ITPI20090095A1 - Metodo e dispositivo per la manifattura rapida di strutture in conglomerato - Google Patents

Description

“METODO E DISPOSITIVO PER LA MANIFATTURA RAPIDA DI STRUTTURE IN CONGLOMERATO†,

DESCRIZIONE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione si colloca nel campo dell’edilizia ed, in particolare, si riferisce ad un metodo per la manifattura rapida e automatica di strutture in conglomerato quali ad esempio edifici o altre opere.

Inoltre, l’invenzione si riferisce ad un dispositivo, controllato da computer, per la manifattura rapida delle suddette strutture in conglomerato.

Nel seguito si userà la terminologia struttura edilizia o “edificio†per definire una struttura in conglomerato che può essere abitabile, come ad esempio una casa, o anche un manufatto di edilizia di altro genere, come un monumento, una scultura, un manufatto di ingegneria edile o di ingegneria delle costruzioni civili qualsivoglia.

Descrizione della tecnica nota

Sono noti un metodo e un’apparecchiatura per costruire in modo automatico strutture in conglomerato, in particolare edifici, descritti in WO2006100556.

In particolare, l’apparecchiatura, controllata da un computer e dotata di tre assi di movimentazione lineare secondo tre direzioni ortogonali di cui una verticale, à ̈ atta a depositare in alternanza uno strato di materiale granulare ed uno strato di materiale legante liquido, in particolare resina epossidica o poliuretanica, formando un conglomerato solo in punti predeterminati dello strato. Il tutto avviene all’interno di pareti di contenimento che definiscono un perimetro chiuso.

Tale metodo ha lo svantaggio di richiedere il montaggio di dette pareti prima della deposizione dei vari strati per la formazione del conglomerato e il loro smontaggio dopo la solidificazione della struttura, comportando costi di manodopera e di trasporto a causa del peso e dell’ingombro delle pareti.

Inoltre, le parti di contenimento vengono dimensionate secondo il volume massimo di struttura costruibile al loro interno, per cui il volume di materiale granulare impiegato à ̈ spesso molto maggiore di quello necessario, con costi maggiori sia di approvvigionamento che di movimentazione e rimozione del materiale granulare inutilizzato alla fine della fase di produzione.

È utile evidenziare inoltre che, nel corso e soprattutto al termine del processo di costruzione, le pareti di contenimento sono soggette alla spinta di tipo idrostatico del materiale granulare non legato che deve essere contrastata dagli elementi strutturali dell’apparecchiatura imponendo una notevole complessità e appesantimento non solo delle pareti ma anche della parte strutturale dell’apparecchiatura.

Tale metodo ha anche lo svantaggio di prevedere l’impiego di resine organiche bi-componenti di tipo epossidico o poliuretanico come materiale legante, entrambe caratterizzate da un costo notevole e da una scarsa compatibilità ambientale sia sotto l’aspetto della produzione, che dello smaltimento, nonché di tossicità in caso di incendio o contatto prolungato.

Un ulteriore svantaggio à ̈ la notevole complessità e costo della testa di spruzzo, legata al preciso rapporto di dosatura richiesto dalle resine e l’obbligo di accurata e frequente manutenzione, pulizia e periodica sostituzione delle parti della testa di spruzzo in cui i due componenti entrano in contatto.

Tale metodo ha poi lo svantaggio che il materiale conglomerato ottenuto dall’uso delle resine à ̈ caratterizzato da un basso valore del modulo elastico comportando una notevole deformabilità delle parti della strutture ottenute che saranno soggette a carichi flessionali e di trazione.

US5204055 e US2008001331 trattano di tecniche di costruzione di strutture edilizie mediante tecnica di stampa tridimensionale per deposizione e stampa alternata di strati di materiale granulare fino ad ottenere detta pluralità di porzioni di struttura, come descritto in WO2006100556WO2009/037550 e di struttura. In particolare, US2008001331 descrive un metodo di stereo-litografia per realizzare edifici, senza gusci o pareti di contenimento. Tuttavia, questo metodo consente solo di realizzare piccoli manufatti, dato che altrimenti, si creerebbe intorno alla zona di stampa un cumulo enorme di materiale granulare non legato, molto difficilmente gestibile.

WO2006/100556 (METHOD AND DEVICE FOR BUILDING

AUTOMATICALLY CONGLOMERATE STRUCTURES) prevede la realizzazione di strutture in conglomerato, mediante una stampante 3D che opera all’interno di un perimetro chiuso che impiega come legante, tipicamente, resine epossidiche o poliuretaniche. In tal caso, la struttura à ̈ realizzata direttamente †̃in situ’ in un'unica sessione di lavoro, dalla fondazione al colmo dell’edificio.

WO2009/037550 (IMPROVED METHOD FOR AUTOMATICALLY

PRODUCING A CONGLOMERATE STRUCTURE AND APPARATUS THEREFOR) prevede allo stesso modo del precedente la realizzazione di strutture in conglomerato mediante una stampante 3D ma prevede in più anche la realizzazione di un guscio perimetrale “a perdere†, facendo impiego di miscele di sabbie pre-miscelate a ossidi metallici come materiale granulare e di soluzioni saline come liquido di stampa. Questa soluzione introduce il vantaggio di eliminare l’uso di pareti di confinamento e l’uso di sostanze organiche, costose e infiammabili, come il materiale legante. Anche in questo caso, la struttura à ̈ realizzata direttamente †̃in situ’ in un'unica sessione di lavoro, dalla fondazione al colmo dell’edificio.

Una comune limitazione dei succitati brevetti à ̈ che la dimensione finale dell’edificio à ̈ correlata alla dimensione del macchinario che deve essere tale da inviluppare tutta la struttura.

Un altro limite comune à ̈ che su ciascuno strato di stampa, il rapporto fra l’area delle sezioni piene e l’area totale à ̈ generalmente molto basso, in media sotto il 30%. Conseguentemente, à ̈ notevole la quantità di materiale granulare che occorre impiegare per ottenere l’intero manufatto e altrettanto elevata quella che occorre recuperare al termine del ciclo di stampa.

Altro comune limite à ̈ dato dall’impossibilità di rimediare a eventuali difetti legati a errate operazioni di processo durante la fabbricazione che possono compromettere l’assetto statico di tutto l’edificio.

Sintesi dell’invenzione

È, quindi, scopo della presente invenzione fornire un metodo per la manifattura rapida di strutture in conglomerato che non presenti limiti sulla dimensione finale dell’edificio prodotto.

È anche scopo della presente invenzione fornire un metodo per la manifattura rapida di strutture in conglomerato che permetta di ridurre la quantità di materiale granulare che occorre impiegare per ottenere l’intero manufatto e di conseguenza la quantità di materiale che occorre recuperare al termine del ciclo di stampa.

È un altro scopo particolare della presente invenzione fornire un metodo per la manifattura rapida di strutture in conglomerato che consenta di rimediare a eventuali difetti legati a errate operazioni di processo durante la fabbricazione della struttura.

È un altro scopo particolare della presente invenzione fornire un metodo per la manifattura rapida di strutture in conglomerato che permetta la realizzazione di strutture di qualsiasi dimensione, ovvero svincolate dalla dimensione della stampante, in modo assai più rapido ed economico.

È un altro scopo particolare della presente invenzione fornire un metodo per la manifattura rapida di strutture in conglomerato che non richieda la realizzazione di un guscio e di qualsiasi contenitore “a perdere†semplificando le fasi necessarie alla costruzione della struttura finale.

È un altro scopo particolare della presente invenzione fornire un metodo per la manifattura rapida di strutture in conglomerato che permetta di utilizzare l’area di stampa in modo ottimizzato, incrementando di molto il rapporto fra aree piene e totali di stampa e moltiplicando la produttività del macchinario.

È ulteriore scopo della presente invenzione fornire un’apparecchiatura per la manifattura rapida di strutture in conglomerato che raggiunga i medesimi scopi.

È ulteriore scopo della presente invenzione fornire un’apparecchiatura per la manifattura rapida di strutture in conglomerato che permetta la realizzazione di oggetti e strutture di forma libera senza limitazioni nei riguardi delle dimensioni finali.

