Produzione additiva

Cosa sta frenando la costruzione stampata in 3D?

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Recentemente, l’idea è emersa di utilizzare i principi della stampa 3D per costruire case, in modo simile a come i componenti meccanici vengono stampati in 3D con plastica o metallo. Invece di metodi laboriosi come la muratura, una macchina automatizzata di stampa 3D può assemblare rapidamente pareti in cemento.

Questo è spesso stato presentato come il futuro dell’edilizia abitativa e della costruzione. Ma nella pratica, gli edifici stampati in 3D sono ancora una curiosità e sono lontani dall’essere una pratica standard emergente nel settore delle costruzioni.

Un nuovo studio condotto da ricercatori del British College of Applied Studies (Sri Lanka), dell’Indian Institute of Science, dell’University of Southern Queensland (Australia) e della Northumbria University (UK) ha identificato l’ostacolo residuo all’adozione più ampia di questa tecnologia.

Hanno scoperto che i calcestruzzi avanzati progettati specificamente per la stampa 3D sono importanti, e che la frammentazione normativa è il più grande ostacolo alla diffusione commerciale su larga scala.

Hanno pubblicato i loro risultati su Next Materials1, con il titolo “Stampa 3D nella costruzione: una revisione completa di materiali, metodi, applicazioni e criteri di prestazione SAFE”

Costruzione 3D: dal prototipo alla scala commerciale

Finora, la maggior parte delle recensioni sull’uso della manifattura additiva (“stampa 3D”) nella costruzione si è concentrata su materiali o proprietà meccaniche. Tuttavia, ciò trascura le più ampie caratteristiche di abitabilità e sicurezza che governano l’approvazione normativa e l’accettazione da parte degli occupanti.

Pertanto, una valutazione migliore è utilizzare il quadro dei criteri di prestazione SAFE:

  • (S) Indicatori di prestazione strutturale.
  • (A) Acustica.
  • (F) Resistenza al fuoco.
  • (E) Efficienza energetica.

“Questa prospettiva multi-rischio è in linea con l’orientamento delle emergenti norme ISO, EN e ASTM per le nuove tecnologie costruttive”

Per fare ciò, i ricercatori hanno compilato la letteratura scientifica relativa alla tecnologia della stampa 3D in costruzione e l’hanno incrociata in ricerche secondarie con ciascun qualificatore di prestazione SAFE.

Si tratta di un corpus di ricerca in rapida crescita, con ogni anno che vede un aumento degli studi in questo settore.

Oltre alla ricerca accademica, i progetti di stampa 3D su scala edilizia si moltiplicano, sebbene rimangano numeri ridotti di test pilota. I paesi leader sono gli USA e la Cina (oltre 30 progetti), seguiti da paesi europei (Francia, Germania, Paesi Bassi), gli Emirati Arabi Uniti, il Giappone e l’Australia.

Le numerose tecnologie di stampa 3D in cemento

Sebbene spesso discussa come un insieme uniforme di tecnologia, la stampa 3D per la costruzione è in realtà un’ampia varietà di tecnologie, ciascuna che utilizza diversi metodi di estrusione e materiali.

Le più comuni sono esistemi basati sull’estrusione, che dominano la manifattura additiva su scala edilizia. Una miscela cementizia pompabile viene estrusa attraverso un ugello montato su un telaio fisso (“gantry cartesiano”) o su un braccio robotico multiasse. Il contour crafting aggiunge finitura superficiale tramite un’ala di spatola montata accanto all’ugello.

Un altro metodo è sistemi basati su letto di polvere, simile al letto di polvere per la stampa 3D di metalli. Questo consente la costruzione senza strutture di supporto dedicate, con la polvere sciolta che fornisce il supporto necessario.

Successivamente arriva stampa 3D iniezione di calcestruzzo, in cui un materiale cementizio fluido viene iniettato in un mezzo di supporto su misura (un materiale fluido o gelatinoso), anziché essere depositato strato per strato nell’aria. Questo consente l’uso di miscele altamente fluidi con migliore pompabilità e requisiti di pressione di estrusione ridotti.

Infine, esistono metodi ibridi di costruzione 3D, ad esempio l’uso di robot aggiuntivi per l’inserimento di armature o la stampa multimediale.

Ciascuna di queste tecnologie è promettente, ma solo poche sono realmente pronte per una diffusione su larga scala. In generale, i sistemi a base di cemento sono molto più pronti, poiché possono basarsi sulla catena di approvvigionamento e sull’esperienza esistenti nell’industria delle costruzioni.

In confronto, altri materiali come geopolimeri, compositi di argilla, o compositi di canapa e calce sono promettenti in termini di profilo ecologico o asciugatura rapida, ma sono ancora solo in fase sperimentale. Questi materiali potrebbero inoltre essere lontani dall’essere ideali nel quadro SAFE, il che richiede trattamenti aggiuntivi.

