Stampa 3D e biomimetica per il Trabeculae Pavilion - Amazon S3
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Stampa 3D e biomimetica per il Trabeculae Pavilion La tecnica della stampa 3D applicata all’edilizia continua a fare passi da gigante. La spinta arriva soprattutto dalle enormi potenzialità, tutt’ora da esplorare, in termini di efficienza del processo costruttivo e di ottimizzazione nell’uso dei materiali. Motivo per cui in tutto il mondo sono in corso ricerche sperimentali che hanno come obiettivo la messa a punto di nuove metodologie che, sfruttando digitalizzazione, robotica e design computazionale, possano ridurre l’impatto ambientale di un progetto architettonico. Offrendo di fatto una visione alternativa di quella che potrebbe essere l’edilizia del futuro. Padiglione stampato in 3d made in Italy In questo panorama evolutivo, anche l’Italia sta facendo la sua parte. Ne è un esempio il Trabeculae Pavilion, un prototipo di architettura stampata in 3D a partire da un bio- polimero ad alte prestazioni, frutto della ricerca di Roberto Naboni, che ha sviluppato e realizzato il modello durante il suo dottorato presso il Politecnico di Milano, grazie alla collaborazione di un team di specialisti in progettazione architettonica sperimentale. La stampa tridimensionale incontra il design computazionale basato su logiche naturali Dopo essere stato presentato in anteprima in occasione dell’edizione 2017 di Made Expo, il padiglione è stato
esposto, nella sua veste definitiva e su grande scala, in Piazza Leonardo da Vinci, nel cortile verde davanti alla sede del Politecnico di Milano. Il prototipo, che unisce i più recenti sviluppi della stampa tridimensionale con il disegno computazionale basato su logiche naturali, dimostra come l’innovazione possa rappresentare una risposta concreta ad alcune esigenze sempre più pressanti nel mondo delle costruzioni. L’obiettivo di una maggiore sostenibilità ambientale del costruito prevede infatti la ricerca di alternative non soltanto in un’ottica di sistemi impiantistici e prodotti ma anche e soprattutto di processi che possano ridurre l’impatto delle operazioni pre e post cantiere e di materiali, che, tendendo sempre più a scarseggiare, dovranno essere rimpiazzati con soluzioni green e ad elevate prestazioni. Photogallery Vista notturna del padiglione © Gabriele Seghizzi Chiudi L’involucro è un guscio strutturale esposto all’interno del cortile centrale del Politecnico di Milano dimostrando i vantaggi della Manifattura Additiva, dove l’efficienza strutturale è massimizzata e l’uso di materiale è ridotto al minimo © Gabriele Seghizzi Chiudi Vista della struttura cellulare che varia nella sua topologia, porosità e orientamento seguendo la variazione locale delle condizioni di carico © Gabriele Seghizzi Chiudi Farm di stampa composta da stampanti tridimensionali Delta
prodotte da WASP e installate presso il Politecnico di Milano, che garantisce una produzione di sette componenti costruttivi al giorno © Roberto Naboni Chiudi Farm di stampa composta da stampanti tridimensionali Delta prodotte da WASP e installate presso il Politecnico di Milano, che garantisce una produzione di sette componenti costruttivi al giorno © Roberto Naboni Chiudi Una soluzione sostenibile nell’uso dei materiali “Gli ultimi decenni hanno visto una crescita esponenziale nella domanda di materie prime a causa della rapida industrializzazione di economie emergenti e dell’alto consumo di materiali. Questa ricerca guarda ai modelli biologici e alle opportunità offerte da nuove tecnologie di produzione additiva per trovare soluzioni sostenibili nell’uso dei materiali. Il nostro obiettivo è studiare un nuovo tipo di architettura non-standard: evoluta, efficiente e sostenibile.“, ha spiegato Roberto Naboni che, insieme Ingrid Paoletti, Professore Associato in Tecnologia delle Costruzioni al Politecnico di Milano, ha fondato nel 2014 ACTLAB (Laboratorio di Architettura, Computazione e Tecnologia), un’unità di ricerca che fonde studi su design computazionale, tecnologie emergenti e scienza dei materiali. Ispirazione naturale e biomimetica Uno degli aspetti innovativi del progetto riguarda l’ispirazione naturale, altro trend molto in voga nella ricerca degli ultimi anni. D’altra parte, comprendere i meccanismi di funzionamento degli organismi viventi
applicandoli a creazioni artificiali consente di sviluppare soluzioni che riescono non solo a limitare l’impatto ambientale di prodotti e sistemi ma anche di migliorarne prestazioni e reazioni in un’ottica di maggiore adattabilità. Grazie alle evoluzioni tecnologiche sviluppate, fra cui linguaggi di programmazione e codificazione, modelling e stampa 3D, è ora possibile riprodurre in modo piuttosto fedele funzionamenti e strutture cellulari di organismi così come sistemi di organizzazione e di adattamento evolutivo tipici degli habitat naturali. Strutture cellulari tridimensionali simili alle ossa Nel caso del Trabeculae Pavilion la fonte di ispirazione sono le ossa. I ricercatori ne hanno studiato la struttura interna, concentrandosi in particolar modo sulle logiche di materializzazione delle trabecole, le cellule che formano la microstruttura interna delle ossa. A partire da questi studi, sono stati creati una serie di algoritmi che consentono di ottenere strutture cellulari tridimensionali con la precisione dei decimi di millimetro per realizzare architetture complesse e che minimizzano l’uso di materiale da costruzione tramite continue variazioni di dimensione, topologia e sezione. Un guscio adattivo in bio-polimero Alto 3,6 metri, il padiglione ha la forma di un guscio, sviluppata per rispondere in modo efficiente e adattativo alle condizioni strutturali. Gli elementi che lo compongono, 352 in totale, sono stati realizzati grazie all’estrusione di 112 chilometri di filamento di bio-polimero ad alte prestazioni sviluppato insieme a Filoalfa, partner industriale del progetto. La collaborazione ha permesso di adattare la tecnica della stampa a deposizione fusa (FDM) ad applicazioni strutturali.
Il risultato ottenuto è quello di una struttura estremamente leggera e resistente, con un rapporto peso su area che varia tra 6 e 10 kg/m2 – almeno dieci volte più leggero rispetto a tecniche costruttive convenzionali dalle prestazioni meccaniche comparabili- grazie alla distribuzione efficiente del materiale alle diverse scale. Completamente stampato in 3D Tutti i componenti costruttivi, anche quelli dalle geometrie più complesse, sono stati prodotti con delle stampanti Delta WASP. Le cinque macchine, che hanno costituito una sorta di printing farm nei laboratori del Dipartimento ABC del Politecnico di Milano, sono state in funzione 24 ore su 24 che, per un tempo di stampa complessivo di 4.352 ore. Il processo di stampa è stato inoltre ottimizzato grazie all’utilizzo dell’estrusore sperimentale Spitfire, introdotto per la prima volta nella fabbricazione di componenti strutturali. Con un risultato incoraggiante per le tempistiche di produzione ridotte, a fronte di un processo preciso e costante e della realizzazione di strutture estremamente resistenti. Approfondimenti
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