Questi ed altri scopi sono raggiunti attraverso un metodo per la manifattura rapida di strutture in conglomerato caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di:

– modellare una struttura edilizia al calcolatore mediante l’uso di un applicativo CAD, detta fase di modellazione comprendendo le sottofasi di:

− scomporre detta struttura edilizia mediante superfici di divisione in modo da definire una pluralità di porzioni di struttura, dette porzioni di struttura essendo separate tra loro da dette superfici di divisione;

− prevedere per ciascuna porzione di struttura, in corrispondenza di dette superfici di divisione, un interfaccia di collegamento, in modo tale che superfici di divisione contigue di porzioni di struttura adiacenti realizzino tra loro un accoppiamento di forma;

− sezionare ciascuna porzione di struttura con piani orizzontali secondo detto passo verticale predeterminato, in modo da generare una serie di sezioni di ciascuna porzione di struttura, ciascuna sezione comprendendo aree piene e aree vuote, corrispondenti alle parti piene e alle parti vuote di detta porzione di struttura in dette sezioni, dette sezioni essendo ordinate dal basso verso l’alto;

– stampare dette porzioni di struttura, detta fase di stampare per ciascuna porzione di struttura comprendendo le sottofasi di:

− predisporre un area di stampa e una unità mobile di deposito di materiale, in modo che detta unità mobile sia in grado di coprire orizzontalmente detta area e di muoversi secondo un passo verticale predeterminato, :

− depositare, mediante detta unità mobile internamente a detta area, un primo strato uniforme orizzontale di materiale granulare di spessore corrispondente a detto passo verticale predeterminato;

spruzzare un predeterminato quantitativo di legante mediante detta unità mobile su detto primo strato di materiale granulare soltanto in corrispondenza di dette aree piene di una prima sezione di detta porzione di struttura;

innalzare verticalmente detta unità mobile rispetto a detto telaio fisso secondo detto passo verticale predeterminato;

depositare, un secondo strato uniforme orizzontale di materiale granulare sopra detto primo strato e spruzzare un predeterminato quantitativo di legante su detto secondo strato soltanto in corrispondenza di dette aree piene di una seconda sezione direttamente sovrastante detta prima sezione di detta porzione di struttura;

reiterare la fase di depositare materiale granulare, di spruzzare un predeterminato quantitativo di legante e di innalzare verticalmente detta unità mobile fino a completare un ultimo strato di detta porzione di struttura, ottenendo così detta porzione di struttura dotata della relativa interfaccia di collegamento; rimuovere il materiale granulare non legato, ottenendo detta porzione di struttura;

ripetere detta fase di stampare fino ad ottenere detta pluralità di porzioni di struttura separate tra loro; – assemblare detta pluralità di porzioni di struttura collegando tra loro dette interfacce di collegamento che realizzano detto accoppiamento di forma, in modo da costruire detta struttura edilizia costituita in detta fase di modellazione.

In tal modo, à ̈ possibile realizzare strutture di qualsiasi dimensione, ovvero svincolate dalla dimensione dell’area di stampa, in modo più rapido ed economico rispetto alla tecnica nota. In particolare, rinunciando alla realizzazione dell’edificio completo “in situ†, come descritto in WO2006100556 e WO2009/037550, ma scomponendolo in porzioni di dimensioni determinate, realizzate eventualmente a pià ̈ di cantiere, à ̈ possibile costruire una struttura di forma e dimensione libere semplicemente assemblando le varie porzioni di struttura, precedentemente modellate, in un’area prescelta senza pareti o gusci di contenimento e supporto.

Vantaggiosamente, dette superfici di divisione tra dette porzioni di struttura sono piani orizzontali. In aggiunta, possono essere usate superfici di divisione verticali o superfici di divisione oblique. In tal modo, si ottengono porzioni di struttura di dimensioni opportune ideali per la stereo litografia, senza usare gusci o pareti di contenimento per evitare la formazione grosse di masse di materiale granulare non legato intorno al manufatto.

Inoltre, le superfici sezionate possono prevedere scarti verticali a gradini di spessore variabile per introdurre discontinuità in modo tale da ottenere porzioni di struttura relativamente semplici. In generale, il criterio guida nel sezionare la struttura à ̈ che lo spessore di ciascuna porzione deve essere comunque proporzionata alla sua dimensione orizzontale massima evitando porzioni eccessivamente sottili e privilegiando l’ottenimento di porzioni di struttura tozzi, in particolare non lontani dall’essere inscrivibili in un cubo o una sfera.

Vantaggiosamente, detta fase di modellazione prevede anche una fase di creazione di una cavità all’interno di ciascuna porzione di struttura in modo da ottenere porzioni di struttura cave definite da pareti con uno spessore determinato.

In particolare, à ̈ inoltre prevista la fase di creare in dette pareti una pluralità di scanalature longitudinali sostanzialmente parallele fra loro realizzate in detto spessore, dette scanalature longitudinali essendo sostanzialmente continue con porzioni di struttura contigue. Tali scanalature sono destinate ad ospitare inserti che realizzino detto accoppiamento di forme. In particolare detti inserti sono ferri di armatura, oppure guarnizioni o flange di collegamento.

In modo vantaggioso, detta fase di creazione di cavità all’interno di ciascuna porzione di struttura avviene prima di detta fase di scomposizione. In tal modo, le interfacce di collegamento, in particolare le scanalature longitudinali realizzate nelle pareti, risultano continue fra loro al momento della suddivisione del modello CAD in porzioni di struttura.

Vantaggiosamente, à ̈ prevista una fase di realizzazione su una superficie inferiore di ciascuna porzione di struttura di uno o più scavi perimetrali di spessore e profondità opportuna in modo da ricavare un bordo perimetrale di collegamento, che realizzi detto accoppiamento di forma.

In particolare, una volta definita detta pluralità di porzioni di struttura al termine di detta fase di modellazione, vi à ̈ una fase di distribuzione delle porzioni di struttura all’interno dell’area di stampa in modo da sfruttare il più possibile l’area di stampa, rendendo così massima l’area delle porzioni piene rispetto a quelle vuote. Detta fase di distribuzione avviene secondo una procedura scelta tra una procedura manuale, semiautomatica o automatica. Vantaggiosamente, secondo detta procedura automatica, successivamente a detta fase di distribuzione vi à ̈ la generazione di un file in formato eseguibile da detta unita mobile di deposito, che comprende la fase di sezionare l’insieme di tutte le porzioni di struttura disposte sull’area di stampa con piani orizzontali secondo detto passo verticale predeterminato, in modo da generare una serie di sezioni di tutte le porzioni di struttura, ciascuna sezione comprendendo aree piene e aree vuote, corrispondenti alle parti piene e alle parti vuote di tutte le porzioni di struttura in dette sezioni, ordinandole dal basso verso l’alto. Al momento della stampa, il materiale legante viene depositato in corrispondenza delle sole parti piene della sezione complessiva di tutte le porzioni di struttura distribuite nell’area di stampa.

In particolare, in detta fase di modellazione sono previste le ulteriori fasi di modellazione di armature di rinforzo, in particolare guarnizioni inferiori e guarnizioni superiori per ciascuna porzione di struttura, basi di supporto e guarnizioni di base per collegare porzioni di struttura a detta base di supporto.

Preferibilmente, dette guarnizioni inferiori sono modellate sulla superficie inferiore di ciascun porzione di struttura, in corrispondenza di detto scavo perimetrale.

Vantaggiosamente, ciascuna guarnizione inferiore à ̈ una guarnizione inferiore piatta e chiusa che copre il perimetro esterno della parete di una relativa porzione di struttura.

Preferibilmente, detta guarnizione inferiore ha larghezza costante e tangente internamente all’armatura longitudinale presente in quella sezione, in particolare, detta guarnizione inferiore à ̈ munita di fori destinati ad alloggiare perni di riferimento per il corretto accoppiamento meccanico della porzione di struttura con una porzione di struttura contigua.

In particolare, detta fase di modellazione al computer della guarnizione inferiore à ̈ reiterata per tutte le superfici inferiori di ciascuna porzione di struttura della struttura.

Preferibilmente, detta pluralità di guarnizioni inferiori ottenuta da detta fase di reiterazione à ̈ distribuita in modo ottimizzato su una superficie di lavorazione, in particolare mediante un’operazione di incastro bidimensionale ottenendo almeno un file in formato CAD bidimensionale, immediatamente eseguibile da macchine di taglio a controllo numerico.

In modo vantaggioso, nel caso che lo spessore delle porzioni di struttura superi un valore determinato si ripetono dette fasi di modellazione e dette fasi di reiterazione su una serie di superfici intermedie di ciascuna porzione di struttura, secondo passi costanti o variabili ottenendo una serie di guarnizioni inferiori intermedie.

Vantaggiosamente, detta fase di realizzazione di dette guarnizioni superiori comprende le fasi di modellare dette guarnizioni sulla superficie superiore di ciascuna porzione di struttura in modo tale da seguire il perimetro esterno della porzione di struttura.

