La stampa 3D di materiali cementizi permette di ripensare completamente la costruzione secondo una logica additiva, ottimizzando la produzione di componenti custom e riducendo al minimo l’impiego di cemento in una logica di minimo impatto ambientale. Le opportunità della stampa 3D si inseriscono con sempre più forza nell’attuale mercato costruttivo perché offrono nuovi soluzioni tecniche di costruzione, integrando al contempo design e funzione, estetica ed efficienza.
La stampa 3D può realmente rivoluzionare l’idea di produzione seriale incidendo sui tempi di industrializzazione e sulla modificazione del prodotto secondo le esigenze progettuali.

La stampa 3D è un processo produttivo che necessita di particolare accortezza in fase di progettazione alla luce del continuo equilibrio che si instaura tra percorso di stampa e cambio di stato del materiale. La reologia del materiale, allo stato fresco, unitamente alla geometria progettuale sono determinanti affinché il materiale si autosostenga in fase di estrusione. Per questa ragione si preferisce progettare modelli 3D con interconnessioni e inclinazioni non superiori a 15 gradi rispetto al piano verticale. Si consideri di progettare componenti ad elevata stabilità con una base planare di superficie almeno pari alla maggiore sezione in elevato.

Nella stampa cemento non si inseriscono supporti perché altrimenti diventerebbero parte integrante dell’oggetto stampato. Viene preferito un approccio integrato tra forma, stabilità e funzione finale, ricorrendo a rigidezza per forma, infill articolati e buon compromesso tra peso complessivo e volume di stampa.

Per la modellazione 3D si considerano software (Rhinoceros, Blender, Autocad) in grado di realizzare oggetti chiusi (brep, mesh), mentre per lo slicing si consiglia il software Simplify3D, già incluso nella vendita della stampante WASP 3MT LDM.

La stampa di cemento consiste delle seguenti fasi operative: miscelazione e confezionamento del materiale, avvio della stampante 3D per le operazioni preliminari di setup e preparazione del sistema di pompaggio con riempimento della vasca di carico attraverso la miscela confezionata, settaggio analogico dei parametri fisici del materiale di stampa. L’estrusione avviene in ambiente chiuso e controllato all’interno della stampante; durante l’operazione di stampa è necessario alimentare il sistema di pompaggio con materiale, verificandone il livello di riempimento all’interno della vasca della pompa. Una volta conclusa la stampa, è possibile estrarre il piano sottostante, e di conseguenza l’oggetto stampato, servendosi di transpallet o carrello elevatore. Data la forte aggressività delle miscele cementizie, l’intero sistema di pompaggio necessita di essere lavato attraverso acqua corrente. E’ assolutamente sconsigliato compiere le operazioni di pulizia in vicinanza della stampante e della centralina di controllo.

La miscelazione dell’impasto cementizio può essere condotta mezzo betoniera o impastatrice continua, con batch minimi di utilizzo di 40 litri. Nel caso di malta premiscelata confezionata è necessario esclusivamente aggiungere la quantità di acqua che renda il materiale allo stato fresco facilmente lavorabile in un range di tempo paragonabile a quello precedente l’estrusione (si consideri almeno 60 minuti). Nel caso di miscelazione confezionata in maniera autonoma, si consideri l’uso di betoniera con batch complessivi di volume non superiore a 80 litri. Le linee guida per il mix design si riportano al punto successivo.

La miscela cementizia adatta alla stampa 3D è costituita dai seguenti componenti principali: cemento (CEM 32,5 / 42,5 R), sabbia silicea di fiume (granulometria massima 1 mm), acqua, additivo fluidificante e viscosizzante (per promuovere la pompabilità e il mantenimento della consistenza opportuna all’estrusione). Le quantità di ogni singolo costituente dipendono da molteplici fattori quali: le prestazioni attese, il contenimento del ritiro, il tempo di lavorabilità e di presa programmati per la stampa, il peso specifico. Si consideri un rapporto acqua/cemento = 0,3 e cemento/sabbia = 0,5.

Su apposita richiesta e in occasione di ogni installazione confezioniamo una miscela cementizia validata dalla nostra esperienza. Possiamo fornire le indicazioni del mix design e la disponibilità sul mercato locale dei prodotti necessari, considerando l’eventuale sola spedizione degli additivi chimici per ridurre l’impronta ecologica della spedizione.

