Utilizzare il micelio per rinforzare strutture in argilla stampate in 3D

Presso l’Institute of Architecture and Media at Graz University of Technology, il gruppo di ricerca Shape Lab ha sviluppato un nuovo materiale chiamato MyCera composto da argilla, segatura di legno e micelio (parte vegetativa dei funghi).

La ricerca si concentra sull’utilizzo del micelio come rinforzo di fibre orientate per aumentare le prestazioni strutturali degli elementi in argilla cruda stampati in 3D e consentire la biosaldatura degli elementi cotti.

Il team di Shape Lab ha utilizzato una Delta WASP 40100 Clay per svolgere le proprie ricerche e stampare con successo MyCera, sfruttando il sistema aperto, la scala e la compatibilità della macchina con qualsiasi materiale fluido-denso.

TU Graz University of Technology Delta WASP 40100 Clay MyCera
Stampa 3D di strutture rinforzate con micelio con MyCera

“[…] L’obiettivo generale della ricerca si concentra sul trovare una soluzione a lungo termine al problema globale della gestione dei rifiuti e delle emissioni di CO², che colpisce anche l’industria dell’edilizia e la gestione dei rifiuti edili.

Introduzione all’articolo accademico “MyCera. Application of mycelial growth within digitally manufactured clay structures” pubblicato da Shape Lab

Da cosa è composto MyCera?

Il materiale composito MyCera è costituito da parti inorganiche – argilla e acqua, e parti organiche – micelio e segatura di legno.

L’ipotesi della ricerca è che il micelio possa essere utilizzato come rinforzo di fibre orientate in modo intelligente per aumentare le prestazioni strutturali delle strutture in argilla stampate in 3D. Questa ipotesi si basa sull’esaminazione del micelio come agente legante tra gli strati stampati.

crescita organica di MyCera in laboratorio
stampa 3D di micelio con crescita organica

Il fungo selezionato per la miscela è Pleurotus ostreatus. È stato scelto per la sua elevata resistenza e rapido tasso di crescita, che lo rendono un materiale ideale con cui lavorare. La percentuale di Pleurotus ostreatus utilizzata è pari al 10% del peso della miscela di materiali.

La segatura di legno è stata scelta come substrato del composito per la sua elevata disponibilità locale e la possibilità di controllare la dimensione dei suoi granuli. Il materiale è stato setacciato per garantire una dimensione delle particelle inferiore a 2 mm in modo da evitare qualsiasi blocco dell’ugello. Il rapporto in peso della miscela finale di argilla e segatura è 7:1

L’intero processo di ricerca che ha portato allo sviluppo e al test di MyCera è stato ampiamente documentato da Shape Lab in numerosi articoli accademici e presentato a fiere internazionali.

Stampa 3D del micelio con Delta WASP 40100 Clay

Stampa 3D di MyCera con Delta WASP 40100 Clay

MyCera è stato stampato utilizzando Delta WASP 40100 Clay. L’impasto è stato estruso utilizzando un ugello da 4 mm scelto come dimensione intermedia, evitando intasamenti ma garantendo anche un discreto livello di definizione.

Per quanto riguarda il software, è stato sviluppato un plug-in di Grasshopper denominato Termite per ottimizzare il flusso di lavoro tra progettazione e slicing. Il plugin si presenta come uno strumento di slicing modulare progettato per stampanti 3D LDM come Delta WASP 40100 e 2040 Clay. Termite consente all’utente di progettare percorsi di stampa tramite Rhinoceros, Grasshopper o Termite esportando tutti i dati in tempo reale come gcodes, pronti per essere eseguiti.

termite grasshopper plugin

Testare la resistenza alla trazione e le forze leganti tra gli strati

Sono stati effettuati due tipi di test: resistenza alla trazione lungo l’asse di estrusione e forza di legame tra gli strati stampati.

