In architettura, la stampa 3D ha reso possibile uno stile progettuale più funzionale ed estetico, con un’importanza notevole per la progettazione architettonica.
Con il continuo sviluppo e rinnovamento delle tecniche costruttive e dei materiali edili per la stampa 3D, l’edilizia stampata in 3D ha mosso i primi passi; in seguito sono comparsi materiali come i metalli e le resine fotosensibili, utilizzabili non solo per stampare componenti edilizi, ma anche per essere combinati con altri materiali principali a scopo di rinforzo.
La nascita dell’architettura stampata in 3D non ha soltanto creato un nuovo tipo di architettura, ma ha anche reso realizzabili le forme architettoniche complesse: qualsiasi forma può essere costruita. Oltre ad ampliare il pensiero progettuale dei designer, ha orientato l’edilizia verso una tendenza alla complessità.
Sul fronte dei materiali e della costruzione, lo sviluppo di nuovi materiali compositi ha ridotto l’estrazione dei materiali comuni; l’uso dei compositi si basa non solo sulla solidità richiesta dalla costruzione, ma anche sulla tutela ambientale garantita dal riciclo, a beneficio della popolazione del Paese.
La nascita dell’architettura stampata in 3D offre quindi grandi vantaggi: non solo favorirà la formazione e lo sviluppo futuro dell’architettura stampata in 3D, ma condurrà anche il mondo dell’architettura verso una realtà nuova e complessa.
Ai primi sviluppi degli edifici stampati in 3D, per verificare la stabilità di materiali e strutture gli architetti hanno iniziato a stampare, oltre ai componenti edilizi, anche elementi d’arredo.
Il software è lo strumento con cui si progettano le forme complesse degli edifici e dei loro componenti. Con l’apertura del pensiero progettuale, i designer si sono rivolti gradualmente al design biomimetico ispirato alle forme naturali, controllando la forma tridimensionale attraverso leggi matematiche e simulazioni con algoritmi al computer.
Applicazioni della stampa 3D nella progettazione di arredi:
1. Varietà
Le forme dei prodotti stampati in 3D possono essere create e modificate liberamente tramite i file del modello 3D; con la stampa 3D si possono realizzare molte forme complesse, superfici curve e altri modelli difficili da ottenere con gli stampi, accelerando notevolmente il passaggio dal progetto all’oggetto fisico.
2. Personalizzazione
Grazie alla prototipazione rapida, la stampa 3D semplifica la personalizzazione, rende possibile la produzione in piccoli lotti e soddisfa le esigenze di personalizzazione su misura. Un’ampia varietà di prodotti diversi può compensare il grave limite dell’omologazione dei prodotti sul mercato dell’arredo.
3. Efficienza nella ricerca e sviluppo
La stampa 3D permette di ridurre il ciclo di sviluppo del prodotto, che non è più vincolato dai tempi e dalle tecniche di produzione. Consente di mostrare in modo immediato lo stile del prodotto, evitando le modifiche ai campioni dovute a problemi di dimensioni o di stile.
4. Materiali ecocompatibili
A differenza delle tecniche tradizionali di produzione di mobili, la stampa 3D è una tecnologia di produzione additiva: il materiale viene aggiunto progressivamente tramite processi di formatura avanzati, quindi non si generano scarti. Inoltre il materiale è riciclabile, a vantaggio della tutela ambientale.
Difficoltà nell’applicazione della stampa 3D alla progettazione di arredi:
1. I materiali della stampa 3D sono plastiche, resine e metalli, mentre i mobili sono realizzati soprattutto in legno. Questo limite dei materiali ha frenato lo sviluppo degli arredi stampati in 3D.
2. Rispetto all’efficienza della produzione in serie con stampi, le stampanti 3D sono lente: per realizzare mobili in serie o dalle forme complesse occorrono tempi lunghi.
3. Poiché la stampa 3D non è ancora una tecnologia perfezionata, in alcuni casi la precisione e la qualità degli arredi stampati non soddisfano i requisiti d’uso.
4. La stampa di mobili richiede una stampante 3D di livello industriale e, per realizzarli in scala reale, servono anche grandi quantità di resina, con costi elevati.
