Relazione di Ricerca - Relazione finale delle attività svolte nell’ambito del task 4.2 dell’OR4 del progetto Pro-Sit

Le attività svolte all’interno dell’Obiettivo Realizzativo 4 mirano ad integrare l’industrializzazione all’interno dei processi edilizi, assecondando le esigenze di innovazione e digitalizzazione richieste dal settimo ciclo dell’edilizia, mettendo in primo piano i requisiti di qualità, tutela delle risorse e risparmio delle materie prime. Le recenti sfide poste dall’ambiente e dal mercato alla produzione industriale per l’edilizia ha reso più concreta l’esigenza di avviare politiche e strategie aziendali capaci di favorire l’innovazione e la competizione, elevare la qualità dei prodotti e della messa in opera, garantire la sicurezza, superare le criticità legate ad una produzione non rispettosa dell’ambiente e incrementare le risorse economiche. L’industria delle costruzioni negli ultimi decenni è stata caratterizzata da una produttività stagnante o addirittura in recessione, a differenza di altri settori (come, ad esempio, la manifattura o l’agricoltura). Una delle cause principali della scarsa produttività è da ricercare nella scarsa innovazione del settore, con l’assenza o comunque la lenta adozione di tecnologie digitali, materiali innovativi e automazione avanzata. Tra le tecnologie di industrializzazione più rilevanti, quelle legate all’Additive Manufacturing (AM) rappresentano una nuova rivoluzione industriale foriera di opportunità di sviluppo e di rilancio del settore delle costruzioni nella direzione della sostenibilità. L’AM, o manifattura additiva, è una rivoluzionaria modalità di concepire la realizzazione di prodotti da costruzione ad elevata innovatività, definendo tutti quei processi che partendo da modelli matematici creano modelli fisici tridimensionali. Tra le diverse tecnologie AM, la stampa 3D è in continua crescita, interessando anche il settore delle costruzioni, con la stampa 3D di materiale cementizio (malta a base di cemento). Essa consente, attraverso la sovrapposizione di materiale “layer upon layer”, la realizzazione di elementi da costruzione ottenendo molteplici vantaggi, tra cui maggiore libertà nella progettazione delle forme, ottimizzazione di tempi e costi, riduzione di materiale adoperato e conseguente maggiore sostenibilità. Negli ultimi anni, sono state sviluppate diverse applicazioni reali della tecnologia di stampa 3D di materiale cementizio, sia nella modalità cosiddetta on-site che in quella off-site. Nel primo caso, la stampa avviene per mezzo di enormi stampanti che vengono trasportate o montate sul sito di costruzione; nel secondo caso, gli elementi vengono stampati in laboratorio o fabbrica e trasportati al sito di costruzione dove vengono assemblati nell’opera definitiva. Per le applicazioni off-site, sono diversi gli esempi presenti nel mondo anche di interi edifici che vengono eretti mediante stampanti 3D di dimensioni maggiori dell’edificio stesso. In realtà, con questa tecnologia si vanno a stampare le casseforme all’interno delle quali poi viene gettato calcestruzzo ordinario. Di applicazioni off-site, viceversa, sono disponibili solo pochi esempi, sebbene questa presenti una serie di vantaggi soprattutto in termini di sostenibilità grazie alla possibilità di progettare elementi riutilizzabili e di sfruttare al massimo il materiale di base, grazie a processi di stampa di più elevata qualità e meno influenzati dalle condizioni ambientali [1]-[3]. Nonostante siano sempre più numerosi i gruppi di ricercatori e le imprese dell’innovazione attivi nel campo dell’AM per le costruzioni, la tecnologia di stampa 3D di materiale a base cementizia è da considerarsi ancora in una fase di sviluppo e sono diverse le problematiche ancora da indagare al fine di perseguire una diffusione su larga scala di tali elementi da costruzione. Ciò è particolarmente vero per la produzione di elementi da costruzione stampati in fabbrica (off-site). Se dal lato dello sviluppo del materiale, infatti, la ricerca e lo sviluppo possono considerarsi oramai pressoché maturi, alla scala degli elementi stampati il processo è ancora in via di definizione. Di grande rilievo è la questione della necessità di standardizzazione, con una sostanziale assenza di linee guida o norme miratealla produzione o alla valutazione delle prestazioni in termini di caratteristiche meccaniche, energetiche, acustiche, etc., o ancora al supporto alla progettazione. Nel contesto delineato, il presente lavoro si pone l’obiettivo di indagare la possibilità di eseguire una qualificazione di un prodotto da costruzione realizzato mediante stampa 3D di materiale a base cementizia. Lo studio si concentra nello specifico su un elemento “pannello” da adoperare come componente di una tamponatura, realizzato in fabbrica e installato in cantiere nell’opera finale. La qualificazione viene sviluppata prendendo quale riferimento il framework della marcatura CE dei prodotti da costruzione. Nel seguito si riporta una descrizione dei risultati delle principali attività svolte. Il capitolo 2 riporta una breve ricapitolazione dei processi alla base della marcatura CE, con particolare riferimento alle modalità di certificazione volontaria per prodotti innovativi. Nel capitolo 3 si presenta un ampio stato dell’arte sull’utilizzo della stampa 3D per la realizzazione di elementi da costruzione, mirato a individuare i principali limiti e vantaggi di tale processo produttivo, nonché le peculiarità di cui tener conto all’interno di un processo di qualificazione. Infine, nel capitolo 4 viene simulato un processo di qualificazione basato sull’approccio di valutazione adoperato in ambito di marcatura CE.