Nonostante l'evoluzione dal tavolo da disegno agli schermi digitali, i plastici architettonici fisici conservano la loro importanza, aiutando gli architetti a visualizzare le cianografie.
Le tecnologie di stampa 3D aiutano a ridurre la distanza tra il mondo digitale e quello fisico e agevolano gli architetti e i modellisti nella creazione rapida ed economica di plastici architettonici ad alta precisione, direttamente da disegni digitali.
Questa guida fornisce informazioni dettagliate sull'uso della stampa 3D per produrre plastici architettonici, sui diversi processi di stampa 3D per l'architettura e sul flusso di lavoro per creare plastici stampati in 3D a partire da software CAD per architettura.
Stampa 3D di modelli architettonici: guida alla strategia di modellazione e al flusso di lavoro del software
Questo whitepaper suggerisce pratiche intelligenti in fase di modellazione, come la scelta della giusta dimensione scalare o la progettazione per l'assemblaggio, trattando anche la post-elaborazione e l'utilizzo di tali strategie nei più comuni ecosistemi software.
Perché stampare plastici architettonici in 3D?
Fin dall'epoca dei Faraoni, i plastici architettonici sono serviti da rappresentazioni fisiche durante lo sviluppo di strutture, per aiutare a vendere progetti, promuovere raccolte fondi e risolvere sfide in ambito costruttivo.
Tradizionalmente, la creazione di plastici è un'attività manuale in cui si lavorano materiali come legno, ceramica, cartone o creta, cosa che può richiedere molto tempo e che può essere estremamente ripetitiva. Gli studi di architettura oggi hanno accesso a una gamma più ampia di strumenti, comprese fresatrici CNC, frese laser e stampanti 3D, che possono ridurre le necessità di manodopera e accelerare il flusso di lavoro.
I moderni processi di stampa 3D forniscono ad architetti e modellisti i mezzi per rivoluzionare il modo in cui vengono realizzati i plastici. Infatti possono:
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Accelerare il processo di realizzazione di plastici architettonici.
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Trasformare i disegni CAD direttamente in plastici 3D fisici con un alto livello di precisione.
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Sviluppare parti con un design complesso, che sarebbe complicato o impossibile produrre a mano.
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Semplificare la comunicazione e mettere in evidenza aree specifiche che sarebbero difficili da mostrare attraverso i tradizionali disegni in 2D.
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Creare più iterazioni di progetti a costi di produzione ridotti.
Per esempio, i modellisti del Renzo Piano Building Workshop (RPBW), fondato dall'omonimo architetto vincitore del Pritzker Prize, usano una stampante 3D SLA per sviluppare e fabbricare rapidamente plastici accurati.
"I nostri plastici cambiano ogni giorno, o addirittura ogni ora. Gli architetti modificano il progetto con grande rapidità e spesso non abbiamo nemmeno il tempo di farlo manualmente. Quindi dobbiamo trovare un metodo più veloce", spiega Francesco Terranova, modellista del RPBW.
Le stampanti 3D possono creare plastici in poche ore e persino entrare in funzione durante la notte per risparmiare tempo. "Il vantaggio è che possiamo avviare la stampa la sera e la mattina dopo, quando torniamo in studio, troviamo il plastico pronto. Così non perdiamo tempo durante la giornata", afferma Terranova.
La stampa 3D in architettura è ideale per le parti complesse: gli alberi di questo plastico sono stati stampati con una stampante 3D SLA Formlabs.
La stampa 3D può essere usata per produrre plastici architettonici di interi edifici, ma anche in combinazione con altri strumenti e processi. I modellisti del RPBW possono usare lavorazioni meccaniche CNC o fresatura laser per produrre le parti di base dei loro plastici architettonici e una stampante 3D per sviluppare componenti più complessi o elaborati come scale, alberi, sfere e superfici curve, che richiederebbero molto tempo per essere fabbricate a mano. Ad esempio, il team del RPBW ha stampato in 3D i complessi giunti strutturali dei pilastri per il plastico del nuovo ponte San Giorgio di Genova, che ha di recente sostituito il vecchio ponte Morandi, crollato nel 2018. Questa combinazione di stampa 3D e metodi di produzione tradizionali accelera il processo creativo e aumenta il livello di precisione dei plastici architettonici.
Uno degli obbiettivi principali dei plastici architettonici in 3D è quello di semplificare la comunicazione tra architetti e di rendere più facile mostrare i progetti ai clienti. La maggior parte dei progetti dello studio di architettura Laney LA, con sede a Los Angeles, è costituita da case su misura, quindi è particolarmente importante specificare la scala di un'abitazione o di un'altra struttura. L'architetto Paul Choi e il suo team usano la stampa 3D per mostrare specifiche aree del progetto che sarebbero più complicate da mettere in evidenza con i tradizionali disegni in 2D.
Gli architetti di Laney LA usano la stampa 3D per creare plastici che permettono loro di vedere il progetto da una prospettiva nuova e che forniscono al tempo stesso un punto di osservazione privilegiato.
