per “salvare il mondo” occorre recarsi in zone del pianeta che non dispongono di tutte le strutture a cui siamo abituati, sia per quanto riguarda il trasporto che il rifornimento di energia. Questi due punti sono stati cruciali nello sviluppo della macchina e ognuno di questi richiede soluzioni tecniche specifiche. La trasportabilità implica che il materiale sia leggero e che la macchina possa essere tarata in base alle caratteristiche del territorio. La questione del consumo di energia è determinante perché in vaste aree del pianeta manca l’elettricità, occorre quindi utilizzare sole, vento ed energie rinnovabili.
La stampante ha delle fattezze apparentemente molto semplici proprio per poter soddisfare questi requisiti necessari. Esistono infatti stampanti per edilizia più grandi della BigDelta, che pesano però quintali e consumano quantitativi enormi di energia, sono quindi nate da un tipo di concezione e di sviluppo completamente diversi.
L’approccio delta è stato scelto proprio perché i tre assi verticali consentono bassi consumi energetici, quello che si muove è solo l’estrusore. Le stampanti a portale come quelle realizzate in Cina e negli Stati Uniti muovono invece pesi che arrivano a dieci o addirittura quindici quintali quando sono in funzione. I bracci della Big Delta trasportano all’incirca 70 kg, per un consumo ridotto a meno di un decimo rispetto alle stampanti a portale ed equivalente a circa 300 watt, perfettamente gestibile quindi con una batteria e pochi metri quadri di pannelli solari. Oltre a ciò, la Big Delta è stata progettata per essere montata in tempi brevi: a tre persone occorrono circa due ore.
Il progetto di WASP non è solo la casa, è un intero processo. Per questo motivo è necessario che lo sviluppo della macchina sia perfettamente in linea con l’idea di partenza: una stampante che estrude materiale a km 0 e si alimenta di sole, vento e acqua, che sia adattabile a qualsiasi tipo di contesto ambientale, trasportabile e assemblabile facilmente.
Se vuoi saperne di più, leggi qui:
Big Delta 6 metri: scelte, percorsi, evoluzioni.
L’estrusore rotante
L’ostacolo più grande verso la realizzazione della Big Delta è stato, fin dall’inizio, l’estrusione dei materiali. Dovevamo capire non solo come estrudere, ma anche come ricaricare e tenere attivo il sistema. E’ stata una ricerca continua e abbiamo provato davvero tante soluzioni. Alla fine siamo tornati alla vespa vasaia che deposita materiale e va a procurarselo quando è finito. La soluzione del problema che ci ha perseguitato per anni era proprio nel nostro nome: Wasp.
Era nella natura.
Grazie al confronto con esperti del settore edile abbiamo capito che l’estrusore con pompa peristaltica non era adatto alla stampa di case proprio per l’eccessivo impiego di energia. Nonostante questo, durante il Saie di Bologna, una delle maggiori fiere nazionali di edilizia, sono emersi altri utilizzi. Le Big Delta da 4 metri, con area di stampa di 2×3 m, possono essere impiegate nella costruzione di fontane, in interventi di restauro e nella realizzazione di capitelli ed altri elementi architettonici.
L’unione dello scanner e della stampa 3D potrebbe veramente aprire nuove possibilità operative nel mondo del restauro, abbiamo preso consapevolezza dell’enorme campo d’azione in cui possiamo muoverci.
Per quanto riguarda il nostro obiettivo di stampare case, l’evoluzione decisiva è il nuovo estrusore con ugello rotante. Il controllo dei movimenti nella stampa 3D è indispensabile, ma questo non era possibile con il vecchio estrusore a pompa peristaltica. Ecco perché è stato completamente ridisegnato con un concetto a coclea. L’attuale estrusore è in grado di gestire addirittura la ritrazione, può cioè interrompere il lavoro e ritirare il materiale estruso. In poche parole si è passati dall’estrusione continua al controllo preciso dei flussi, alla possibilità di interrompere e riprendere l’erogazione in maniera micrometrica. Il nuovo estrusore può essere montato e smontato rapidamente, si pulisce automaticamente, necessita di un quantitativo di energia minimo e ha un controllo costante a tutte le velocità. Non esiste più il lavoro dato dallo spostamento in altezza e il risparmio di energia è evidente: per spingere argilla nei tubi occorrono diversi kilowatt, lasciandola cadere controllata con una vite bastano alcune decine di watt.
Se vuoi sapere di più sul nuovo estrusore della Big Delta leggi:
Il nuovo estrusore WASP, verso la realizzazione del sogno.
Resurrection System
La volontà di costruire case ha reso indispensabile a WASP anche lo sviluppo di una nuova funzione: Resurrection System. Si tratta di un’evoluzione della funzione Stop e Salva, che consente di mettere in pausa la stampante. L’esigenza di fermare o di bloccare la stampa dei muri, per poi riprenderla il giorno seguente nello stesso punto in cui l’avevamo lasciata, è stata la spinta per la creazione di questa nuova implementazione, che è stata applicata a qualsiasi Delta WASP. “Resurrection è un bell’esempio di innovazione commerciale nato da un’esigenza apparentemente utopica” dice Massimo.
La logica è abbastanza semplice: le coordinate su cui si sta estrudendo vengono salvate su una SD card ed è da quelle stesse coordinate che la stampa prosegue quando riattivata. Resurrection è la risposta per quando si rischia che salti la corrente all’interno di un cantiere. Se venisse staccata la spina elettrica, Arduino tenterebbe di svolgere la funzione Stop e Salva ma i motori della macchina, che assorbono molta corrente, gli impedirebbero di poterla portare a buon fine.
