Come nuova modalità costruttiva, la stampa 3D è ampiamente utilizzata in molti campi. Con la crescente diffusione della stampa 3D in architettura, l’architettura stampata in 3D è diventata una nuova direzione di sviluppo del settore. Allo stesso tempo, sotto l’influenza della scienza e della filosofia della complessità, le forme architettoniche diventano sempre più complesse.
In quest’epoca di diversità politica, culturale, economica e tecnologica, l’architettura ha vissuto i suoi cambiamenti più profondi. Guidata dalla filosofia della complessità e della diversità, la progettazione architettonica non segue più criteri unitari e rigorosi: a partire dalle forme originarie si è arrivati a un’architettura di tipo complesso, e ne è seguito anche un orientamento estetico fondato sulla complessità.
Con la comparsa di queste forme architettoniche complesse e dinamiche, nate da tale influenza estetica, il modello costruttivo tradizionale ne ha risentito pesantemente: di fronte a spazi, volumi e involucri architettonici complessi e diversificati, non è più possibile costruire con i metodi tradizionali.
In questo contesto la nascita della stampa 3D si è rivelata senza dubbio la soluzione alla complessità delle forme architettoniche. La stampa 3D è un nuovo modo di costruire che si basa direttamente sui disegni. Con lo sviluppo della generazione di forme complesse e della stampa 3D, si è così aperta una nuova opportunità e una nuova direzione di sviluppo
Nel saggio di Charles Jencks sul nuovo paradigma dell’architettura e sul linguaggio dell’architettura post-moderna, si osserva che gli architetti sviluppano un proprio pensiero progettuale in un contesto di forme architettoniche sempre più complesse:
«Riflettendo sulle nuove forme della scienza e dell’architettura, si propone una forma architettonica che condivide la stessa concezione dell’universo: l’architettura complessa. Le forme architettoniche complesse sono codici visivi che, fondandosi sul pluralismo, riuniscono culture e stili architettonici diversi; si avvicinano alle forme naturali e irregolari e, applicando teorie che rompono con la geometria euclidea, assumono forme amorfe, discrete, curvilinee e piegate.»
La comparsa di queste forme rende il campo dell’architettura modernista più complesso e interessante e, dal punto di vista della costruzione, lo proietta verso un mondo completamente nuovo. Le modalità costruttive odierne presentano però dei limiti: le forme architettoniche complesse, frutto di un pensiero progettuale non lineare, non totalizzante e non razionale, in una certa misura non possono essere realizzate con i modelli costruttivi attuali.
L’introduzione della stampa 3D può quindi risolvere efficacemente la costruzione dell’impossibile e trasformare in realtà la complessità costruttiva. Per questo l’uso della stampa 3D per realizzare forme architettoniche complesse è anche una proposta interessante e praticabile.
In una prospettiva sia attuale sia di lungo periodo, l’architettura complessa non convenzionale non è soltanto un’espressione concreta della natura della complessità, ma anche un concetto progettuale orientato alla natura e all’uomo. La stampa 3D, dal canto suo, offre uno spazio progettuale illimitato, una produzione che non richiede abilità manuali, l’assenza di assemblaggio e meno sottoprodotti di scarto: anche questa è una forma di risparmio energetico e di tutela dell’ambiente.
Se si considera l’integrazione organica tra le due nell’ottica dello sviluppo sostenibile, si tratta anche di una nuova tendenza e direzione per l’ecologia e la tutela ambientale. «La stampa 3D ha colmato efficacemente il divario tra mondo virtuale e mondo fisico, estendendo l’intelligenza artificiale dai computer al mondo reale e superando con successo l’era delle economie di scala.
Dal punto di vista delle tecnologie di produzione, la stampa 3D è un prodotto importante della moderna società dell’informazione, un termine molto diffuso nel mondo manifatturiero e un indicatore delle tendenze di sviluppo della produzione degli ultimi anni. C’è chi sostiene addirittura che l’era della stampa 3D sia paragonabile a quella del vapore e dell’elettricità: con l’impatto della stampa 3D sulla manifattura, la produzione su larga scala a catena di montaggio della manifattura tradizionale verrà progressivamente abbandonata, e la stampa 3D aprirà un nuovo capitolo per l’industria manifatturiera, rivoluzionandone il modello di sviluppo.
Nel settore delle costruzioni, prendendo come esempio gli edifici stampati in 3D, sotto l’influenza della scienza della complessità, con la continua integrazione delle tecnologie Internet e lo sviluppo delle tecnologie digitali e intelligenti, la forma architettonica è passata gradualmente da un modello empirico semplice e regolare a un campo scientifico e tecnologico complesso e diversificato. Nello sviluppo della società umana, la manifattura, disciplina dalla lunga storia, ha sempre svolto un ruolo importante ed è anche una fonte e un fattore fondamentale dello sviluppo socio-economico.
Quando le esigenze delle persone riguardo a volumi, spazi e involucri architettonici non si limitano più a soddisfare i bisogni della vita quotidiana, ma puntano soprattutto su funzionalità, estetica, intelligenza e complessità dell’architettura, le forme tradizionali di produzione meccanica non riescono più a stare al passo con lo sviluppo sociale.