In particolare, detta modellazione avviene su un percorso sfalsato di un determinato valore (offset) verso la superficie laterale interna di ciascuna porzione di struttura.

Vantaggiosamente, detta fase di modellazione della guarnizione superiore à ̈ reiterata per tutte le superfici superiori di detta pluralità di porzioni di struttura. Vantaggiosamente, dette guarnizioni inferiori e dette guarnizioni superiori sono realizzate in un materiale scelto tra alluminio, acciaio, materiale composito, oppure un telo di fibra tessile comunque resistente a trazione.

Vantaggiosamente, dette guarnizioni inferiori e dette guarnizioni superiori sono realizzate mediante una macchina di taglio a controllo numerico del tipo laser o water jet in grado di mantenere una forma propria piana all’atto della manipolazione.

Preferibilmente, detta pluralità di guarnizioni superiori ottenuta da detta fase di reiterazione à ̈ distribuita in modo ottimizzato su una superficie di lavorazione, in particolare mediante un’operazione di incastro bidimensionale ottenendo almeno un file in formato CAD bidimensionale, immediatamente eseguibile da macchine di taglio a controllo numerico.

In modo vantaggioso, nel caso che lo spessore delle porzioni di struttura superi un valore determinato si ripetono dette fasi di modellazione e dette fasi di reiterazione su una serie di superfici intermedie di ciascuna porzione di struttura, secondo passi costanti o variabili ottenendo una serie di guarnizioni superiori intermedie.

Vantaggiosamente, detta fase di realizzazione di detta base di supporto e di dette guarnizioni di base atte a permettere il corretto montaggio di detta struttura, prevede le fasi di

− dividere in una pluralità di parti di opportuna dimensione detta basa di supporto o dette guarnizioni di base ottenendo almeno un file in formato CAD bidimensionale;

− eseguire detto file mediante macchine di taglio a controllo numerico in modo da produrre detta pluralità di parti;

− assemblare detta pluralità di parti in modo da ottenere detta base di supporto o dette guarnizioni di base.

Preferibilmente, detta fase modellazione di dette guarnizioni di base prevede la fase di predisposizione di spine di riferimento e rinforzo atte ad assorbire gli sforzi di trazione provenienti dalla struttura trasferendoli a detta base di supporto che a sua volta li trasferisce al suolo.

In particolare, à ̈ prevista una fase di predisposizione di spine di rinforzo in dette guarnizioni inferiori e/o in dette guarnizioni superiori, detta fase di predisposizione può essere effettuata prima o dopo detta fase di stampa delle porzioni di struttura.

In particolare, detta fase di stampa à ̈ realizzata predisponendo un piano di deposito dotato associato ad una griglia e ad un sottofondo e di un dispositivo di apertura di detto piano, in modo che durante detta fase di stampare detto piano risulta chiuso e detta griglia regge il materiale granulare legato non legato, mentre al termine di detta fase di stampare detto piano risulta aperto per lo scarico nel sottofondo attraverso detta griglia del materiale granulare una volta terminata la stampa, in modo che dette porzioni di struttura rimangano libere sopra detta griglia, in particolare detto piano di deposito à ̈ associato ad un carrello mobile. In particolare, detta fase di stampa prevede la fase di disporre nell’area di stampa dette guarnizioni inferiori avendo cura di posizionarle con la massima cura compatibile con la risoluzione di stampa della macchina.

In particolare, detta fase di stampa tramite la deposizione alternata di materiale granulare avviene interrompendo il processo man mano che si presenta la necessità di disporre dette guarnizioni superiori fino all’ultimo strato.

Preferibilmente, al termine di detta fase di stampa à ̈ prevista una fase di solidificazione di ciascuna porzione di struttura.

In particolare, detta fase di rimuovere il materiale in eccesso prevede di azionare le griglie di scarico del sottofondo mobile permettendo così al materiale granulare non legato di liberare dette porzioni di struttura.

In particolare, successivamente a detta fase di solidificazione à ̈ prevista una fase di impregnazione delle porzioni di struttura per aspersione in una vasca in cui à ̈ presente preferibilmente una soluzione salina di Cloruro di Magnesio esaidrato. In tal modo, l’immersione dei porzioni di struttura nel bagno di impregnazione permette il completamento della reazione di tutti gli ossidi che non hanno eventualmente reagito, ottenendo un porzione di struttura di ottima resistenza e impermeabilità.

Vantaggiosamente, detta fase di assemblaggio nel caso la struttura sia di piccole dimensioni prevede le fasi di:

impilare dette porzioni di struttura l’una sull’altra;

incollare dette porzioni di struttura, in particolare mediante una malta di ossido di magnesio e cloruro di magnesio oppure con altri adesivi strutturali aggiungendo elementi meccanici di connessione.

In particolare, detta fase di assemblaggio nel caso di strutture più grandi dimensioni prevede almeno una delle seguenti fasi:

montare una prima porzione di struttura sulla rispettiva guarnizione di base munita di dette spine di riferimento;

alloggiare dette spine di riferimento nella rispettiva scanalatura;

colare una malta di stuccatura di dette armature longitudinali all’interno della scanalatura per tutta la loro lunghezza;

posizionare la guarnizione superiore della relativa porzione di struttura prima che detta malta faccia presa permettendo alle armature longitudinali ancora parzialmente libere di inserirsi nei fori di competenza;

posizionare la porzione di struttura contigua a detta prima porzione di struttura avendo cura di far alloggiare dette spine di riferimento delle guarnizioni inferiori negli alloggiamenti corrispondenti ricavati nelle guarnizioni superiori;

inserire dette armature di collegamento nelle scanalature, sovrapponendole alle barre longitudinali già presenti;

colare la malta di stuccatura delle armature longitudinali all’interno della scanalature e per tutta la loro lunghezza.

Vantaggiosamente detta fase di assemblaggio à ̈ reiterata per tutte le porzioni di struttura ottenendo diverse sottoparti assemblate.

In modo vantaggioso, Ã ̈ pianificata una fase di stuccatura delle giunzioni lungo i piani di divisione di tutte le porzioni di struttura mutuamente collegate dalle guarnizioni inferiori con le corrispondenti guarnizioni superiori sempre attraverso una malta di materiale granulare e cloruro di magnesio esaidrato.

È prevista eventualmente una fase di levigazione e lucidatura delle sottoparti assemblate cosi ottenute. Vantaggiosamente, detta fase di montaggio viene reiterata per tutte le porzioni di struttura escludendo dal montaggio porzioni di struttura contigui alle porzioni adiacenti da montare direttamente in sito che definiamo †̃chiavi di volta’.

In particolare, dette fase di montaggio prevede almeno una delle fasi di:

predisporre il sito realizzando una fondazione terminante con un massetto di calcestruzzo piano;

disporre la base di supporto al suolo ed eventualmente assicurarla al massetto con elementi di fissaggio;

montare sulla base di supporto le sottoparti e applicare in opera le porzioni di struttura mancanti, dette †̃chiave di volta’ mediante colate di malta di completamento che collegano fra loro le sottoparti adiacenti

proseguire l’operazione di montaggio della struttura fino al completamento.

Vantaggiosamente, può essere prevista una fase di stuccatura, levigazione e lucidatura della struttura così completata.

Il suddetto metodo di montaggio e progettazione permette di realizzare uno o più porzioni di struttura “speciali†che permettono un adattamento costruttivo per compensare eventuali errori di assemblaggio dei porzioni di struttura durante il montaggio della struttura.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione un metodo per la manifattura rapida di una struttura edilizia in conglomerato caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di:

− modellare una struttura edilizia al calcolatore mediante l’uso di un applicativo CAD

sezionare detta struttura con piani orizzontali secondo detto passo verticale predeterminato, in modo da generare una serie di sezioni di detta struttura, ciascuna sezione comprendendo aree piene e aree vuote, corrispondenti alle parti piene e alle parti vuote di detta struttura in dette sezioni, dette sezioni essendo ordinate dal basso verso l’alto;

stampare detta struttura, detta fase di stampare comprendendo le sottofasi di:

predisporre un area di stampa e una unità mobile di deposito di materiale, in modo che detta unità mobile sia in grado di coprire orizzontalmente detta area e di muoversi secondo un passo verticale predeterminato,

depositare, mediante detta unità mobile internamente a detta area, un primo strato uniforme orizzontale di materiale granulare di spessore corrispondente a detto passo verticale predeterminato;

spruzzare un predeterminato quantitativo di legante mediante detta unità mobile su detto primo strato di materiale granulare soltanto in corrispondenza di dette aree piene di una prima sezione di detta struttura;

innalzare verticalmente detta unità mobile rispetto a detto telaio fisso secondo detto passo verticale predeterminato;

depositare, un secondo strato uniforme orizzontale di materiale granulare sopra detto primo strato e spruzzare un predeterminato quantitativo di legante su detto secondo strato soltanto in corrispondenza di dette aree piene di una seconda sezione direttamente sovrastante detta prima sezione di detta struttura;

reiterare la fase di depositare materiale granulare, di spruzzare un predeterminato quantitativo di legante e di innalzare verticalmente detta unità mobile fino a completare un ultimo strato di detta struttura;

rimuovere il materiale granulare non legato, ottenendo detta struttura;

in cui detto legante à ̈ un legante inorganico bicomponente comprendente:

un componente liquido contenente sostanze inorganiche, in particolare cloruri;

un catalizzatore, a base di ossidi metallici

la cui caratteristica à ̈ che detto catalizzatore comprende ossido di magnesio.

