Studio di materiali avanzati a matrice cementizia per l’additive manufacturing

Additive manufacturing is one of the main topics of the fourth industrial revolution; defined as Industry 4.0. Usage of concrete in additive technologies allows the development of innovative applications in the construction sector; for architecture; in the design field and in the industrial one. Additive manufacturing of concrete techniques offer several advantages: reduction of production time and costs; greater customization and design freedom; less material waste and less polluting emissions, higher level of job security. In the present work, a rewiew of existing techniques, of vantages related to this kind of production has been done and the characteristics required to concrete to be extruded are described in order to develop innovative extrudable cement-based materials with advanced functional properties. Cement-based printing mixtures with outstanding mechanical properties, containing recycled aggregates and resistant to high temperatures have been developed. The concrete printing process uses an additive, layer-based, manufacturing technique to build complex geometrical shapes without formwork and thus has a unique advantage over conventional construction methods. The hardened properties of the formulations and the effects of the layering process on density, mechanical strengths and drying shrinkage are presented together with the implication for mix proportions. The experimental work will demonstrate the potential of concrete printing as a viable new production process that can introduce greater geometric freedom into the design process as well as offering a novel means of manufacture that could avoid the need to mass produce identical concrete parts with limited numbers of variants.

L’additive manufacturing è uno dei temi principali della quarta rivoluzione industriale; definita come Industry 4.0. L'uso del calcestruzzo nelle tecnologie additive è molto promettente e consente lo sviluppo di applicazioni innovative nel settore delle costruzioni; per l’architettura; nel campo del design ed in quello industriale. Le tecniche di additive manufacturing of concrete offrono numerosi vantaggi: riduzione dei tempi e dei costi di produzione, maggiore personalizzazione e libertà nella progettazione, minore spreco di materiale e minori emissioni inquinanti, maggiore sicurezza sul lavoro. Nel presente lavoro è stata effettuata una revisione delle tecniche esistenti e dei vantaggi legati a questo tipo di produzione e sono state descritte le caratteristiche richieste al calcestruzzo affinché possa risultare estrudibile con lo scopo di sviluppare materiali innovativi a base cementizia estrudibili con proprietà funzionali avanzate. Sono state ottimizzate delle miscele a base cementizia stampabili con ottime proprietà meccaniche, contenenti aggregati di riciclo e resistenti alle alte temperature. Il processo di stampa del calcestruzzo utilizza una tecnica di produzione additiva, basata su strati per costruire forme geometriche complesse senza cassaforma e presenta quindi un vantaggio unico rispetto ai convenzionali metodi di costruzione. Le proprietà indurite delle formulazioni e gli effetti del processo di stratificazione su densità, resistenze meccaniche e ritiro igrometrico sono presentati insieme alle implicazioni relative alle proporzioni della miscela. Il lavoro sperimentale dimostrerà il potenziale della stampa del calcestruzzo come nuovo processo produttivo praticabile che può introdurre una maggiore libertà geometrica nel processo di progettazione, oltre a offrire un nuovo mezzo di produzione che potrebbe evitare la necessità di produrre in serie elementi identici in calcestruzzo con un numero limitato di varianti.