Il materiale da costruzione realizzato con gli scanner Artec per un futuro sostenibile

Economico e facile da realizzare, il cemento è un materiale incredibilmente popolare. Infatti, oltre all'acqua, il cemento è la risorsa più utilizzata sulla Terra. Ma è anche un fattore significativo nel riscaldamento globale.

Per realizzare il calcestruzzo da costruzione, è necessario prima di tutto realizzare il cemento mediante la cottura di calcare, argilla e altri materiali in un forno, come parte di un processo ad alta intensità di energia e CO2. Quando si considerano i danni causati dall'estrazione degli ingredienti, le emissioni dei trasporti e l'impatto che le città coperte di cemento hanno sulla nostra salute, il cemento è ora uno dei più grandi eco-criminali del nostro pianeta.

I principali attori del settore cercano di contrastare la loro colossale impronta di carbonio, sia con la cattura del carbonio che con l'energia verde, ma altri stanno cercando di sostituire del tutto il cemento nelle costruzioni.

Paglia, bambù e persino gusci d'uovo sono stati considerati come alternative. Spesso, si propone anche di stampare in 3D dei materiali sperimentali, per ridurre gli sprechi. Tuttavia, a parte le storie di successo dei tentativi di prova, nulla ha spodestato il cemento dal suo ruolo chiave nell'edilizia moderna.

Zucchero: Il nostro dolce eco-salvatore?

Uno degli approcci più recenti e innovativi per affrontare questo spinoso problema è in fase di perfezionamento presso l'Università di East London (UEL).

Insieme agli esperti di raffinazione dello zucchero di Tate & Lyle Sugars, il team UEL sta lavorando a un sostituto basato su un sottoprodotto della canna da zucchero. Potresti chiederti: "Perché la canna da zucchero?" Si dà il caso che la canna da zucchero sia la coltura più raccolta al mondo.

Quasi due miliardi di tonnellate vengono raccolte in tutto il mondo ogni anno, lasciando dietro di sé 600 milioni di tonnellate di gambi di piante schiacciati, una polpa pasticciata chiamata "bagassa". Fino a poco tempo fa, questa massa veniva in gran parte smaltita, ma viene sempre più spesso riutilizzata. Generalmente, il materiale viene impiegato come biocarburante, ma il team UEL ritiene che possa anche avere un potenziale nel settore della costruzione.

Un primo piano del processo di pressatura a blocchi Sugarcrete®. Foto di Chromaphotography, fornita per gentile concessione di UEL

Nei loro sforzi per realizzare questo suo potenziale, il team ha sviluppato un materiale 4-5 volte più leggero del mattone, con un'impronta di carbonio inferiore del 15-20%. Ma piuttosto che fare mattoni basati su una loro formula, che hanno chiamato Sugarcrete®, hanno lavorato con gli architetti di Grimshaw per far rivivere un progetto del 1699.

Quell'anno, l'architetto francese Joseph Abeille introdusse le volte piane assemblate a secco, costituite da lastre ad incastro, che si univano tra loro per trasferire carichi sulla loro superficie. Il design rinnovato dal team ora presenta legami perimetrali precompressi, che riducono la dipendenza dall'acciaio fino al 90%, rendendolo una base ideale per infrastrutture eco-compatibili.

Tuttavia, quando hanno iniziato a realizzare i blocchi Sugarcrete®, i ricercatori UEL hanno riscontrato un restringimento non trascurabile. Il settore delle costruzioni è fortemente regolamentato, quindi il team aveva bisogno di un modo per misurare, quantificare e affrontare questo problema. La risposta? Un processo di ricerca e sviluppo unico, accelerato e convalidato dalla scansione ad alta velocità e precisione Artec 3D.

Digitalizzazione presso il "Fab Lab" di UEL

Fortunatamente per il teamSugarcrete ®, UEL è ora sede di un laboratorio di fabbricazione digitale ricco di strumenti di digitalizzazione, tra cui Artec Eva Lite, Artec Eva, Artec Space Spider e Artec Leo.