Vantaggiosamente, detto legante inorganico liquido à ̈ cloruro di Magnesio, in particolare Cloruro di Magnesio esaidrato, preferibilmente alla massima concentrazione.

Vantaggiosamente, detto materiale granulare à ̈ scelto tra sabbia dolomitica oppure calcarea o silicea, cui viene aggiunto Ossido di Magnesio, in particolare in percentuale compresa fra il 15% e il 30% in peso.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione un apparecchiatura per la manifattura rapida di strutture una struttura edilizia in conglomerato caratterizzata dal fatto di comprendere:

− mezzi per modellare porzioni di struttura, detti mezzi per modellare comprendendo:

− mezzi per scomporre detta struttura edilizia mediante superfici di divisione in modo da definire una pluralità di dette porzioni di struttura, dette porzioni di struttura essendo separate tra loro da dette superfici di divisione;

− mezzi per prevedere su ciascuna porzione di struttura, in corrispondenza di dette superfici di divisione, una interfaccia di collegamento, in modo tale che superfici di divisione contigue di porzioni di struttura adiacenti realizzino tra loro un accoppiamento di forma;

− mezzi per sezionare ciascuna porzione di struttura con piani orizzontali secondo detto un passo verticale predeterminato, in modo da generare una serie di sezioni di ciascuna porzione di struttura, ciascuna sezione comprendendo aree piene e aree vuote, corrispondenti alle parti piene e alle parti vuote di detta porzione di struttura in dette sezioni, dette sezioni essendo ordinate dal basso verso l’alto;

– mezzi per stampare dette porzioni di struttura, detti mezzi per stampare ciascuna porzione di struttura comprendendo:

− un area di stampa e una unità mobile di deposito di materiale, in modo che detta unità mobile sia in grado di coprire orizzontalmente detta area di stampa e di muoversi secondo un detto passo verticale predeterminato, :

− mezzi per depositare, mediante detta unità mobile internamente a detta area, un primo strato uniforme orizzontale di materiale granulare di spessore corrispondente a detto passo verticale predeterminato; − mezzi per spruzzare un predeterminato quantitativo di legante mediante detta unità mobile su detto primo strato di materiale granulare soltanto in corrispondenza di dette aree piene di una prima sezione di detta porzione di struttura;

− mezzi per innalzare verticalmente detta unità mobile rispetto a detto telaio fisso secondo detto passo verticale predeterminato;

− mezzi per depositare, un secondo strato uniforme orizzontale di materiale granulare sopra detto primo strato e mezzi per spruzzare un predeterminato quantitativo di legante su detto secondo strato soltanto in corrispondenza di dette aree piene di una seconda sezione direttamente sovrastante detta prima sezione di detta porzione di struttura;

− mezzi per reiterare il deposito del materiale granulare, lo spruzzo di detto predeterminato quantitativo di legante e innalzare verticalmente detta unità mobile fino a completare un ultimo strato di detta porzione di struttura, ottenendo così detta porzione di struttura dotata della relativa interfaccia di collegamento;

− mezzi per rimuovere il materiale granulare non legato, ottenendo detta porzione di struttura dotata della relativa interfaccia di collegamento; − mezzi per ripetere detta fase di stampare fino ad ottenere detta pluralità di porzioni di struttura separate tra loro;

−mezzi per assemblare detta pluralità di porzioni di struttura collegando tra loro dette interfacce di collegamento che realizzano detto accoppiamento di forma, in modo da costruire detta struttura edilizia costituita da detti mezzi di modellazione.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione verrà di seguito illustrata con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

− la figura 1 mostra un esempio di struttura dotata di forma libera comunque concepita attraverso la fase di modellazione al CAD;

− la figura 2 mostra la struttura di figura 1 sezionata con superfici di divisione piane di spessore costante;

− la figura 3 mostra una porzione generica della struttura di figura 1 svuotata e sezionata in porzioni di struttura o conci;

− la figura 4 mostra una sequenza di conci contigui della porzione di figura 3 che mostrano la continuità verticale delle cavità;

− la figura 4A mostra la superficie inferiore di un concio in cui à ̈ stato praticato uno scavo di spessore determinato in modo da ricavare un bordo perimetrale; − le figure 5 mostra la scomposizione della struttura mentre la figura 6 mostra una parte dei †̃conci’ opportunamente distribuiti su un’area di forma e dimensione pari all’area di stampa;

− le figure 7 e 7A mostrano una guarnizione inferiore modellata direttamente sulle superficie inferiore di un concio generico e un suo ingrandimento;

− le figure 8 e 8A mostrano una guarnizione superiore modellata direttamente sulle superficie inferiore di un concio generico e un suo ingrandimento;

− la figura 9 mostra un base di supporto atta a permettere il collegamento di porzioni di struttura di grandi dimensioni;

− la figura 10 mostra i conci di spiccato montati sulla base di supporto;

− la figura 11 mostra una guarnizione di base dotata di ferri di rinforzo che si innestano nelle relative scanalatura presenti su ciascuna porzione di struttura;

− la figura 12 mostra la testa operatrice della macchina dotata del serbatoio di materiale granulare in fase di rilascio del materiale da costruzione;

− la figura 13 mostra la testa operatrice della macchina dotata di una serie di ugelli in batteria montati su un asse traslante ausiliario;

− la figura 14 mostra un particolare gli ugelli che attingono il legante da un serbatoio incorporato nella testa operatrice;

− la figura 15 mostra una macchina di stampa corredata dell’accessorio del piano di base dotato di sottofondo di scarico del materiale non legato;

− la figura 16 mostra un dettaglio del piano munito di sottofondo scomposto in carrelli trasportabili;

− la figura 17 mostra la macchina di stampa mentre sta rilasciando un generico strato di sabbia non confinato in alcun perimetro chiuso;

− la figura 18 mostra una porzione dell’area di stampa con la tracce lasciate dal liquido dalla testa operatrice dopo avere stampato il primo strato;

− la figura 19 mostra il piano di stampa su una cui porzione à ̈ stata appena terminata la stampa dei conci;

− la figura 19A mostra i conci di figura 19 liberati dal materiale granulare non legato dopo la manovra di azionamento dei sottofondi;

− la figura 19B mostra un carrello staccato dagli altri per essere destinato al trasporto dei manufatti ai successivi trattamenti;

− la figura 19C mostra la griglia superiore del carrello sollevata dal suo supporto per permettere il l’immersione dei conci per consolidarne la resistenza mediante post-impregnazione;

− la figura 20 mostra il basamento e il concio di spiccato prima e dopo l’inserzione sulle armature e la conseguente operazione di colata della malta;

− la figura 21 mostra l’applicazione del secondo concio, l’operazione di inserimento delle armature e la nuova colata;

− la figura 22 mostra il basamento su cui sono state montate due porzioni di struttura adiacenti;

− le figure 23 e 24 mostrano le due porzioni collegate fra loro da un concio †̃chiave di volta’ che assicura dell’integrità strutturale e delle due parti della struttura.

Descrizione dettagliata di alcune forme realizzative

Con riferimento alla figura 1, una struttura 100 in conglomerato con forma e dimensione libera realizzata attraverso un metodo, secondo l’invenzione, prevede le fasi di modellare la struttura 100 di edificio al calcolatore mediante l’uso di un applicativo CAD, in particolare con funzione di modellatore di superfici oppure di modellatore solido. Più precisamente, la fase di modellazione comprende le principali sottofasi di scomporre la struttura 100 di edificio mediante superfici di divisione 1 in modo da definire una pluralità di porzioni di struttura 10. Le porzioni di struttura 10 sono separate tra loro dalle superfici di divisione 1. Inoltre, il metodo prevede di modellare in corrispondenza delle superfici di divisione 1 un’interfaccia di collegamento 2. In particolare, l’interfaccia di collegamento 2 à ̈ tale che superfici di divisione 1 contigue di porzioni di struttura 10 adiacenti realizzino tra loro un accoppiamento di forma, come successivamente descritto e raffigurato.