3.3 Esempi di arredi stampati in 3D:
1. Sedie e tavoli stampati in 3D da bracci robotici.
Progettati dal noto designer olandese Dirk Vander Kooij, questa sedia e questo tavolo nascono da una stampante 3D collegata a un braccio robotico industriale, con cui si possono stampare in 3D arredi di ogni tipo. Il braccio robotico realizza una sedia in tre ore, quasi 40 volte più rapidamente di una stampante 3D convenzionale, e si ritiene che possa produrre con la stessa rapidità anche altri arredi creativi.
2. Sedie Draft stampate in 3D
La sedia è stata progettata dal gruppo di design svedese Front, che ha ripreso con una telecamera il movimento compiuto in aria per «disegnare» la sedia. Il movimento è stato poi trasformato in un file 3D stampabile, da cui la sedia è stata stampata in 3D.
3. Arredi creativi in alluminio: le sedie Batoidea stampate in 3D
Questa sedia organica stampata in 3D, creata dal designer belga Peter Donders, è una sedia stampata in 3D leggera ma rigida, realizzata in alluminio. Se fosse prodotta con la fusione tradizionale, presenterebbe molte difficoltà tecniche e costi molto elevati.
4. Arredi luminosi creativi: Bloom
Questa lampada a forma di fiore di loto stampata in 3D è stata progettata da Patrick Jouin. Si può aprire e chiudere per creare effetti luminosi diversi e dare atmosfere differenti all’ambiente interno.
Un’altra particolarità della lampada è che è interamente stampata in 3D e non richiede alcun assemblaggio finale.
5. Lo sgabello One Shot
Progettato da Patrick Jouin, One Shot, che si apre come un ombrello, reinterpreta il tradizionale sgabello pieghevole grazie alla stampa 3D e a idee innovative. Si ripone facilmente e fa risparmiare spazio.
6. Una sedia stampata in 3D con materiale ricavato da un frigorifero
Anche la sedia Pulse stampata in 3D è stata progettata da Dirk Vander Kooij, che in questo caso ha esplorato le possibilità della stampa 3D in un’ottica di riciclo. Un vecchio frigorifero viene interamente sciolto e trasformato in un materiale verde per la stampa 3D, poi stampato con un braccio robotico per la stampa 3D.
Questo concetto creativo di design d’arredo ci ha spinto a chiederci se anche altri prodotti dismessi possano diventare materiali per la stampa 3D e dare vita ad arredi creativi stampati in 3D.
Lo scopo di un plastico è permettere alle persone di comprendere, attraverso un modello in scala ridotta, uno scenario reale su larga scala osservandolo da vicino. I plastici in miniatura si usano soprattutto per esposizioni di progetti edilizi, mostre di pianificazione urbana, simulazioni militari del terreno, viabilità, ingegneria idraulica, turismo, musei della scienza e della tecnica e così via.
Il plastico tradizionale è realizzato di solito in gesso, vetroresina, legno, lastre acriliche o schiuma. Il processo comprende colata, taglio, assemblaggio e altre fasi, e una volta finito il modello è difficile da spostare.
Se invece si dispone di una stampante 3D, realizzare plastici diventa piuttosto semplice. Le stampanti 3D professionali di oggi non solo producono modelli estremamente dettagliati, ma garantiscono anche una buona finitura superficiale, senza la rugosità tipica delle stampanti FDM di qualche anno fa.
Inoltre oggi la scelta dei materiali è molto ampia: il nylon per tecnologia SLS e la resina fotosensibile per la stereolitografia SLA sono i materiali più usati da molti designer, e i loro prezzi sono molto contenuti. Se non volete occuparvene in prima persona, anche la stampa 3D a colori è un’ottima soluzione. Inoltre, realizzare un modello in miniatura con la stampa 3D richiede pochissimo lavoro, quindi i tempi sono molto brevi.
I servizi di stampa 3D si stanno diffondendo in tutti i settori: quali vantaggi offre la stampa 3D nella realizzazione dei plastici? In passato gli architetti realizzavano i modelli in scala in legno o in schiuma, ma la stampa 3D unisce modelli 3D virtuali precisi e oggetti reali, e sempre più persone stanno scoprendo i vantaggi della stampa 3D per i plastici.