Il team di sviluppo Sugarcrete®. Foto di Chromaphotography, fornita per gentile concessione di UEL

Dal 2006, il partner certificato Artec Gold Patrick Thorn & Co. ha aiutato UEL ad espandersi da una manciata di fresatrici a una struttura pronta per l'industria, fornendo formazione lungo tutto il percorso. Con i dispositivi di Fab Lab, gli studenti hanno già trovato la possibilità di digitalizzare diversi oggetti, dalle opere d'arte agli ambienti esterni a scopo di monitoraggio, ottenendo risultati eccezionali.

In questo caso, i suoi sviluppatori hanno implementato Artec Leo, il primo scanner wireless del settore, per valutare i prototipi di Sugarcrete®. La mancanza di cavi e il display integrato lo hanno reso incredibilmente maneggevole e facile da gestire per i principianti. L'altissima precisione del dispositivo ha anche permesso loro di identificare l'esatto restringimento di ogni blocco e scoprire una soluzione: una ricetta migliore.

Blocchi di costruzione Sugarcrete® assemblati. Foto di Chromaphotography, fornita per gentile concessione di UEL

"Avevamo usato la calce, un materiale da costruzione standard con meno carbonio del cemento. Ma presenta un contenuto d'acqua che tende a ridursi nel tempo", spiega Alan Chandler, co-direttore del Sustainability Research Institute dell'UEL. "Ora usiamo un legante siliconico senz'acqua che "vetrifica" la miscela, offrendo meno deformazioni e più resistenza alla compressione".

"È stato particolarmente utile essere in grado di catturare il materiale finito. Con Artec Leo, abbiamo dimostrato come sia possibile migliorare le proprietà delle lastre Sugarcrete®".

Dalla teoria alla realtà

Anche Artec Studio è stato fondamentale per il successo del progetto Sugarcrete®. Utilizzando funzionalità come il Pilota Automatico, che automatizza molte fasi di elaborazione manuale dei dati, gli studenti del team sono stati rapidamente e facilmente in grado di passare dalla scansione a una mesh 3D altamente dettagliata. La stretta integrazione SOLIDWORKS di Artec Studio ha anche reso semplice il processo scan-to-CAD.

Con la funzionalità di esportazione diretta della mesh, i file possono essere inviati su SolidWorks con un solo clic. Questa integrazione si è rivelata un vero risparmio di tempo, poiché alla fine il team ha dovuto trasformare oltre cento mesh a blocchi in modelli CAD. Secondo Chandler, questo vantaggio è stato fondamentale per "scompattare le differenze" tra i campioni, evitare generalizzazioni ed escludere difetti causati dal puro caso.

Una lastra Sugarcrete® completa con un modello 3D del progetto finale. Foto di Chromaphotography, fornita per gentile concessione di UEL

Mentre il team lavora con Tate & Lyle Sugars per identificare le opportunità nel mondo della produzione dello zucchero, aggiunge che la scansione Artec 3D può ora aiutare gli obiettivi del Sustainability Research Institute dell'UEL nell'ottimizzazione del design, nella modellazione delle prestazioni e nell'analisi del ciclo di vita (LCA).

"Misurare il restringimento dei blocchi non è più un esercizio teorico, è diventato un esercizio pratico", ha concluso Chandler. "Puoi prevedere i percorsi di carico su un computer, ma è molto più facile digitalizzare e guardare le variabili. Con la scansione 3D, vogliamo essere in grado di collegare gli LCA alle prestazioni e al design degli edifici. Non si tratta solo di dare un bell'aspetto ai dati, si tratta di fare del bene".

"Abbiamo dovuto andare oltre la teoria. Essere in grado di valutare il nostro approccio utilizzando l'accuratissima scansione Artec 3D ci ha permesso di vedere come si comportano i blocchi nella realtà."

Vuoi saperne di più? Puoi leggere un resoconto completo del progetto Sugarcrete qui.