Una fase successiva prevede di sezionare ciascuna porzione di struttura 10 con piani orizzontali secondo un passo verticale predeterminato, in modo da generare una serie di sezioni di ciascuna porzione di struttura. In particolare, ciascuna sezione comprende aree piene e aree vuote, corrispondenti alle parti piene e alle parti vuote della corrispondente porzione di struttura 10 nelle sezioni. Le sezioni sono ordinate dal basso verso l’alto. Una successiva fase principale à ̈ una fase di stampa delle porzioni di struttura 10 attraverso le sottofasi di: predisporre un telaio fisso 60 che delimita un’area di stampa 70 sulla quale agisce una unità mobile 80 atta a depositare un materiale da costruzione 30, secondo il passo verticale predeterminato 81. Più precisamente, la stampa genera le porzioni di struttura 10 tra loro separate e la relativa interfaccia di collegamento 2 se prevista. L’interfaccia 2 può in alternativa essere realizzata successivamente alla fase di stampa mediante una lavorazione distinta.

In particolare, la fase di stampa prevede quindi di depositare, mediante l’unità mobile 80, un primo strato uniforme orizzontale di materiale granulare di spessore corrispondente al passo verticale predeterminato 81 e di spruzzare un predeterminato quantitativo di legante mediante l’unità mobile 80 sul primo strato di materiale granulare depositato.

Successivamente prevede di innalzare verticalmente l’unità mobile 80 rispetto al telaio fisso 60 secondo il passo verticale e depositare, un secondo strato uniforme orizzontale di materiale granulare sopra il primo strale, spruzzare un predeterminato quantitativo di legante e innalzare verticalmente l’unità mobile 80 fino all’ultimo strato si ottiene almeno una porzione di struttura 100 dotata della relativa interfaccia di collegamento.

Dopodiché à ̈ prevista una fase di rimozione del materiale granulare non legato, ottenendo le porzioni di struttura 10 separate tra loro, come successivamente descritto nel dettaglio.

Infine, il metodo prevede una fase di assemblaggio delle porzioni di struttura 10 così ricavate collegando tra loro le interfacce di collegamento 2 che realizzano l’accoppiamento di forma, in modo da costruire la struttura 100 di edificio costituita nella fase di modellazione. Una descrizione dettagliata della modellazione e della stampa secondo un procedimento preferito verrà descritta successivamente. Questo procedimento rinuncia quindi alla realizzazione dell’edificio completo “in situ†, stampando le varie porzioni di struttura 10, eventualmente a pià ̈ di cantiere, per sessioni di stampa successive che poi vengono successivamente assemblate.

Uno dei principali vantaggi derivanti da questa impostazione à ̈ che il processo non richiede la realizzazione di un guscio e di qualsiasi contenitore di contenimento, come succede in tecnica nota, semplificando ulteriormente l’apparato di stampa necessario alla sua costruzione, descritto successivamente. Un secondo vantaggio à ̈ che smembrando al computer in sottoporzioni l’edificio, queste possono essere ridistribuite sull’area di stampa 70 in modo ottimizzato, incrementando di molto il succitato rapporto fra aree piene e totali di stampa e moltiplicando la produttività del macchinario.

Questo metodo e il relativo dispositivo permettono la realizzazione di oggetti e strutture di forma libera di dimensioni superiori a 0,1 metri di lato e senza limitazioni nei riguardi delle dimensioni finali, realizzati in roccia artificiale.

In particolare, vengono di seguito descritte le fasi di modellazione al computer di strutture di dimensioni considerevoli dove i problemi di peso, di resistenza e di montaggio assumono grande importanza.

Come sopraenunciato, il metodo consiste nel predisporre un computer dotato di applicativo software CAD 3D atto a generare corpi solidi con superfici chiuse ed esportabili in formato STL (STereo-Litography) o altro formato similare idoneo alla stampa tridimensionale, e modellare la struttura 100 su modellatore CAD generando un solido.

Successivamente, prevede di scomporre la struttura 100 precedentemente modellata al CAD, in porzioni di struttura 10 o “conci†cavi che vengono stampati e impilati uno sull’altro per ricomporre l’intera struttura 100, collegandoli mediante un’interfaccia di collegamento 2 che realizza un accoppiamento di forma che assolve alla funzione di riferimento meccanico al montaggio e da armatura di rinforzo, come successivamente descritto e raffigurato. Tale accoppiamento permette un funzionamento della struttura 100 analogo a quello delle strutture di cemento armato ordinario o precompresso a tecnologia posttesa.

In particolare, la figura 1 mostra un esempio esplicativo di una struttura 100 dotata di forma libera che può avere indicativamente una dimensione compresa ad esempio tra 2 e 20 metri di altezza.

La successiva fase, come mostrato schematicamente in figura 2, prevede di sezionare la struttura 100 mediante piani di divisione 1, in particolare sezioni piane orizzontali, oppure verticali o oblique, per ottenere conci 10 di dimensioni opportune e comunque minori ad un’area di stampa 70 (visibile in figura 15) del relativo dispositivo di stampa(visibile in figura 12). In particolare, la figura 2 mostra la struttura 100 sezionata con superfici orizzontali 1. Una di esse à ̈ evidenziata graficamente di scuro. Le superfici sezionate possono anche prevedere scarti verticali a gradini (non mostrati) di spessore variabile per introdurre le discontinuità in modo tale da ottenere conci relativamente semplici. In figura 2, la struttura 100 à ̈ sezionata con superfici a sezione piana, senza gradini, per semplicità descrittiva, di spessore costante di circa 50 cm.

In generale, il criterio guida nel sezionare la struttura 100 à ̈ che lo spessore 10a di ciascuna porzione 10 deve essere comunque proporzionato alla sua dimensione orizzontale massima evitando porzioni eccessivamente sottili e privilegiando l’ottenimento di conci tozzi.

In aggiunta, la fase di progettazione prevede di svuotare l’interno dei conci 10 in modo da ottenere un concio cavo con uno spessore 10a della parete opportuno che definisce una parete laterale esterna 10’ e una parete laterale interna 10†.

Inoltre, come mostrato nelle figure 3, 4 e 4A su ciascun concio 10 sono previste una serie di scanalature o nervature longitudinali 10b approssimativamente parallele fra loro e continue con i conci contigui realizzate nello spessore 10a del concio 10 dal lato della superficie laterale interna 10†. Le scanalature 10b sono destinate ad ospitare armature di rinforzo longitudinali, come successivamente descritto e raffigurato. Se la struttura 100 à ̈ di piccole dimensioni composta da un solo pezzo o poche porzioni di struttura 10 le scanalature possono non essere previste.

In particolare, la fase di svuotamento della struttura 100 per generare ciascun concio cavo 10 e le eventuali nervature interne 10b può avvenire anche prima della fase di sezionamento della stessa se l’applicativo software à ̈ dotato di queste funzioni.

La figura 3 mostra una porzione generica 10 della struttura 100 svuotata e sezionata come sopradescritto e la sequenza di conci contigui di cui essa à ̈ composta che mostrano la continuità verticale delle scanalature 10b.

Come mostrato in figura 4 e 4A, su ciascun concio 10 sono inoltre previsti sulla superficie inferiore 10d del concio uno o più scavi perimetrali 10c di spessore e profondità opportuna realizzati. In particolare, la figura 4 mostra la superficie inferiore 10d di alcuni conci in cui à ̈ stato praticato lo scavo di determinato spessore ricavandone il bordo perimetrale 10c.

Una volta definiti i vari conci 10 nella fase di modellazione, come mostrato in figura 5 e 6, vi à ̈ una fase di distribuzione dei conci 10 all’interno di un’area 70 che rappresenta l’area di stampa 70 della stampante tridimensionale. Tale fase di distribuzione à ̈ prevista allo scopo di rendere massima l’area delle porzioni piene rispetto a quelle vuote per un determinato numero di conci 10. In dettaglio, questa operazione può essere svolta secondo una procedura manuale, semiautomatica o automatica che in campo bidimensionale viene comunemente detta †̃nesting’ ossia ad incastro. Più precisamente, nella procedura automatica quando l’area di stampa 70 à ̈ piena, ci si assicura che tutti i conci distribuiti sulla superficie 70 siano effettivamente dei solidi e si salva la distribuzione in un formato eseguibile dalla stampante.