“Una limitazione fondamentale in termini di prestazioni antincendio è la combustibilità e l’elevata velocità di rilascio di calore della maggior parte dei termoplastici, che richiede rivestimenti ritardanti di fiamma o polimeri intrinsecamente resistenti al fuoco come il PEEK”

Valutazione SAFE delle Costruzioni 3D

Prestazioni Strutturali

Le prestazioni strutturali delle strutture costruite in 3D mostrano che, a differenza dei metodi tradizionali, le prestazioni variano notevolmente a seconda del tipo di sollecitazione strutturale.

“A differenza del calcestruzzo colato, il calcestruzzo stampato in 3D (3DPC) presenta un’anisotropia intrinseca derivante dalla deposizione stratificata, che si manifesta come proprietà meccaniche dipendenti dalla direzione e piani di debolezza interstrato.”

Ciò impone un limite rigido alla velocità e all’altezza massima della costruzione. Per questo motivo, sembra che il rinforzo combinato di barre d’acciaio e nanomateriali rappresenti l’approccio più efficace per ottenere duttilità e resistenza a trazione conformi alle normative nei componenti stampati.

Un altro criterio di prestazione strutturale è la durabilità, con gli edifici in calcestruzzo destinati a durare decenni senza indebolimenti significativi. La stampa 3D rischia di introdurre spazi d’aria e porosità molto più di quanto avvenga nella costruzione tradizionale in calcestruzzo.

“Le interfacce interstrato tendono a presentare un contenuto di vuoti più elevato e una maggiore permeabilità ai gas rispetto alle zone massicce, sollevando preoccupazioni riguardo alla corrosione indotta dalla carbonatazione, all’ingresso di cloruri e alla suscettibilità al gelo‑disgelo.”

È possibile utilizzare diversi metodi per affrontare questo problema:

  • Progettazione di miscele dense, riducendo la porosità.
  • Sigillanti superficiali in condizioni di esposizione aggressiva.
  • Materiali cementizi supplementari (ad esempio, fumo di silice o metacaolino) per ridurre la connettività dei pori.

Prestazioni Acustiche

Un criterio importante per i futuri utenti dell’edificio, la trasmissione del suono è rilevante in normative come EN ISO 16283. Tuttavia, sono state identificate meno di 20 pubblicazioni dedicate nella ricerca sistematica della letteratura che affrontano questa questione, illustrando una discrepanza relativa tra lo sviluppo dei metodi di costruzione 3D e le normative di costruzione nella pratica.

Sembra che il calcestruzzo a base di canapa e calce o le malte di cemento Portland ordinario (OPC) più sottili performino significativamente al di sotto dei metodi tradizionali.

Alcune delle soluzioni proposte per risolvere il problema includono pannelli acustici a base biologica come strati di riempimento stampati, la stampa di cavità risonanti periodiche ispirate ai metamateriali acustici, o geometrie a celle tetrakaidecaedri e canali labirintici, ma tutti potrebbero aumentare la complessità dell’attività di stampa.

Resistenza al Fuoco

Questo criterio potrebbe rappresentare un colpo mortale per la stampa 3D basata su polimeri. Non solo sono intrinsecamente più infiammabili, ma la tossicità del fumo è anche poco compresa.

“Il PLA stampato in 3D non modificato mostra una rapida accensione e un rilascio di calore sostenuto sotto flusso di calore radiante, ben al di sopra delle soglie ammissibili per applicazioni strutturali senza formulazione ritardante di fiamma, rivestimenti intumescenti o alternative riempite di ceramica.”

Tuttavia, ad eccezione dei componenti stampati in 3D a base di polimeri, gli altri metodi di stampa 3D offrono prestazioni notevolmente buone in termini di resistenza al fuoco, anche se confrontati con il Calcestruzzo Ultra‑Alta Prestazione (UHPC).

L’unico vero problema può riguardare gli elementi stampati con sezioni cave, che possono aumentare la vulnerabilità al fuoco. Riempire le sezioni cave con calcestruzzo isolante leggero, lana minerale o schiuma intumescente può ripristinare la resistenza al fuoco a un livello accettabile.

Efficienza Energetica

La letteratura esistente dimostra che gli edifici stampati in 3D superano l’UHPC per quanto riguarda l’isolamento termico, e superano di gran lunga i valori richiesti per gli assemblaggi murari a efficienza energetica secondo la EN 12524 per alcuni materiali come il mix di canapa e calce, che soddisfano persino i tipici requisiti termici delle normative edilizie nazionali.

Con riduzioni dell’uso di materiale del 35–60 % per gli elementi strutturali stampati in 3D rispetto alla costruzione convenzionale in opera, il metodo risulta anche più efficiente in termini di materiale e energia durante la costruzione.

Tuttavia, il processo di stampa introduce ulteriori richieste energetiche da sistemi compressori, azionamenti robotici e apparecchiature di riscaldamento, riducendo i benefici netti del ciclo di vita del 10–25 % a seconda del mix energetico e della velocità di stampa.