Entrambi i test hanno avuto successo, dimostrando che il micelio aumenta la resistenza alla trazione lungo l’asse di estrusione del 66,62% e la connessione tra i singoli strati del 32,34%

I campioni senza crescita miceliale hanno mostrato un valore medio di tensione massima di 122,60 N. Dopo 14 giorni di crescita, lo stesso valore è salito a 204,28 N. Per quanto riguarda la forza legante, il valore medio è passato da 83,80 N a 110,90 N.

Inoltre, è stato effettuato un esperimento per osservare la profondità di crescita del micelio attraverso l’argilla, concluso mediante imaging SEM.

“Il materiale composito ‘MyCera‘ mostra notevoli proprietà strutturali se confrontato con la stessa miscela di materiali senza micelio. […] […] Si presume che l’elevato aumento della resistenza alla trazione sia causato dal processo di crescita che avviene dopo la stampa, come si vede nell’immagine microscopica fornita della penetrazione ifale attraverso l’argilla. Questo tipo di distribuzione intelligente delle fibre non si sarebbe potuto ottenere con un materiale privo di crescita.

Da “MyCera. Application of mycelial growth within digitally manufactured clay structures” pubblicato da Shape Lab

Utilizzare il micelio per assemblare strutture

Il micelio non solo migliora le prestazioni strutturali dell’argilla stampata in 3D, ma serve anche come mezzo per bio-saldare insieme vari componenti.

Diverse strutture sono state prodotte assemblando più elementi insieme in uno stato in cui il micelio potesse continuare la sua crescita. Le fibre di micelio degli elementi nodali ancora in crescita hanno formato connessioni attraverso l’espansione della rete ifale e hanno bio-saldato insieme gli elementi adiacenti.

Usare il micelio per assemblare strutture

Le prospettive future della stampa 3D del micelio

“Dopo aver condotto sufficienti ricerche [possiamo affermare che] la composizione del materiale proposto potrebbe sostituire i leganti a base di cemento. […] […] Per verificare l’ipotesi di un effetto strutturale vantaggioso delle connessioni di fibre cresciute, è previsto un confronto tra il rinforzo apportato dalle fibre miceliali e da altre fibre comunemente utilizzate per aumentare la resistenza alla trazione, come il basalto e le fibre di vetro.”

Da “MyCera. Application of mycelial growth within digitally manufactured clay structures” pubblicato da Shape Lab

È stato dimostrato come il micelio aumenti le prestazioni strutturali degli elementi stampati in 3D in argilla e agisca come un bio-legante tra diversi pezzi, creando una struttura combinata stabile.

Sebbene siano necessari ulteriori test per accertarne la durabilità, si può affermare con certezza che MyCera è un nuovo materiale composito promettente che potrebbe definire un nuovo approccio alla fabbricazione sostenibile degli edifici nel prossimo futuro.

Ricerca e crediti fotografici

Autori: Julian Jauk, Hana Vašatko, Lukas Gosch, Milena Stavric

Leggi la pubblicazione completa qui: (https://www.researchgate.net/publication/359365490_MyCera_Application_of_mycelial_growth_within_digitally_manufactered_clay_structures/references)

Tutte le foto in questo articolo sono accreditate a Shape LabInstitute of Architecture and MediaGraz University of Technology (TU Graz).

Questo lavoro è stato finanziato dal progetto F77 (SFB “Advanced Computational Design”) dell’Austrian Science Fund (FWF).

Graz University of Technology logo

Stampa 3D LDM Professionale

Il team di Shape Lab utilizza Delta WASP 40100 Clay per svolgere le proprie ricerche presso l’Institute of Architecture and MediaGraz University of Technology (TU Graz). Con Delta WASP 40100 Clay è possibile stampare direttamente sul pavimento o su un piano di stampa removibile in acciaio. Puoi anche continuare a stampare senza aspettare che il pezzo si asciughi e semplicemente spostando la stampante.

Delta WASP 40100 Clay