In particolare, la figura 6 mostra una parte dei conci 10 opportunamente distribuiti sull’area 70 di forma e dimensione pari a quella offerta dalla stampante. Nel caso in esempio la stampante ha un’area di stampa 70 di circa 6x6 metri. Tale operazione viene poi ripetuta finché tutte le porzioni 10 dell’edificio siano state smembrate nonché generati un certo numero di file di stampa.

Vi sono poi operazioni opzionali nel caso si preveda di realizzare porzioni di struttura 10 di grandi strutture soggette a sforzi significativi e problemi di montaggio. Tali operazioni prevedono di modellare delle armature di rinforzo quali, guarnizioni inferiori 20 e superiori 30 per ciascuna porzione di struttura 10, guarnizioni di base 40 e una o più basi di supporto 50.

Nel primo caso, come mostrato in figura 7, le guarnizioni inferiori 20 sono modellate sulla superficie inferiore 10d di ciascun porzione di struttura 10, in corrispondenza dello scavo perimetrale 10a (visibile in figura 4A). In dettaglio, la guarnizione 20 à ̈ una guarnizione di interfaccia piatta e chiusa che copre il perimetro esterno del relativo concio 10. Preferibilmente, la guarnizione inferiore 20 ha larghezza costante ed à ̈ tangente internamente all’armatura longitudinale presente in quella sezione (visibile in figura 21). Inoltre, come mostrato in figura 7A, la guarnizione 20 à ̈ munita di fori 20’ destinati ad alloggiare perni di riferimento per il corretto accoppiamento meccanico della porzione di struttura 10 con quella contigua. Nel caso in esempio la guarnizione inferiore 20 ha uno spessore di 5 mm e larghezza 15 mm ed à ̈ realizzata mediante una macchina di taglio a controllo numerico del tipo laser o water jet in grado di mantenere una forma propria piana all’atto della manipolazione.

L’operazione di modellazione al computer della guarnizione inferiore così come sopradescritta, viene quindi reiterata per tutte le superfici inferiori 10d dei conci 10 della struttura 100 fino a ottenere una pluralità di guarnizioni inferiori 20. Queste, come nel caso dei conci 10, in modo non mostrato, vengono poi distribuite in modo ottimizzato su una superficie di lavorazione, ancora mediante un’operazione di incastro bidimensionale. La dimensione della superficie di lavorazione deve essere rapportata alla dimensione massima delle piastre commerciali del materiale che si intende utilizzare. Nel caso la dimensione di alcune guarnizioni inferiori 20 ecceda le dimensioni massime commerciali delle piastre, queste vengono realizzate sezionate per essere poi essere giuntate assieme. Allo stesso modo dalla distribuzione ottimale sono ottenuti dei file in formato CAD bidimensionale, immediatamente eseguibile da macchine di taglio (laser o water jet) a controllo numerico a due assi interpolati. Nel caso che lo spessore delle porzioni di struttura 10 superi i 50 cm, si ripetono le fasi di modellazione e reiterazione sopradescritte su una serie di superfici intermedie orizzontali di ciascuna porzione di struttura 10, secondo passi costanti o variabili ottenendo una serie di guarnizioni intermedie.

Allo stesso modo, come mostrato in figura 8 e 8A, si modellano sulla superficie superiore 10e di ciascun porzione di struttura 10 una guarnizione superiore piatta e chiusa che segue il perimetro esterno della porzione di struttura 10. In tal caso, preferibilmente la modellazione avviene su un percorso sfalsato verso la superficie laterale interna 10†di ciascun concio 10 (offset). In particolare, la larghezza della guarnizione superiore 30 à ̈ tale da oltrepassare il diametro dell’armatura longitudinale. In particolare, in corrispondenza, dell’asse di ciascun elemento di armatura longitudinale che si inserisce nelle scanalature 10b sono inoltre praticati dei fori 30’ (figura 8A) di dimensioni di poco maggiori del diametro dell’armatura. Nel caso in esempio la guarnizione superiore ha uno spessore 5 mm e larghezza 80 mm, realizzato mediante macchina di taglio a controllo numerico del tipo laser o water jet.

Allo stesso modo viene reiterata la fase di modellazione della guarnizione superiore 30 per tutte le superfici superiori 10e di tutti i conci 10 della struttura 100 fino a ottenere una serie guarnizioni che come nel caso precedente vengono distribuite in modo ottimizzato sulla superficie di lavorazione mediante l’operazione di incastro bidimensionale generando una serie di file CAD in formato bidimensionale.

Le suddette fasi di modellazione sono seguite inoltre per la realizzazione della guarnizione di base 40 visibile ad esempio in figura 10.

La figura 9 mostra la base di supporto 50 anche questa modellata al CAD e atta a permettere il corretto montaggio di tutta la struttura 100, munita di riferimenti 40’ atti al montaggio delle guarnizioni di base 40 o controbasamenti che portano i conci 10 che compongono la struttura 100. Poiché, la base di supporto 50 ha dimensioni che eccedono la dimensione massima delle piastre commerciali viene divisa in sottoparti destinate a essere giuntate assieme. I file CAD ottenuti vengono esportati nel formato CAD bidimensionale eseguibile da macchine di taglio a controllo numerico.

La figura 10 mostra i conci 10 provvisti delle guarnizioni di base 40 montate sulla base di supporto 50.

La fase di produzione delle suddette guarnizioni inferiori 20, superiori 30, guarnizioni di base 40 e base di supporto 50 oltre alle armature longitudinali à ̈ realizzato secondo le fasi di predisporre a pià ̈ d’opera le guarnizioni inferiori 20, le guarnizioni superiori 30, la base di supporto 50 e le guarnizioni di base 40 mandando in esecuzione su macchina di taglio a controllo numerico i file grafici bidimensionali in scala 1:1 precedentemente realizzati al CAD.

Successivamente à ̈ prevista nella fase di modellazione la predisposizione di elementi di riferimento (non mostrati) da applicare nelle guarnizioni inferiori 20 oppure in quelle superiori 30, prima o dopo la stampa dei conci 10. In particolare, nel caso quest’ultimi vengano applicati sulle guarnizioni inferiori 20, prima della stampa, non potranno oltrepassare una lunghezza, misurata dal piano inferiore della guarnizione 20 al passo di stampa e non sbucare inferiormente per un’altezza non superiore allo spessore della guarnizione. Ad esempio, stabilito il passo di stampa in 10 mm e lo spessore delle guarnizioni 20 di 5 mm, tali spine avranno una lunghezza totale non superiore a 15 mm. Vantaggiosamente, tali spine sono destinate a permettere il preciso montaggio dei conci 10 e fungere da interfaccia di collegamento tra conci contigui 10 realizzando l’accoppiamento di forma.

Infine, vi à ̈ una fase di disposizione degli elementi di armatura longitudinale 41 di lunghezza non superiore al doppio della somma degli spessori dei due conci contigui in cui saranno alloggiati. In particolare, la figura 11 mostra in dettaglio una delle guarnizioni di base 40 corredata delle spine o tirafondi 41 destinati ad assorbire gli sforzi di trazione provenienti dalla struttura 100 trasferendoli al basamento 50 e di qui, al suolo. Inoltre, la figura 11 evidenzia la presenza dei fori di riferimento 42 per il collegamento meccanico con la base 50.

Per quanto riguarda la fase di realizzazione dei conci su stampante 3D come sopra descritto in modo sommario sono invece previste le fasi di predisporre una stampante 200, mostrata in figura 12 vantaggiosamente semplificata rispetto a quelle di tecnica nota in quanto ideale a stampare oggetti di altezza limitata. Essa à ̈ priva, infatti, del telaio perimetrale e delle relative gonnelle ed à ̈ dotata di un solo montante verticale 201 atto al sollevamento di una testa operatrice 210 dotata di un serbatoio di materiale granulare 220 in fase di rilascio. La figura 13 mostra inoltre la testa operatrice 210 della macchina dotata di una serie di ugelli 211 in batteria montati su un asse traslante ausiliario che attingono il legante dal serbatoio incorporato nella testa operatrice (figura 14).