Inoltre, la stampa ottimizzata di calcestruzzo 3D con aggregato riciclato riduce le emissioni di carbonio del ciclo di vita fino al 53,1 % rispetto alla costruzione tradizionale con casseforme.

Il Futuro della Costruzione 3D

Finora, l’edilizia residenziale, in particolare le case unifamiliari, è la più adatta al livello attuale di maturità tecnologica della costruzione 3D con cemento o materiali affini. Anche le opere infrastrutturali e le applicazioni per il soccorso in caso di catastrofi sono relativamente vicine.

La più grande difficoltà nell’implementare la stampa 3D su larga scala nell’edilizia è la mancanza di standard, codici e quadri normativi armonizzati. Poiché la tecnica esiste in una vasta gamma di sotto‑tecnologie e materiali, è difficile valutare in anticipo le future prestazioni in termini di comfort, sicurezza e integrità strutturale.

Per questo motivo gli autori dello studio ritengono che sia urgentemente necessario un programma coordinato di standard multi‑parte, rivolto a tutti e quattro i domini SAFE.

Questa esigenza è particolarmente acuta per quanto riguarda le prestazioni acustiche, poiché l’argomento è stato quasi del tutto inesplorato.

Oltre a una migliore definizione degli standard costruttivi, il settore dovrebbe muoversi anche in alcune altre direzioni:

  • Multi-material printing, che rappresenta la via più promettente per soddisfare simultaneamente tutti e quattro i criteri SAFE all’interno di un unico assemblaggio murario. Tuttavia, il controllo del processo per l’estrusione multimediale è ancora immaturo e richiederà ulteriori R&D.
  • Circular economy integration a livello di progettazione del mix, che sta avanzando rapidamente, per utilizzare una sostituzione al 100 % di sottoprodotti industriali.
  • Prediction of energy efficiency nella fase di progettazione dell’edificio, che potrebbe costituire un solido argomento commerciale.

Investire nella costruzione stampata in 3D

CEMEX

CEMEX è una multinazionale messicana di materiali da costruzione con una forte presenza in tutte le Americhe. Fondata nel 1906, è cresciuta fino a diventare una delle più grandi aziende di materiali da costruzione al mondo, producendo e distribuendo cemento, calcestruzzo pronto, aggregati e soluzioni per l’urbanizzazione, partecipando in particolare alla costruzione di Torres Rise, il grattacielo più alto dell’America Latina con i suoi 484 metri (1.588 piedi).

Fonte: CEMEX

Il core business di CEMEX è la produzione di cemento e calcestruzzo pronto, con gli Stati Uniti e il Messico come mercati principali. Anche la regione EMEA (Europa, Medio Oriente, Africa) è importante, mentre il resto dell’America Latina e le isole dei Caraibi lo sono meno.

Fonte: CEMEX

Grazie alla sua solidità nel cemento tradizionale, CEMEX si sta anche preparando al potenziale della costruzione stampata in 3D. Ha infatti investito nel produttore di stampanti per costruzioni COBOD, pioniere negli edifici stampati in 3D.

“Lavorando con COBOD, CEMEX ha sviluppato un’esperienza cliente nella costruzione con stampa 3D superiore a qualsiasi cosa sia stata offerta in passato. I nostri sforzi di innovazione ci collocano all’avanguardia delle nuove tecnologie che contribuiscono a costruire un futuro migliore.”

Gonzalo Galindo, Responsabile di CEMEX Ventures

COBOD e CEMEX hanno inoltre sviluppato congiuntamente D.fab, una famiglia proprietaria di additivi, che consente al calcestruzzo di assumere forma istantaneamente.

Ciò rende CEMEX un’opzione per gli investitori che desiderano ottenere esposizione al mercato quotato attraverso una borsa supportata e la solidità di un’azienda multimiliardaria, anziché una startup di stampa 3D più rischiosa. A lungo termine, è anche possibile che la tecnologia della stampa 3D nell’edilizia diventi una commodity, ma che le miscele speciali proprietarie, approvate dalle normative, rappresentino la parte più preziosa della catena di fornitura.

Naturalmente, ciò implica anche che i rendimenti delle azioni dell’azienda saranno strettamente legati all’efficienza operativa del suo core business, che gli investitori vorranno comprendere in profondità.

CX Grafico dei prezzi

Ultime notizie e sviluppi sulle azioni CEMEX (CX)

Studio di riferimento

1. Kajeenthan Kamalaseelan. Stampa 3D nell’edilizia: una revisione completa di materiali, metodi, applicazioni e criteri di performance SAFE. Next Materials. ottobre 2026. Articolo: 103494. Volume 13. 10.1016/j.nxmate.2026.103494

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Jonathan è un ex ricercatore biochimico che ha lavorato nell'analisi genetica e nelle sperimentazioni cliniche. Ora è un analista di titoli e scrittore finanziario con un focus su innovazione, cicli di mercato e geopolitica nella sua pubblicazione 'The Eurasian Century'.