La stampa 3D, emblema dell’intelligenza tecnologica, è invece una tecnologia multifunzionale che integra personalizzazione, intelligenza, ecologia e complessità. La forma complessa dell’architettura stampata in 3D è una forma architettonica fondata sulla teoria della complessità. Rappresenta non solo la liberazione del pensiero umano nella manifattura e nella costruzione, ma anche l’evoluzione e la prosecuzione della sostituzione del lavoro manuale con le macchine.
In tutto il processo di progettazione e costruzione di un edificio stampato in 3D, l’autonomia della produzione edilizia e la libertà di produzione dell’intero sistema offerte dalla stampa 3D non solo liberano il lavoro umano rispetto alle tecniche costruttive tradizionali, ma riducono praticamente a zero anche i costi di manodopera.
Che si stampi un singolo edificio o un intero complesso, ci si affida alla volontà dell’architetto e all’innovazione progettuale, attraverso un modello autonomo di produzione digitale intelligente e personalizzata. Diversa dall’architettura tradizionale, l’architettura stampata in 3D è un modello di sviluppo e di gestione basato su progettazione personalizzata, stampa diffusa e generazione dell’esperienza, che favorisce la trasformazione della manifattura dalla costruzione su larga scala basata su tecnologie di base alla produzione intelligente basata su tecnologie digitali avanzate.
La teoria dell’innovazione dirompente formulata dal professore della Harvard Business School Clayton Christensen mostra inoltre che una nuova tecnologia, una volta entrata nel campo applicativo, può rivelarsi molto efficace se risponde a esigenze specifiche del mercato: continuerà allora a perfezionarsi fino a essere accettata dal mercato principale e a sostituire la traiettoria della tecnologia tradizionale, imponendosi come tecnologia dominante.
Come nuova forza nel campo dell’architettura, l’architettura stampata in 3D sta cambiando l’intero processo dell’industria manifatturiera. In futuro, la progettazione, la costruzione e l’uso dell’architettura complessa cambieranno sotto l’influenza della stampa 3D.
Si tratta di una nuova tendenza che risponde alle esigenze di una progettazione diversificata e allo sviluppo di forme architettoniche complesse, fondata sulla teoria filosofica della complessità e sulle tendenze dell’estetica architettonica. L’architettura stampata in 3D ha sostenuto lo sviluppo della manifattura dal punto di vista tecnico: non solo orienta la direzione di sviluppo dell’industria delle costruzioni, ma dimostra anche il valore e il significato della concreta possibilità degli edifici stampati in 3D.
Come nuovo tipo di architettura, l’architettura stampata in 3D è stata riconosciuta e sviluppata in Cina e all’estero. La stampa 3D consente di realizzare forme complesse e diversificate: quando nella forma architettonica emerge la complessità, la stampa 3D è lo strumento per concretizzare queste forme.
Allo stesso modo, quando il pensiero dell’architetto si rivolge alla scienza della complessità, le forme e le strutture architettoniche complesse che ne derivano non possono essere realizzate con i modelli costruttivi tradizionali. A quel punto, purché si possano disegnare, la stampa 3D permette di trasformare un progetto in una forma concreta e reale: è questo il vantaggio competitivo degli edifici stampati in 3D rispetto a quelli tradizionali, ed è anche un’espressione delle possibilità e del valore dell’architettura stampata in 3D.
I modelli di costruzione con stampa 3D riducono il fabbisogno di manodopera: in un’epoca di costi così elevati, la stampa 3D consente di ridurre drasticamente il costo del lavoro, al punto che durante la costruzione non serve manodopera.
Allo stesso tempo, nell’attuale contesto di software digitali e intelligenti e di diffusione dei dati, la stampa 3D non solo tiene il passo con i tempi, ma riduce anche la fase di preparazione della stampa e i tempi di conversione dei dati. Nella costruzione di grandi edifici stampati in 3D, alcuni componenti dell’edificio vengono stampati e assemblati separatamente per completare la struttura, con lavori di stampa eseguiti in parallelo: ciò riduce non solo le lavorazioni in cantiere, ma anche i tempi di produzione e di costruzione.
L’edificio stampato in 3D è un prodotto della stampa 3D: è un corpo unico senza giunzioni, la sua struttura ha una certa stabilità e la resistenza dei collegamenti tra componenti e materiali è molto superiore a quella delle costruzioni tradizionali. Gli edifici tradizionali sono costruiti a mano e la loro resistenza strutturale è tipicamente di 3.000 psi, mentre la resistenza massima di una struttura stampata in 3D può arrivare a 1.000 psi.
La stampante 3D, controllata da un software, stampa strato dopo strato partendo dal suolo, con una precisione di gran lunga superiore a quella del lavoro manuale; anche da questo punto di vista la stabilità strutturale è garantita e, grazie a calcoli accurati e a un deposito compatto del materiale, la qualità dell’edificio risulta ulteriormente garantita e migliorata.