In particolare, la stampa à ̈ realizzata predisponendo un piano di deposito 250 associato ad una griglia 255 e ad un sottofondo 252 e un dispositivo di apertura del piano 250, in modo che durante la fase di stampa il piano risulta chiuso e la griglia 253 regge il materiale granulare legato e non legato, mentre al termine della fase di stampa il piano risulta aperto per lo scarico nel sottofondo 252 attraverso la griglia 255 del materiale granulare una volta terminata la stampa. In tal modo, le porzioni di struttura 10 rimangano libere sopra la griglia 255. Sempre in modo vantaggioso il piano di deposito 250 del manufatto à ̈ staccabile dal sottofondo 252, come mostrato in figura 19C, ed à ̈ dotato di una sufficiente rigidezza per permetterne il sollevamento e l’immersione in una vasca di impregnazione, come successivamente descritto.

In particolare, la figura 17 mostra la macchina mentre sta rilasciando un generico strato di sabbia 230 non confinata in alcun perimetro. Vantaggiosamente, la quantità di materiale che à ̈ accumulato ai bordi à ̈ di entità modesta e permette di escludere la necessità di pareti di contenimento che non sono più indispensabili al processo come previsto in alcuni dispositivi di tecnica nota, senza le quali il processo non può funzionare.

La fase di stampa di uno o più conci generici 10 prevede quindi di caricare nel computer della stampante 200 uno dei file STL precedentemente generati e procedere alla stampa del primo strato. In dettaglio, prevede di depositare nell’area di lavoro della stampante 3D un primo strato di materiale granulare e ossido di spessore corrispondente o superiore al passo di stampa verticale secondo l’asse Z prescelto per la manifattura dei conci.

In particolare, per costruzione da CAD dei conci scavati 10, come precedentemente descritto emergono una serie di tracce chiuse corrispondenti al primo piano sezione della superficie inferiore di ciascuna porzione di struttura 100. Vantaggiosamente, le tracce indicano all’operatore il perimetro all’interno del quale posizione le guarnizioni inferiori 20.

Successivamente, vengono quindi disposte nell’area di lavoro le guarnizioni inferiori 20 avendo cura di posizionarle con la massima cura compatibile con la risoluzione di stampa della macchina. In tal modo, ciascun porzione di struttura 100 sarà dotata inferiormente della guarnizione inferiore imprigionata nel pezzo.

La figura 18 mostra una porzione dell’area di stampa 70 con le tracce 240 lasciate dal liquido dalla testa operatrice 210 dopo avere stampato il primo strato.

La suddetta procedura di stampa tramite la deposizione alternata di materiale granulare e stampa dei piani sezione avviene interrompendo il processo man mano che si presenta la necessità di disporre le guarnizioni superiori 30 fino all’ultimo strato.

Al termine della procedura di stampa, come mostrato in figura 19A si lascia indurire l’ultimo strato per almeno 24 ore e si procede all’estrazione dei conci 10.

L’operazione di estrazione avviene semplicemente azionando le griglie di scarico 253 del sottofondo 252 mobile permettendo così al materiale granulare non legato di liberare i conci 10 come mostrato in figura 19A e 19B.

La figura 19B mostra invece un carrello 251 staccato dagli altri per essere destinato al trasporto dei manufatti 10 ai successivi trattamenti.

La figura 19C mostra infine una griglia superiore 255 del carrello 251 sollevata dal suo supporto per permettere l’immersione dei conci 10 in una vasca di impregnazione per consolidarne la resistenza. In particolare, l’impregnazione dei conci 10 per aspersione avviene in una vasca (non mostrata) in cui possono essere previsti diverse tipologie di impregnanti reperibili in commercio, tra i quali il preferibile consiste nell’immersione in una soluzione salina di Cloruro di Magnesio esaidrato che à ̈ già disponibile in fabbrica per il processo di stampa. In tal modo, l’immersione dei conci 10 nel bagno di impregnazione permette il completamento della reazione di tutti gli ossidi che non hanno eventualmente reagito, ottenendo una porzione di struttura 10 di ottima resistenza e impermeabilità.

Le suddette operazioni di stampa e consolidazione sono reiterate per tutti i file STL necessari a costruire la struttura 100.

Le operazioni finali consistono infine nell’assemblaggio dei vari conci 10 in modo da ricostruire la struttura 100 modellata al computer. In particolare, la fase di montaggio consiste, nel caso la struttura 100 sia di piccole dimensioni, nell’impilare le porzioni 10 una sull’altra preferibilmente incollando le parti con una malta di ossido di magnesio e cloruro di magnesio, oppure con altri adesivi aggiungendo elementi meccanici di connessione.

Nel caso invece di strutture più grandi si procede, come mostrato in figura 20, montando la porzione di struttura 10 iniziale sulla rispettiva guarnizione di base 40 munita dei tirafondi 41 e alloggiando ciascun elemento nella scanalatura di competenza 10b ricavata nella corrispondente porzione di struttura 10.

Successivamente à ̈ prevista una fase di colatura di una malta di stuccatura 90 delle armature longitudinali 41 all’interno della scanalature 10b e per tutta la loro lunghezza. preferibilmente la malta à ̈ costituita dalla medesima miscela di materiale granulare e ossido di magnesio impastata con cloruro di magnesio esaidrato addizionato in misura tale da rendere l’impasto semiliquido.

In parallelo, come mostrato in figura 21, Ã ̈ necessario posizionare la guarnizione superiore 30 prima che la malta faccia presa permettendo alle armature longitudinali 41 ancora parzialmente libere di inserirsi nei fori di competenza. In modo vantaggioso, la guarnizione superiore 30 guida i ferri di armatura verticali 41 obbligandoli ad assumere la dovuta direzione.

Successivamente, sempre come mostrato in figura 21, à ̈ posizionata la porzione di struttura 10 contigua avendo cura di far alloggiare le spine di riferimento delle guarnizioni inferiori 20 negli alloggiamenti corrispondenti ricavati nelle guarnizioni superiori 30. Vantaggiosamente, le facce dei conci 10 che entrano in contatto sono le facce lisce delle guarnizioni inferiori 20 e superiori 30 ottengono un accoppiamento meccanico preciso. Come mostrato in figura 22, sono di seguito inserite gli elementi di armatura 41 nelle scanalature 10b, sovrapponendole alle barre longitudinali già presenti e colata la malta di stuccatura delle armature longitudinali all’interno della scanalature e per tutta la loro lunghezza. In tal modo, il pezzo ottenuto ha una elevata resistenza alla flessione ed essendo cavo un bassissimo peso con grandi vantaggi nel comportamento della struttura 100 in zona sismica.

Le suddette operazioni sono quindi reiterate per tutte le porzioni di struttura 10 ottenendo diverse sottoparti assemblate 110. In modo vantaggioso, à ̈ pianificata una fase di stuccatura delle giunzioni lungo i piani di divisione 1 di tutti i conci mutuamente collegati dalle guarnizioni inferiori 20 con le corrispondenti superiori sempre attraverso una malta di materiale granulare e cloruro di magnesio esaidrato. È infine eventualmente prevista una fase di levigazione e lucidatura delle sottoparti 110 assemblate cosi ottenute.

Tale operazione di montaggio viene reiterata per tutte le porzioni di struttura 10 escludendo dal montaggio i conci contigui alle porzioni adiacenti da montare direttamente in sito che sono le porzioni di collegamento 120.

Le fasi di montaggio della struttura 100 sul sito prescelto, mostrata in figura 23 e 24 prevede quindi di predisporre il sito realizzando una fondazione terminante con un massetto di calcestruzzo piano e disporre la base di supporto 50 al suolo ed eventualmente assicurarla al massetto con elementi di fissaggio. Successivamente, comprendono le fasi di montare sulla base di supporto 50 le sottoparti 110, come mostrato in figura 23, e applicare in opera i conci mancanti. Le porzioni 120 sono collegate alle sottoparti 110 mediante colate di malta di completamento che collegano fra loro le sottoparti adiacenti 110. Queste operazioni sono ripetute fino al completamento della struttura 100. La figura 24 mostra le due porzioni 110 collegate fra loro da un porzione di struttura 120 definita †̃chiave di volta’ che assicura l’integrità della struttura e delle due parti della struttura 110. Anche in questo caso può essere prevista una fase di stuccatura, levigazione e lucidatura della struttura 100 così completata.

Il suddetto metodo di montaggio e progettazione permette inoltre di realizzare uno o più conci “speciali†che permettono un adattamento costruttivo per compensare eventuali errori di assemblaggio dei conci 10 durante il montaggio della struttura 100.

