Ricerca e applicazioni pratiche con la stampa 3D: intervista a Chiara Villani, responsabile 3D Printing di Heidelberg Materials

Immaginate una stampante 3D di grandi dimensioni, costituita da un braccio robotico in grado di depositare strati successivi di materiale seguendo con precisione un modello digitale. Ora immaginate di applicare questa tecnologia non più solo alla realizzazione di oggetti di plastica o di metallo, tipicamente associati a questo processo, ma alla costruzione di una vera abitazione. Questa è la stampa 3D a base cementizia, una delle tecnologie che, da qualche anno, sta trasformando il mondo delle costruzioni, aprendo la strada a un modo completamente nuovo di progettare e realizzare edifici e infrastrutture. Grazie alla capacità di combinare flessibilità progettuale, efficienza operativa e sostenibilità, questa tecnica sta diventando uno dei driver più promettenti per l’innovazione del settore.

In questo contesto, dopo una fase di ricerca e sperimentazione ormai consolidata, Heidelberg Materials punta oggi ad ampliare l’utilizzo della stampa 3D, integrandola sempre più nelle proprie soluzioni per il mondo delle costruzioni.

Ne parliamo con Chiara Villani, Responsabile delle attività 3D Printing di Heidelberg Materials, per capire come sta evolvendo questa tecnologia.

Cos’è la stampa 3D?

Il 3D Printing è una tecnologia che permette di realizzare edifici, componenti strutturali o decorativi con uno speciale materiale cementizio, applicato strato dopo strato, secondo un modello digitale, grazie alla tecnica Additive Manufacturing (produzione additiva).

Qual è l’impegno di Heidelberg Materials nella stampa 3D?

Heidelberg Materials studia e sviluppa materiali per la stampa 3D dal 2015, proseguendo il percorso di ricerca iniziato da Italcementi presso i laboratori di Ricerca e Innovazione di Bergamo, arrivando a sviluppare un materiale cementizio adattabile alle diverse stampanti, che possiede le caratteristiche necessarie per essere miscelato, trasportato con una pompa da cantiere ed estruso attraverso ugelli, anche di forma differente, posti sulla testa di una macchina di stampa. Il materiale realizzato è in grado di sostenere il primo e i successivi strati depositati che, durante il processo di stampa, vengono posizionati uno sopra l’altro, nella cosiddetta stampa additiva, mantenendo la forma prevista dal modello 3D di partenza e assicurando uno sviluppo rapido delle resistenze meccaniche.

A livello di organico, come si struttura il lavoro sulla stampa 3D all’interno di Heidelberg Materials?

Nel nostro Gruppo esiste oggi un team dedicato che si occupa in modo specifico di sviluppare prodotti e applicare la tecnologia della stampa 3D, nel mercato globale. Inoltre, in Italia, così come in altri Paesi tra cui Stati Uniti e Germania, sono presenti un referente tecnico e uno commerciale che contribuiscono al trasferimento tecnologico e al supporto locale dei nostri clienti.

Un elemento che fa la differenza è anche la stretta collaborazione con il mondo accademico, che ha consentito non solo di superare i limiti tecnologici iniziali, ma anche di velocizzare l’implementazione di normative locali e internazionali funzionali all’utilizzo della tecnologia in larga scala. Infatti, nel tempo abbiamo costruito partnership consolidate con realtà universitarie, sia in Italia sia all’estero, tra cui l’Università degli Studi di Napoli Federico II, l’Università Tecnica di Monaco (TUM) e l’Istituto Tecnologico di Karlsruhe (KIT).

Quali sono le caratteristiche della Stampa 3D?

Negli ultimi anni la stampa 3D si è rivelata una delle innovazioni più interessanti per il settore delle costruzioni, come confermano anche gli studi di architettura e le imprese con cui abbiamo collaborato per la realizzazione di edifici e strutture con questa tecnica. In particolare, emerge come questa tecnologia stia aprendo possibilità progettuali e operative che fino a poco tempo fa erano difficili anche solo da immaginare.

La libertà di design e la flessibilità sono alcune delle caratteristiche maggiormente apprezzate. Dalle nostre prime sperimentazioni è emerso infatti come la stampa 3D consenta di realizzare con grande rapidità geometrie complesse e forme altrimenti irraggiungibili con le tecniche tradizionali o che talvolta comporterebbero un onere economico particolarmente elevato. Tale aspetto è stato confermato dalle collaborazioni, che ci hanno mostrato quanto sia immediato per i progettisti personalizzare ogni elemento, ottimizzare prestazioni specifiche come l’isolamento termico o il comfort acustico e persino lavorare su cromie e finiture integrate direttamente nel mix utilizzato.

Un’altra evidenza che ritorna dalle collaborazioni con imprese e studi di architettura riguarda l’efficienza costruttiva. Nei cantieri pilota a cui abbiamo partecipato, le aziende hanno riscontrato una velocizzazione significativa dei tempi che, in alcuni casi, hanno permesso di ridurre fino al 50% la durata di alcune fasi costruttive. Inoltre, viene ottimizzato il fabbisogno di manodopera pur mantenendo un controllo elevato sugli standard di qualità, passando da 10-12 persone a 2-3 per le fasi in cui la tecnologia è applicabile. La possibilità di definire prestazioni meccaniche e funzionali “su misura” a livello di mix progettuale è un ulteriore elemento molto apprezzato.

