Questo settore è particolarmente sensibile al peso dei veicoli, specialmente per il rapporto diretto tra diminuzione del peso e risparmio di energia (e quindi del carburante e dei costi). Si è già fatto cenno ai vantaggi che il settore aerospaziale può trarre dall'utilizzo della manifattura additiva. Qua si riporta qualche esempio per comprendere con più chiarezza la portata dell'AM e le sue applicazioni effettive. Il caso più eclatante è quello di Avio Aero, un'azienda italiana che fa parte del gruppo di
General Electric, che utilizza principalmente stampanti 3D per produrre componenti
per motori aeronautici. Lo stabilimento di Cameri è dotato di più di 60 stampanti industriali e lavori diversi materiali metallici, tra cui anche l'alluminio. Oltre a questo caso vale la pena menzionare il fatto che anche le due principali aziende del settore come Airbus e Boing fanno ampio uso di tecnologie additive nella propria produzione. La prima, per esempio, stampa le strutture di supporto per televisori che vanno inseriti nei sedili, risparmiando peso e ottenendo pezzi più resistenti allo stesso tempo. La seconda, invece, utilizza la stampa 3D per produrre attrezzature per assemblare le centine delle ali.
Un'applicazione molto simile ma un po' più "fantascientifica" riguarda l'esplorazione spaziale. La NASA fa ampio uso delle tecnologie additive nei suoi progetti, principalmente grazie alla possibilità di avere pezzi più leggeri ma più resistente rispetto alle tecniche tradizionali. Il primo esempio di questo utilizzo consiste nel poter ottenere i pezzi necessari (di ricambio o altro) direttamente nelle basi spaziali, accorciando in maniera drastica i tempi di intervento e ponendo le basi
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per missioni più lunghe e complesse. Inoltre, i veicoli utilizzati per le esplorazioni di pianeti del sistema solare spesso contengono parti ottenuto con stampanti 3D. Il
Desert RATS è un veicolo in base di sperimentazione che dovrebbe servire per
l'esplorazione umana di Marte e contiene circa 70 pezzi prodotti con la manifattura additiva.
Edilizia
Nel 2012 è stata costruita la prima casa interamente stampata in 3D. Si tratta di Villa Asserbo, un'abitazione costruita in quattro settimana e assemblata da pezzi ottenuti con una stampante 3D. Questo è forse il primo e più famoso esempio di AM applicata al settore edilizio. Da allora ci sono stati enormi miglioramenti. Sono nati progetti in grado di stampare l'argilla o la sabbia, di lavorare il calcestruzzo e stampare delle abitazioni strato su strato. Ancora una volta un esempio molto interessante arriva dalla Cina, dove la Winsun Decoration Design Engineering ha dichiarato di essere riuscita a costruire dieci case in 24 ore, utilizzando una stampante di grandi dimensioni (lunga 150 metri, larga 10 metri e alta 6 metri). Secondo l'azienda il costo di una singola costruzione è intorno ai € 3.500. In questo caso si parla solo di parti strutturali, quindi il tetto, pavimento e finiture interne sono escluse. Una casa abitabile costruita con questa tecnica costerebbe di più naturalmente, ma in ogni caso molto meno rispetto ai prezzi attuali. Tra i maggiori benefici nell'utilizzo di questa tecnica la Winsun nomina la riduzione degli scarti di costruzione tra il 30% ed il 60%, riduzione dei tempi dal 50% al 70%, e risparmio del costo del lavoro dal 50% al’80%, grazie all'utilizzo di materiali riciclati e di scarto, riduzione degli sprechi e alta automazione del processo di costruzione.
Alla base della tecnologia usata dall'azienda cinese c'è la tecnica del contour
crafting16, messa appunto da Behrokh Khoshnevis. Il funzionamento di questa tecnica
è spiegato nell'immagine seguente:
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Figura 1.5 - Fonte: www.contourcrafting.org
In sostanza, la tecnologia consiste in una grande struttura che viene montata direttamente sul posto dove si troverà la costruzione. Questa struttura utilizza un grande ugello per rilasciare materiale strato su strato che poi si solidifica e forma le pareti dell'edificio. L'intero processo è gestito dal computer e basato su un modello 3D digitale. Tra I vantaggi c’è a possibilità di progettare e realizzare tubature per l’acqua, elettricità, gas, aria condizionata e simili già in fase di stampa dell’edificio. Lo stesso sito internet dedicato a questa tecnologia riporta i principali utilizzi e sviluppi futuri: "
As for the future development direction of CC, a relatively large multidisciplinary research team at the University of Southern California will be investigating the application of the technology in construction of modern civil structures, construction of structures on the moon and Mars, and in fine arts on the creation of large ceramic sculptures."
In sintesi, si tratta ancora di applicazioni in fase di sperimentazione ma una volta che saranno sul mercato l'effetto sarà senza dubbio dirompente. Oltre agli utilizzi più immediati nell'ingegneria civile, il contour crafting potrà essere utilizzato anche in casi di emergenza. Basta pensare al enorme numero di sfollati nel mondo a causa di calamità naturali; grazie a questa tecnologia sarà possibile costruire in tempi rapidi degli edifici di accoglienza e soccorso molto funzionali e resistenti. Per fare ciò è necessario superare alcune problematiche rilevanti, come la grandezza delle stampanti impiegate e l’elevata quantità del materiale utilizzato. Con riguardo a quest’ultimo
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punto si pone la questione di che materiali utilizzare e di come la stampante debba gestire gli stessi, poiché è impensabile che tutto il materiale sia contenuto all’interno del macchinario. Il peso sarebbe così elevato da mettere a dura prova la resistenza della stampante stessa. La soluzione ipotizzata per il momento è un contenitore esterno, diverso dalla stampante, che viene regolarmente riempito con le betoniere. Infine, la stessa NASA ha individuato in questa tecnica il modus operandi per la costruzione di basi sulla Luna e su Marte. Scenario che per il momento sembra da film di fantascienza ma che tutto sommato forse non è così lontano.