1. Una presentazione migliore
La stampa 3D rende l’idea progettuale reale e visibile, e la progettazione parametrica digitale si serve di un modello in scala dettagliato per discutere l’idea e individuarne pregi e difetti. Soprattutto, per l’utente finale un modello dell’edificio stampato in 3D rappresenta in modo rapido e realistico idee e schizzi, facilitando la scelta della soluzione migliore.
2. Tempi di realizzazione ridotti
Con una stampante 3D si può trasformare un progetto in un oggetto tangibile in modo più semplice e rapido rispetto alla realizzazione tradizionale, senza processi complicati, riducendo notevolmente il tempo necessario per i modelli in scala. Basta avviare la stampa 3D per dedicarsi ad altre attività importanti, mentre la stampante 3D lavora in automatico.
Un altro modo per risparmiare tempo è padroneggiare le regole di progettazione dei modelli per la stampa 3D e usare programmi come 3ds Max, Maya, Rhinoceros e SketchUp per progettare un modello 3D che generi direttamente i file digitali di stampa: stampando direttamente dalla stampante 3D si risparmia molto tempo.
3. Modelli e materiali di alta qualità
L’epoca della stampa 3D grossolana e «pixelata» è finita: oggi le stampanti 3D professionali stampano modelli architettonici molto dettagliati e con superfici lisce. È inoltre disponibile un’ampia scelta di materiali, e il nylon è quello più usato dagli architetti. Il colore di base di un modello in scala è in genere il grigio: se serve un elemento colorato e non volete dipingerlo voi, la stampa a colori è l’opzione migliore. Potete persino aggiungere al modello elementi trasparenti o metallici (acciaio, rame), oppure verniciarlo in seguito per ottenere l’effetto desiderato.
4. Modifiche più semplici
La stampa 3D consente di gestire i modelli con maggiore flessibilità: se il cliente richiede una modifica, la si può apportare sul file del modello 3D, condividerla con i colleghi e ristampare. Se serve un modello simile, se ne stampa un altro, e si sfrutta così il vero vantaggio della stampa 3D: il controllo completo.
Per plastici di questo tipo la stampa 3D è molto conveniente: non solo i tempi di consegna sono 2 ~ 3 volte più rapidi rispetto alla lavorazione manuale tradizionale, ma il prezzo si riduce del 50%. Inoltre i prodotti in resina stampati in 3D si possono verniciare successivamente, e soddisfano la maggior parte delle esigenze dei plastici.
Con la crescente diffusione della stampa 3D, gli architetti cercano di trasformare in edifici reali i disegni personalizzati creati al computer. Pur con aspetti tecnici ancora da studiare e pianificare, ciò non ha impedito a un team di architetti di progettare ad Amsterdam la prima casa sul canale stampata in 3D al mondo.
Nell’aprile dello stesso anno gli architetti avevano previsto di usare la stampante KamerMaker già citata, una grande macchina con rivestimento metallico ricavata da un container marittimo. In base ai disegni dell’edificio, la stampante avrebbe stampato con diversi tipi di plastica e fibre di legno le pareti esterne, poi il soffitto e le altre parti delle stanze e infine i mobili.
Le parti stampate vengono assemblate sul posto e, grazie alla forma dei bordi, si collegano facilmente tra loro come giganteschi mattoncini Lego. Gli architetti hanno usato il progetto come esperimento per studiare il concetto, la progettazione e la costruzione degli edifici stampati in 3D.
Un’innovazione tecnologica di questo tipo non procede mai in modo del tutto lineare all’inizio, ma grazie all’impegno costante e ai continui miglioramenti si possono compiere progressi nella costruzione di case stampate in 3D. Da questo punto di vista, la casa sul canale stampata in 3D rappresenta anche una tappa importante nello sviluppo scientifico e tecnologico.
Oltre ai componenti stampati in 3D, anche i modelli stampati in 3D rappresentano un’ulteriore prospettiva di sviluppo rispetto agli attuali edifici stampati in 3D, che spaziano dalla costruzione di case sulla Luna alla stampa rapida di rifugi d’emergenza. In questo ambito, alcuni architetti di Chicago hanno provato a stampare in 3D i modelli architettonici di tutti gli edifici di Chicago: un’area di 320 piedi quadrati con oltre 1.000 edifici.