E’ possibile impiegare nell’impasto fibre di natura polimerica (PP, PVA) di lunghezza non superiore a 2 cm. Esistono sia fibre anti-ritiro per limitare il ritiro in fase di estrusione sia fibre di rinforzo per aumentare la resistenza a trazione del manufatto stampato. L’eccessiva quantità delle fibre può influenzare negativamente la lavorabilità dell’impasto. Le fibre in acciaio non sono attualmente supportate dal sistema di pompaggio.

Le miscele cementizie necessitano, in fase di stampa, di un ambiente a temperatura non superiore a 25-30 gradi. Per tale ragione si consiglia di lavorare in laboratori chiusi con parziale climatizzazione.

Il sistema di pompaggio permette di impiegare oltre alle miscele cementizie, miscele naturali a base di terra cruda, ma anche impasti di argilla e gres. E’ possibile infatti modificare i settaggi del pompaggio grazie ad una centralina di controllo integrata nella pompa; in tal modo è possibile predisporre a seconda del tipo e della consistenza del materiale il miglior set di parametri.

Il range di ugello consigliato per la stampa 3D di miscele cementizie è 18-30 mm di diametro. L’altezza di layer è variabile da 9 a 15 mm, considerando il rapporto altezza layer/ugello = 0,5. Lo spessore del singolo strato varia da 20 a 40 mm, considerando la parziale dilatazione in fase di posa. Per l’estrusione di materiali a base di argilla si raccomanda un diametro di 8-18 mm.

La stampante ha come massimo volume di stampa un cilindro di diametro D = 1 m e altezza h = 1 m a partire da terra. L’impiego di un piano di stampa incide sulla massima altezza.

Ogni miscela ha tempi di indurimento e di presa specifici a seconda delle componenti base presenti nell’impasto. Oltre alla composizione chimica, ulteriori fattori incidenti sono sia di origine chimico-fisica (quantità di acqua, temperatura dell’acqua) sia di origine operativo-ambientale (adeguata miscelazione, temperatura dell’aria, intervallo di tempo precedente all’estrusione). Si consiglia di impiegare materiale con tempi di lavorabilità superiori a 60 minuti.

Conclusa ogni sessione di stampa, o comunque a intervalli di tempo superiori a 30 minuti tra un’attività e un’altra, il sistema di pompaggio necessita di essere lavato con acqua corrente, secondo una semplice procedura di pulizia automatica. L’intero sistema di pompaggio, estrusore incluso, può essere facilmente smontato e sottoposto al lavaggio in un’area adiacente a quella di lavoro, dotata di adeguato sistema di raccolta delle acque grigie. E’ assolutamente sconsigliato compiere le operazioni di pulizia in vicinanza della stampante e della centralina di controllo.

L’attuale ricerca accademica internazionale sta concentrandosi sulla definizione del comportamento meccanico e sulla quantificazione delle resistenze espresse dagli elementi stampati in 3D. La resistenza a compressione e a trazione variano principalmente a seconda della miscela impiegata e dell’orientamento dei piani di layerizzazione dell’oggetto stampato una volta posato in opera.

La stampa 3D cemento consente la realizzazione di murature, sistemi di rivestimento architettonici e opere scultoree in una logica contemporanea di assemblaggio modulare. Grazie alla tecnologia 3D, la produzione di elementi di grandi dimensioni, anche dall’elevata complessità formale, assume un ruolo significativo e sempre più percorribile nel raggiungimento di soluzioni difficilmente realizzabili o addirittura impraticabili con le tecniche tradizionali. E’ infatti possibile progettare e produrre moduli costruttivi dalle diverse sagomature, funzioni e materiali.

Lo spazio minimo richiesto per l’installazione della WASP 3MT LDM consiste in una superficie di 5,5 m × 2,5 m × h 3,60 m. Si consiglia di informare il nostro staff tecnico in presenza di eventuali ostacoli nell’area di lavoro, sia a livello del pavimento che del soffitto.

L’operatore dedicato alle operazioni di stampa 3D deve aver seguito il corso di primo utilizzo, previsto il giorno successivo all’installazione. L’operatore non necessita di una particolare formazione in ambito di chimica dei materiali ma deve conoscere i principi alla base del funzionamento della stampante 3D e del sistema di pompaggio nella piena consapevolezza dei rischi derivanti dall’impiego di cemento.

La consulenza è alla base del percorso di formazione e supporto del cliente sia nella fase precedente all’acquisto della stampante sia in quella successiva.

Forniamo un servizio di consulenza in merito ai seguenti ambiti: modellazione 3D, ottimizzazione dello slicing, studio di fattibilità e ottimizzazione del materiale di estrusione.