La descrizione di cui sopra di una forma realizzativa specifica à ̈ in grado di mostrare l'invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per la manifattura rapida di una struttura edilizia in conglomerato caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: – modellare porzioni di struttura, detta fase di modellazione comprendendo le sottofasi di: − modellare una struttura edilizia al calcolatore mediante l’uso di un applicativo CAD − scomporre detta struttura edilizia mediante superfici di divisione in modo da definire una pluralità di dette porzioni di struttura, dette porzioni di struttura essendo separate tra loro da dette superfici di divisione; − prevedere per ciascuna porzione di struttura, in corrispondenza di dette superfici di divisione, una interfaccia di collegamento, in modo tale che superfici di divisione contigue di porzioni di struttura adiacenti realizzino tra loro un accoppiamento di forma; − sezionare ciascuna porzione di struttura con piani orizzontali secondo un passo verticale predeterminato, in modo da generare una serie di sezioni di ciascuna porzione di struttura, ciascuna sezione comprendendo aree piene e aree vuote, corrispondenti alle parti piene e alle parti vuote di detta porzione di struttura in dette sezioni, dette sezioni essendo ordinate dal basso verso l’alto; – stampare dette porzioni di struttura, detta fase di stampare per ciascuna porzione di struttura comprendendo le sottofasi di: − predisporre un area di stampa e una unità mobile di deposito di materiale, in modo che detta unità mobile sia in grado di coprire orizzontalmente detta area di stampa e di muoversi secondo detto passo verticale predeterminato, − depositare, mediante detta unità mobile internamente a detta area, un primo strato uniforme orizzontale di materiale granulare di spessore corrispondente a detto passo verticale predeterminato; − spruzzare un predeterminato quantitativo di legante mediante detta unità mobile su detto primo strato di materiale granulare soltanto in corrispondenza di dette aree piene di una prima sezione di detta porzione di struttura; − innalzare verticalmente detta unità mobile rispetto a detto telaio fisso secondo detto passo verticale predeterminato; − depositare, un secondo strato uniforme orizzontale di materiale granulare sopra detto primo strato e spruzzare un predeterminato quantitativo di legante su detto secondo strato soltanto in corrispondenza di dette aree piene di una seconda sezione direttamente sovrastante detta prima sezione di detta porzione di struttura; − reiterare la fase di depositare materiale granulare, di spruzzare un predeterminato quantitativo di legante e di innalzare verticalmente detta unità mobile fino a completare un ultimo strato di detta porzione di struttura − rimuovere il materiale granulare non legato, ottenendo detta porzione di struttura dotata della relativa interfaccia di collegamento; − o ripetere detta fase di stampare fino ad ottenere detta pluralità di porzioni di struttura separate tra loro; – assemblare detta pluralità di porzioni di struttura collegando tra loro dette interfacce di collegamento che realizzano detto accoppiamento di forma, in modo da costruire detta struttura edilizia costituita in detta fase di modellazione.
2. 2. Metodo come da rivendicazione 1, in cui detta fase di modellazione prevede anche una fase di creazione di una cavità all’interno di ciascuna porzione di struttura in modo da ottenere porzioni di struttura cave definite da pareti con uno spessore determinato.
3. 3. Metodo come da rivendicazione 2, in cui detta fase di modellazione prevede la fase di creare in dette pareti una pluralità di scanalature longitudinali sostanzialmente parallele fra loro realizzate in detto spessore, dette scanalature longitudinali essendo sostanzialmente continue con porzioni di struttura contigue, dette scanalature rappresentando detta interfaccia di collegamento ed essendo atte ad ospitare inserti in modo da realizzare detto accoppiamento di forma, in particolare detti inserti essendo scelti tra ferri di armatura, guarnizioni, flange di collegamento, spine di collegamento.
4. 4. Metodo come da rivendicazione 1, in cui detta fase di modellazione prevede una fase di creazione su una superficie inferiore di ciascuna porzione di struttura di uno o più scavi perimetrali di spessore e profondità opportuna in modo da ricavare un bordo perimetrale di collegamento, che realizzi detto accoppiamento di forma.
5. 5. Metodo come da rivendicazione 1, in cui al termine di detta fase di modellazione 6. una volta definita detta pluralità di porzioni di struttura al, vi à ̈ una fase di distribuzione delle porzioni di struttura all’interno dell’area di stampa in modo da sfruttare il più possibile l’area di stampa, rendendo così massima l’area delle porzioni piene rispetto a quelle vuote, detta fase di distribuzione comprendendo la generazione di un file in formato eseguibile da detta unità mobile di deposito, comprende detta generazione comprendendo la fase di sezionare l’insieme di tutte le porzioni di struttura disposte sull’area di stampa con piani orizzontali secondo detto passo verticale predeterminato, in modo da generare una serie di sezioni di tutte le porzioni di struttura, ciascuna sezione comprendendo aree piene e aree vuote, corrispondenti alle parti piene e alle parti vuote di tutte le porzioni di struttura in dette sezioni, ordinandole dal basso verso l’alto.
6. Metodo come da rivendicazione 1, in cui detta fase di modellazione prevede la modellazione di armature di rinforzo, in particolare guarnizioni inferiori e/o guarnizioni superiori per ciascuna porzione di struttura, basi di supporto e guarnizioni di base per collegare porzioni di struttura a detta base di supporto.
7. 7. Metodo come da rivendicazione 1, in cui detta fase di stampa à ̈ realizzata predisponendo un piano di deposito associato ad una griglia e ad un sottofondo e un dispositivo di apertura di detto piano, in modo che durante detta fase di stampare detto piano risulta chiuso e detta griglia regge il materiale granulare legato non legato, mentre al termine di detta fase di stampare detto piano risulta aperto per lo scarico nel sottofondo attraverso detta griglia del materiale granulare una volta terminata la stampa, in modo che dette porzioni di struttura rimangano libere sopra detta griglia, in particolare detto piano di deposito à ̈ associato ad un carrello mobile.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui dette porzioni di struttura, al termine di detta rimozione del materiale granulare non legato sono sottoposte ad una fase di impregnazione di detto legante, in particolare detta fase di impregnazione essendo fatta per aspersione con e/o immersione in detto legante, in particolare detto legante à ̈ un cloruro di magnesio, preferibilmente cloruro di magnesio esaidrato.
9. 9. Un metodo per la manifattura rapida di una struttura edilizia in conglomerato caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: − modellare una struttura edilizia al calcolatore mediante l’uso di un applicativo CAD; − sezionare detta struttura con piani orizzontali secondo detto passo verticale predeterminato, in modo da generare una serie di sezioni di detta struttura, ciascuna sezione comprendendo aree piene e aree vuote, corrispondenti alle parti piene e alle parti vuote di detta struttura in dette sezioni, dette sezioni essendo ordinate dal basso verso l’alto; − stampare detta struttura, detta fase di stampare comprendendo le sottofasi di: − predisporre un area di stampa e una unità mobile di deposito di materiale, in modo che detta unità mobile sia in grado di coprire orizzontalmente detta area e di muoversi secondo un passo verticale predeterminato, − depositare, mediante detta unità mobile internamente a detta area, un primo strato uniforme orizzontale di materiale granulare di spessore corrispondente a detto passo verticale predeterminato; − spruzzare un predeterminato quantitativo di legante mediante detta unità mobile su detto primo strato di materiale granulare soltanto in corrispondenza di dette aree piene di una prima sezione di detta struttura; − innalzare verticalmente detta unità mobile rispetto a detto telaio fisso secondo detto passo verticale predeterminato; − depositare, un secondo strato uniforme orizzontale di materiale granulare sopra detto primo strato e spruzzare un predeterminato quantitativo di legante su detto secondo strato soltanto in corrispondenza di dette aree piene di una seconda sezione direttamente sovrastante detta prima sezione di detta struttura; − reiterare la fase di depositare materiale granulare, di spruzzare un predeterminato quantitativo di legante e di innalzare verticalmente detta unità mobile fino a completare un ultimo strato di detta struttura; − rimuovere il materiale granulare non legato, ottenendo detta struttura; in cui detto legante à ̈ un legante inorganico bicomponente comprendente: − un componente liquido contenente sostanze inorganiche, in particolare cloruri; − un catalizzatore, a base di ossidi metallici la cui caratteristica à ̈ che detto catalizzatore comprende ossido di magnesio, in particolare detto legante inorganico liquido à ̈ cloruro di Magnesio, preferibilmente Cloruro di Magnesio esaidrato, preferibilmente alla massima concentrazione, in particolare detto materiale granulare à ̈ scelto tra sabbia dolomitica oppure calcarea o silicea, cui viene aggiunto Ossido di Magnesio, in particolare in percentuale compresa fra il 15% e il 30% in peso.
10. 10. Un’apparecchiatura per la manifattura rapida di una struttura edilizia in conglomerato caratterizzata dal fatto di implementare una qualsiasi delle fasi di cui alle rivendicazioni precedenti.