L’obiettivo era offrire ai residenti e ai visitatori una visione immediata e completa dell’architettura di Chicago, compresi la rete elettrica urbana, i grattacieli e le zone residenziali, con l’altezza, lo stile e gli altri aspetti di sviluppo di questi edifici. Con il progredire della stampa 3D, in futuro gli architetti potranno visualizzare più facilmente le proprie idee e i propri progetti attraverso la stampa 3D.
Ogni pratica architettonica poggia su basi teoriche. Nell’aprile 2013, per esempio, il libro sulla stampa 3D «dall’immaginazione alla realtà» degli autori americani Hod Lipson e Melba Kurman ha raccontato in modo completo e accurato l’ondata della stampa 3D che ha investito la rivoluzione digitale, da cui sono nate una nuova generazione di manifattura, design, biologia e materiali. Dal punto di vista tecnico, la stampa 3D ha avvicinato il mondo virtuale a quello reale, integrando l’intelligenza artificiale in ogni aspetto della vita reale.
Il libro descrive in dettaglio la tecnologia della stampa 3D, i suoi vantaggi, il processo produttivo, i campi di applicazione, i benefici economici e altri aspetti della stampa 3D, con l’intento di discutere le origini e le possibilità di sviluppo dell’architettura stampata in 3D. Non è solo un classico sulla stampa 3D, ma esprime anche precise aspettative sulla nascita e sullo sviluppo dell’architettura stampata in 3D.
Un altro esempio: nel maggio 2013 Ruairi Glynn e Bob Sheil, nel loro libro «Making Digital Architecture», hanno ripercorso le tendenze dell’architettura digitale verso la complessità, la diversità e l’intelligenza. La stampa 3D sfrutta la progettazione digitale per riunire il lavoro di designer, architetti e ingegneri a livello di progettazione architettonica, costruzione e applicazioni informatiche; il libro non solo illustra le dimensioni e le tipologie di ciascun caso, ma ne studia anche il corpo edilizio specifico.
Dalle teorie progettuali più recenti alla produzione digitale, il panorama della diversità è trattato in modo molto completo, offrendo una nuova comprensione e una riflessione sulle sfide nel campo della progettazione e della produzione dell’architettura digitale. Il libro non si limita a presentare la teoria, ma si basa anche sulla sintesi della pratica e sull’immaginazione, e costituisce un utile riferimento per le future generazioni e per i designer che vogliono comprendere gli edifici stampati in 3D.
Nello sviluppo della nuova generazione di architettura stampata in 3D merita attenzione il designer Mikell Hansmeyer, che ha basato i suoi primi lavori sul celebre «Sixth Order». Ispirato e influenzato dalle forme libere e dalla geometria della natura, ha integrato nei suoi progetti strutture, motivi e texture naturali; prendendo spunto dalla divisione cellulare, l’uso della matematica e della scienza delle forme naturali è alla base della creazione di queste forme complesse.
Mikell Hansmeyer ha dapprima trasformato la logica dell’algoritmo in una visualizzazione delle forme di base oggetto di studio, sovrapponendo gli algoritmi con il massimo grado di combinazione e disposizione; il meccanismo è stato poi ulteriormente collegato e scritto in linguaggio algoritmico, ponendo solide basi per il progetto finale dell’entità complessa. Allo stesso tempo, sui nodi del sistema originario sono stati scritti un nuovo sottosistema e nuovi algoritmi per le successive sovrapposizioni composite o per la progettazione simmetrica.
A Toronto, in Canada, il 4 luglio dello stesso anno è stato stampato in scala 1:3 il modello di una stanza progettata da Mikell Hansmeyer e Benjamin Dillenberger, chiamata «Digital Grotesque»: è diventata un capolavoro dell’architettura stampata in 3D dell’epoca e ha fatto scalpore in tutto il mondo.
Il progetto dell’intera stanza è suddiviso da un algoritmo in 800.000 facce in totale, e il suo interno contiene migliaia di forme e disegni complessi