I ricercatori del Politecnico di Zurigo hanno usato elementi di casseforme stampati in 3D fatti di schiuma minerale riciclabile per creare una lastra di calcestruzzo prefabbricata, che dicono essere più leggera e meglio isolata mentre usano il 70 per cento di materiale in meno. Il sistema, noto come FoamWork, vede uno stampo rettangolare convenzionale riempito con 24 elementi minerali in diverse forme e dimensioni prima che il calcestruzzo venga gettato intorno ad essi e lasciato indurire, creando celle cave in tutto il pannello.
La geometria interna risultante è stata ottimizzata per rinforzare la lastra lungo le sue linee di stress principali, creando la forza necessaria e riducendo drasticamente la quantità di calcestruzzo necessaria per produrla. Gli elementi FoamWork stampati in 3D sono disposti all’interno di una cassaforma perimetrale in legno.
Se adottato su scala, l’architetto Patrick Bedarf ritiene che questo potrebbe aiutare a ridurre l’impronta di carbonio della costruzione e del cemento in particolare, che è il più grande emettitore singolo di CO2 nel mondo. “L’edilizia contribuisce in modo significativo alle emissioni di CO2, con la sola produzione di cemento responsabile del 7% delle emissioni a livello globale”, ha detto Bedarf, che è un ricercatore nel dipartimento di Digital Building Technologies (DBT) all’ETH di Zurigo. “Con FoamWork, le emissioni attraverso il consumo di materiale verrebbero ridotte nella lastra di cemento.
La minore massa avrebbe anche effetti secondari sul dimensionamento dell’intera struttura portante e ridurrebbe gli sforzi per la spedizione e la movimentazione nei cantieri.” Il calcestruzzo ultra-performante rinforzato con fibre viene versato intorno agli elementi della cassaforma. Gli stessi elementi della cassaforma sono stampati in 3D da un braccio robotico autonomo utilizzando la schiuma minerale, che è tradizionalmente fatta da cemento schiumato ed è sempre più utilizzata come materiale isolante nell’edilizia a causa della sua alta porosità.
Per evitare le emissioni associate alla produzione di cemento, il sistema FoamWork fa uso di un’alternativa sviluppata dalla start-up svizzera FenX che è fatta di un prodotto di scarto delle centrali a carbone chiamato cenere volante. Questo aiuta a minimizzare l’impronta di carbonio della schiuma, sostiene l’azienda, anche quando si considerano le emissioni associate alla combustione del carbone.
Gli elementi finali di FoamWork possono essere lasciati sul posto per migliorare l’isolamento della lastra di calcestruzzo prefabbricato, oppure riciclati e ristampati per creare nuove casseforme. Considerando che non vengono creati scarti nel processo di produzione additiva, ciò significa che l’intero sistema ha il potenziale di essere a scarto zero. “Attualmente, le geometrie delle casseforme personalizzate sono molto dispendiose da produrre o semplicemente non sono fattibili”, ha detto Bedarf a Dezeen.
Il sistema è stato stampato in 3D usando un braccio robotico autonomo “Le forme di plastica cave possono essere utilizzate per ridurre il calcestruzzo in grandi lastre standardizzate e, per applicazioni più piccole non standardizzate, le casseforme complesse per il calcestruzzo sono costruite manualmente in legno o tagliate a CNC da schiume di plastica dense”, ha aggiunto. “Entrambi gli approcci sono ad alta intensità di manodopera e sprecano molto materiale attraverso schegge e ritagli”.
