Ing. Ph.D. Vittoria Laghi, Prof. Giada Gasparini, Prof. Michele Palermo, Prof. Tomaso Trombetti
Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali (DICAM) – Università di Bologna
La digitalizzazione nel settore delle costruzioni favorisce la realizzazione di strutture più efficienti, riducendo lo spreco di materiale e incrementando la sicurezza in cantiere. Le attuali strategie per la realizzazione automatizzata di strutture in acciaio vedono l’applicazione di processi di stampa 3D metallica (e in particolare della tecnologia Wire and Arc Additive Manufacturing, WAAM) come la più promettente per costruire una nuova generazione di strutture in acciaio ad alta efficienza e ridotto impiego di materiale. Questo, tuttavia, comporta una conoscenza avanzata e interdisciplinare in tecniche di manifattura additiva, metallurgia, ingegneria strutturale e design computazionale. Recenti studi hanno affrontato la possibilità di combinare il design parametrico con attuali procedure di fabbricazione digitale per realizzare elementi strutturali in acciaio ad alta efficienza in termini di risorse. Questo articolo vuole presentare i risultati delle ricerche più recenti nell’ambito della stampa 3D metallica di grandi dimensioni per applicazioni strutturali. In particolare, l’attenzione è incentrata sugli studi portati avanti dal gruppo di ricerca in Tecnica delle Costruzioni dell’Università di Bologna su applicazioni di stampa 3D metallica per la realizzazione di elementi strutturali ottimizzati per favorire buone prestazioni strutturali e ridotto impatto ambientale.
INTRODUZIONE
L’adozione di soluzioni digitali per le costruzioni ha dimostrato di aumentare la sicurezza sul lavoro e di sostenere l’Economia Circolare, riducendo gli sprechi di materiale e semplificando il recupero delle risorse [1,2]. I processi di fabbricazione additiva (o stampa 3D) presentano il grande vantaggio della flessibilità nella geometria del risultato. Questo aspetto sembra essere il più adatto per la realizzazione di forme efficienti che sono difficili da realizzare con le tecniche di produzione convenzionali, ma che comportano una forte riduzione dell’uso di materiale. Tali forme potrebbero essere ottenute con l’uso di nuovi strumenti di Algorithm-Aided Design (AAD), già comunemente utilizzati in altri settori industriali, come quello automobilistico e aerospaziale.
L’applicazione di soluzioni di Additive Manifacturing (AM) e di strumenti di progettazione computazionale per le strutture in acciaio è sempre stata limitata a pochi casi pionieristici. I recenti sviluppi del processo AM nelle costruzioni hanno visto l’applicazione di queste tecniche per realizzare una nuova generazione di strutture in calcestruzzo, polimeri e metalli [3]. Per quanto riguarda le applicazioni nelle strutture in acciaio, la tecnologia di stampa 3D in metallo più sviluppata, costituita da un letto di polvere (per questo detta Powder-Bed Fusion, PBF) è limitata a un impiego di dimensioni ridotte. Difatti è stata adottata per realizzare connessioni ad hoc progettate parametricamente secondo algoritmi di ottimizzazione strutturale [4] o per creare gusci reticolari dalle forme libere [5]. Tuttavia, a causa dei vincoli geometrici intrinseci dell’ambiente di stampa (racchiuso in una scatola di lato pari a 250 mm), l’applicazione di questo tipo di connessioni è stata fortemente limitata a studi in scala o piccoli prototipi.
L’adozione di soluzioni digitali per l’edilizia si è dimostrata in crescita. Più recentemente, le tecniche di manifattura additiva a deposizione perenergia diretta (anche dette Directed-Energy Deposition, DED), come la Wire-and-Arc Additive Manufacturing (WAAM), hanno permesso di aumentare le dimensioni degli oggetti stampati fino a diversi metri di luce, incrementando così il potenziale utilizzo della fabbricazione digitale nelle costruzioni in acciaio [6,7]. La prima applicazione di questa tecnologia a livello infrastrutturale è stata il ponte della ditta olandese MX3D, il primo ponte pedonale in acciaio stampato in 3D al mondo, situato nel centro di Amsterdam . Ricerche recenti sono state dedicate alla valutazione del comportamento strutturale di parti in acciaio prodotte con tecnologia WAAM, come elementi tubolari [8], colonne diagrid [9], travi [10] e connessioni [11]. […]
Leggi l’articolo completo su Costruzioni Metalliche n. 4/2024.