Inoltre, la costruzione degli edifici tradizionali inquina in una certa misura l’aria, il suolo e l’acqua, mentre gli edifici stampati in 3D sono più puliti per l’ambiente. Per costruire edifici o complessi edilizi con la stampa 3D non è più necessario trasportare materiali inquinanti come cemento e legno.
Ogni progetto di edificio stampato in 3D richiede meno materiale, e i materiali utilizzati negli edifici stampati in 3D sono per lo più riciclabili, cioè possono essere fusi e riutilizzati. La riduzione delle materie prime impiegate comporta quindi meno sprechi e una maggiore tutela dell’ambiente: tutti aspetti che dimostrano la concreta possibilità degli edifici stampati in 3D.
Come nuovo tipo di architettura, l’architettura stampata in 3D ha sempre suscitato grande interesse e aspettative. Data l’ampiezza delle applicazioni dell’architettura stampata in 3D, nel lungo periodo il suo sviluppo procederà dal semplice al complesso e dall’attività principale a quelle collaterali.
Lo sviluppo e l’applicazione della stampa 3D e degli edifici stampati in 3D hanno anche stimolato l’economia, creando nuove basi di crescita grazie ai nuovi settori e modelli di business derivati dagli edifici stampati in 3D. Lo sviluppo della stampa 3D ha portato capacità avanzate per rispondere alla domanda del mercato di nuove tecniche costruttive e di nuovi modelli di gestione.
Per quanto riguarda l’architettura stampata in 3D, oggi la sua applicazione si concentra sulla fase di progettazione. Mentre le architetture e le macchine per la stampa 3D continuano a essere prodotte, nella fase di costruzione restano ancora alcuni problemi da risolvere. Per i problemi finora emersi negli edifici stampati in 3D si possono apportare correzioni e adeguamenti mirati.
Per esempio, come sviluppare materiali da costruzione adatti alla stampa 3D: si possono sviluppare compositi plastici ad alta resistenza a trazione e alla fessurazione, oppure aggiungere al calcestruzzo fibre e aggregati fini per migliorare la resistenza a trazione e le altre caratteristiche dei nuovi materiali compositi.
Se si stampa con due materiali, sorgono alcuni problemi. Assicurandosi che uno dei due materiali lavori a compressione e l’altro a trazione, li si dispone rispettivamente nelle parti compresse e in quelle tese dei componenti, mantenendo una buona adesione tra i due grazie a una doppia testa di stampa durante la stampa, così da ottenere un’opera stampata efficace e stabile nel suo insieme.
Si può aggiungere un cassero di stampa in cui collocare il materiale compresso; il cassero deve avere buone prestazioni a trazione e può essere realizzato in lamiera d’acciaio o in materiali fibrosi con una certa rigidezza. In primo luogo svolge una funzione di sostegno; in secondo luogo sfrutta le prestazioni del materiale a trazione con funzione di rinforzo; in terzo luogo può risolvere il problema della rugosità superficiale del materiale stampato.
Per la funzione di sostegno, si possono sviluppare dispositivi con casseri meccanici di supporto che sostengono il getto durante la stampa e che, una volta raggiunte una certa resistenza e tenacità del materiale, si smontano rapidamente e si possono riutilizzare. Lo sviluppo di stampanti 3D più funzionali è uno strumento importante per la costruzione di edifici stampati in 3D: il campo d’azione degli ugelli della stampante influisce sulle dimensioni degli edifici stampati e le prestazioni della testa di stampa incidono direttamente sulla precisione e sulla resa dell’edificio. Una stampante 3D adeguata e precisa è quindi il presupposto dell’edilizia stampata in 3D.
Dall’analisi dei problemi e dei limiti attuali emerge che lo sviluppo dell’architettura stampata in 3D dipende dall’adozione di misure adeguate.
Quanto ai vantaggi, la costruzione di edifici stampati in 3D permette, oltre a risparmiare materie prime, di ridurre a zero la fatica e il costo del lavoro. Rispetto ad altri modelli costruttivi offre buone prospettive di mercato e ampi margini di sviluppo, in linea con gli obiettivi nazionali di sviluppo sostenibile.
Non c’è dubbio che gli edifici stampati in 3D diventeranno il nuovo punto di riferimento della società del futuro, e tutte queste prospettive confermano che gli edifici stampati in 3D sono una possibilità concreta. Nell’attuale era di rapido progresso tecnologico, la stampa 3D, prodotto della società, è diventata il supporto tecnico per le sperimentazioni architettoniche e le costruzioni di ingegneri e architetti.
In architettura, la stampa 3D ha reso possibile uno stile progettuale più funzionale ed estetico, con un’importanza notevole per la progettazione architettonica. La stampa 3D è inoltre più semplice da usare, tanto che anche gli studenti possono progettare gli edifici che preferiscono. L’impiego della stampa 3D in architettura rappresenta una sfida per il settore immobiliare, ma anche per l’arredamento, l’arte e il design e la creatività culturale