Infine, le collaborazioni che intratteniamo evidenziano come l’ottimizzazione delle quantità di materiale e la riduzione quasi totale degli scarti possano contribuire in modo concreto alla diminuzione delle emissioni e all’uso responsabile delle risorse. È inoltre evidente un miglioramento delle condizioni di lavoro in relazione, ad esempio, alla pulizia dei cantieri, al minore utilizzo di materiali e materie prime e al più elevato livello di sicurezza rispetto ai processi tradizionali.

Sono già state realizzate opere con questa tecnica?

Sì, negli ultimi anni la stampa 3D nel settore delle costruzioni ha compiuto passi decisivi, passando dalla fase sperimentale a quella applicativa. Heidelberg Materials è stata protagonista di questa evoluzione contribuendo allo sviluppo di edifici e installazioni che oggi rappresentano casi di studio e riferimenti internazionali.

La Germania è uno dei Paesi che ha adottato più rapidamente questa tecnologia. Nel 2020 è stato completato il primo edificio residenziale interamente stampato in 3D, un progetto pionieristico che ha utilizzato il materiale cementizio sviluppato nei laboratori italiani di Heidelberg Materials Italia, all’epoca Italcementi.

Sulla scia di questo primo successo, sono stati completati altri progetti residenziali, di servizio pubblico e un data center, e nel 2025 si è dato il via al progetto DREIHAUS a Heidelberg, destinato a diventare un nuovo punto di riferimento per le architetture stampate in 3D. Le prime due unità di tale progetto saranno costruite utilizzando evoBuild per la stampa 3D, un materiale riciclabile e a ridotta impronta di CO2, mentre la terza costituirà la prima applicazione in Germania di evoZero, il primo cemento al mondo prodotto tramite tecnologie di cattura del carbonio. Ciò permette di abbinare design d’avanguardia, rapidità costruttiva e un significativo abbattimento delle emissioni.

E in Italia?

Anche nel nostro Paese la stampa 3D sta iniziando a trovare applicazioni concrete e significative. Uno dei risultati più rilevanti è arrivato nel 2024 con la costruzione della prima struttura antisismica stampata in 3D in Italia. Il progetto, realizzato per Enel Green Power e l’Università degli Studi di Napoli Federico II, ha impiegato il materiale cementizio sviluppato da Heidelberg Materials, dimostrando che la tecnologia può essere applicata con successo anche in contesti sismici, garantendo al contempo prestazioni meccaniche elevate, sicurezza e rapidità di esecuzione.

A che punto è in questo momento la ricerca e lo sviluppo della tecnologia 3D?

Negli ultimi anni la stampa 3D nel settore delle costruzioni ha superato la fase strettamente sperimentale, entrando a pieno titolo tra le tecnologie costruttive realmente applicabili, in grado di realizzare strutture affidabili, sicure ed efficienti, come dimostrato dai progetti finora sviluppati.

La maturità della tecnologia si riflette anche nella crescita dell’interesse da parte di studi di architettura internazionali, che vedono nella stampa 3D uno strumento per affrontare nuove sfide progettuali, ottimizzare tempi e risorse e ridurre l’impatto ambientale dell’edilizia, costituendo così una soluzione alternativa alle tecniche tradizionali, soprattutto in termini di flessibilità e sostenibilità. La possibilità di realizzare forme complesse, ridurre i tempi di cantiere e integrare materiali a basso contenuto di CO2 rende il 3D Printing una leva sempre più credibile per la trasformazione dell’edilizia. Una tecnologia, questa, che non solo migliora i processi costruttivi, ma che, in un periodo di carenza di manodopera specializzata, contribuisce anche a ottimizzare l’impiego del personale e ad attrarre nuovi talenti con competenze digitali che, tradizionalmente, non si sarebbero avvicinati a questo settore.

Per Heidelberg Materials, la fase attuale è quella dell’accelerazione dell’adozione, con l’obiettivo di ampliare l’uso della tecnologia ed estendere e applicare su larga scala i vantaggi già dimostrati in termini di velocità, sostenibilità e qualità del costruito.

Attualmente avete qualche rapporto di collaborazione con studi di architettura?

Sì, abbiamo rapporti con diversi studi di architettura, con alcuni dei quali sono già in corso progetti concreti. Tra tutte, la collaborazione oggi più avanzata è quella con lo studio MCA – Mario Cucinella Architects, con cui stiamo realizzando un progetto a Monopoli, in Puglia, e l’installazione con cui saremo presenti alla Milano Design Week che si terrà dal 20 al 26 aprile, alla Città delle Idee, un ambiente urbano fisico che si smaterializza per aprirsi alla creatività, all’innovazione e alla raccolta di una pluralità di pensieri e visioni in “Solferino 28”. Il progetto, realizzato con la tecnica della stampa 3D, è ideato e curato dall’architetto Mario Cucinella, Founder & Creative Director di MCA – Mario Cucinella Architects, per Corriere della Sera, Living e Abitare.

© RIPRODUZIONE RISERVATA