Utilizzando invece un diodo in serie all’alimentazione del microprocessore abbiamo accantonato l’energia necessaria per portare a compimento il salvataggio.
Se anche la tensione dovesse andare improvvisamente a zero, i motori non possono utilizzare l’energia immagazzinata in quel condensatore protetto dal diodo, una valvola che impedisce il passaggio di corrente nel senso opposto.
Resurrection costituisce una vera e propria svolta nel panorama della stampa 3D. In casa WASP è molto frequente che la ricerca che si sta sviluppando in un ambito si riversi su altri, molto spesso si lavora nel piccolo per finire ad applicare su scale diverse.
Per scoprire di più su Resurrection System leggi qui:
Resurrection System, una rivoluzione nella stampa 3D
La prima casa
In tanti ci chiedono quando costruiremo la prima casa. Ora ci sono tutte le condizioni per il balzo decisivo. Noi pensiamo di aver svolto il nostro ruolo, pensiamo cioè di aver progettato – e a breve la costruiremo – una stampante in grado di fare la casa. Le condizioni insomma ci sono. Poi entrano in gioco altri fattori, occorrono altri soggetti: i territori, i comuni, le istituzioni. Sardegna Ricerche e il Comune di Iglesias si sono dimostrati interessati al progetto. Certo dovrà essere un lavoro di équipe e servirà un team. Altre squadre cominceranno a usare la macchina, noi continueremo a fare ricerca per migliorare il sistema. E’ la nostra straordinaria, affascinante ‘condanna’.
L’evoluzione del progetto
Novembre 2012. Le sperimentazioni sui materiali fluido densi iniziano da subito con la Power WASP, da sempre sperimentiamo nel piccolo e trasliamo le nostre scoperte su altre dimensioni, lo sguardo era già proiettato verso la costruzione della Big Delta, ecco cosa scrivevamo:
“WASP estrude porcellana!! prossimamente sempre sul blog vi aggiorneremo con le foto dei pezzi dopo la cottura in forno, speriamo bene per il ritiro del materiale!
Siamo molto, molto, molto, entusiasti; questo risultato apre grandi opportunità e divertentissime soluzioni, ma sopratutto rappresenta un’atro passo verso il nostro sogno.
L’ugello dell’estrusore utilizzato per questa stampa è di 5mm, ne è stato utilizzato anche uno da 3mm, si sta lavorando sulla retraction e su un impasto meno liquido per aumentare le dimensioni delle forme ed evitare il collasso. Cogliamo l’occasione per ringraziare il Professor De Nicolò dell’ISIA di Faenza, esperto ricercatore nel settore della ceramica, fa parte del team wasp e ha ideato l’impasto utilizzato, continua la ricerca e sperimentazione in laboratorio.
Il prossimo step sarà utilizzare il delta per la stampa, un modellino di una casa, una serie limitata di vasi.”
Qualche mese dopo abbiamo progettato e realizzato la prima Delta che estrudeva argilla.
I progetti per realizzare un “robot king size” andavano avanti sempre dal novembre 2012, parallelamente alla ricerca sui materiali e alla produzione delle nostre stampanti solide, ecco un’antenata dell’attuale Big Delta:
Nel corso del 2013 vengono stampati i primi prototipi di case in argilla da una BigDelta che abbiamo portato alla Maker Faire di Roma dello stesso anno, scrivevamo così:
“Venerdì 30 agosto 2013, Grande festa!!
Il nostro Grande Delta stampa per la prima volta, una tappa fondamentale per il percorso Wasp, solo un’anno fa questa era fantasia, oggi è realtà.
Il Big Delta è pronto; senza svelarvi troppo in questi mesi abbiamo lavorato parallelamente a moltissime attività. La più centrale tra queste? Sicuramente lui, il nostro robot gigante a tre braccia. Deposita materiale in maniera controllata, funziona proprio come una stampante 3d, ma molto più grande! Sulla struttura si lavora costantemente da mesi, come vedete lo stile è quello Wasp, componenti autoprodotte: tagliate a controllo numerico e stampate 3d. L’estrusione di materiale è stata una ricerca altrettanto impegnativa, proprio perchè cambiano le dimensioni, di conseguenza le forze da applicare, calibrazione di densita è pressione.
Missione compiuta, vai! un passo avanti verso il nostro obbiettivo finale.
Grande soddisfazione a prova che si può raggiungere ogni meta, dipende quanto lo si vuole!
Grazie a Mirco De Nicolò proveremo in cottura questo impasto, mettiamo in forno la casa che abbiamo stampato. La cosa che ci piace di più è che durante la deposizione non si formano bolle d’aria, grazie allo studio sull’estrusione, questo ci fa sperare bene per la cottura, nonostante il pezzo sia molto più grande (230 x225 x200mm, parete 12mm, layer 2mm, meno di 50 minuti).”
Ben presto la nostra BigDelta inizia a viaggiare per il mondo, di fiera in fiera. Un anno scorre velocissimo quando si lavora tanto, un anno segnato da grandi traguardi.
Questo il percorso che ha condotto alla Maker Faire di Roma del 2014, un appuntamento per noi di grande importanza, a cui abbiamo presentato la Big Delta alta 4 metri – versione ridotta della 6 metri che avevamo prodotto, riduzione dovuta a questioni pratiche come l’altezza del soffitto della fiera. Le evoluzioni dalla presentazioni della Big Delta 6 metri sono state tantissime, tra cui il nuovo estrusore, che ha dato grande slancio al progetto, e sono descritte brevemente nei paragrafi sopra. La costruzione e lo sviluppo della Big Delta 12 metri, la realizzazione del sogno, proseguono.