"È interessante cercare sempre di illustrare una determinata idea del progetto e isolarla nel modello, che si tratti di una certa stanza o di uno spazio che vogliamo mettere in risalto tramite un taglio a sezione del modello, o anche della topografia del sito" afferma Choi.
Per accelerare la produzione di plastici in scala i modellisti del RPBW utilizzano una stampante SLA Form 3.
Scegliere una stampante 3D per plastici architettonici
Quando si tratta di stampare in 3D plastici architettonici, non tutti i metodi sono uguali. È importante scegliere la tecnologia di stampa più adatta a ogni specifico caso d'uso.
Le tecnologie più popolari per la stampa 3D di plastici architettonici sono la stereolitografia (SLA), la modellazione a deposizione fusa (FDM), la sinterizzazione laser selettiva (SLS) e la stampa binder jetting.
Stereolitografia (SLA)
La stereolitografia, inventata negli anni '80, è stata la prima tecnologia di stampa 3D al mondo ed è ancora una delle tecnologie più diffuse a livello professionale. Le stampanti SLA utilizzano un laser per polimerizzare la resina liquida, trasformandola in plastica indurita: questo processo viene chiamato fotopolimerizzazione.
Le parti stampate in stereolitografia presentano la migliore risoluzione e precisione rispetto a tutte le tecnologie di stampa 3D della plastica. Inoltre, offrono anche la finitura superficiale più liscia, e sono quindi facili da verniciare.
Le parti stampate in stereolitografia hanno angoli appuntiti, una finitura superficiale liscia e linee di separazione degli strati poco visibili, ideali per plastici molto dettagliati da utilizzare durante le presentazioni. Questo plastico è stato stampato con una stampante SLA Form 3.
La stereolitografia è un'ottima opzione per plastici molto dettagliati da utilizzare durante le presentazioni per mostrare concetti e idee ai clienti o al pubblico.
Grazie a materiali che si stampano velocemente, come la Draft Resin, la stereolitografia è anche il processo di stampa 3D più veloce per molte parti. Mentre le stampanti SLA desktop offrono una struttura più compatta, con stampanti 3D SLA di grande formato come la Form 3L, architetti e modellisti possono creare plastici davvero in grande scala.
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Modellazione a deposizione fusa (FDM)
La modellazione a deposizione fusa (FDM), nota anche come fabbricazione a fusione di filamento (FFF), è la forma di stampa 3D più diffusa tra i consumatori, soprattutto grazie a un numero crescente di hobbisti. Le stampanti 3D FDM creano le parti fondendo ed estrudendo un filamento termoplastico, che un ugello di stampa deposita strato per strato nell'area di stampa.
La stampa FDM offre una risoluzione e una precisione inferiori rispetto agli altri tre processi di stampa 3D in plastica e non è l'opzione più adatta per la stampa di design complessi o parti con dettagli elaborati. È l'ideale per plastici più spartani, prodotti durante le fasi iniziali della progettazione, perché permette di creare modelli relativamente grandi in maniera rapida e a un costo ridotto.
Le stampanti FDM hanno maggiori difficoltà con design complessi o parti con dettagli elaborati (a sinistra) rispetto alle stampanti SLA (a destra).
Sinterizzazione laser selettiva (SLS)
La sinterizzazione laser selettiva è la tecnologia di produzione additiva più comune per le applicazioni industriali. Le stampanti 3D SLS utilizzano un laser ad alta potenza per fondere piccole particelle di polvere di polimeri. La polvere non fusa sostiene le parti durante il processo di stampa ed elimina la necessità di strutture di supporto dedicate.
La sinterizzazione laser selettiva (SLS) è ideale per figure geometriche complesse, inclusi dettagli interni, sottosquadri, pareti sottili e dettagli in negativo. Le parti prodotte con stampanti SLS hanno eccellenti caratteristiche meccaniche che le rendono adatte anche per parti strutturali.
La stampa SLS è ideale per geometrie complesse e dettagli elaborati. I dettagli di questo plastico sono stati stampati con una stampante SLS Fuse 1.
Binder Jetting
La tecnologia di stampa 3D binder jetting è simile alla stampa SLS, ma per legare il materiale di arenaria in polvere usa un agente legante colorato al posto del calore. Le stampanti binder jetting consentono di produrre plastici architettonici 3D vividi a colori.
Le parti prodotte con stampa binder jetting hanno una superficie porosa e sono molto friabili, perciò questo processo è consigliato solo per le applicazioni statiche.
Le stampanti binder jetting consentono di produrre plastici architettonici vividi a colori.
Confronto tra stampanti 3D per l'architettura
| Stereolitografia (SLA) | Modellazione a deposizione fusa (FDM) | Sinterizzazione laser selettiva (SLS) | Binder jetting | |
|---|---|---|---|---|
| Risoluzione | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
| Precisione | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| Finitura superficiale | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
| Facilità di utilizzo | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★★☆ |
| Design complessi | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| Volume di stampa | Fino a 300 x 335 x 200 mm (stampanti 3D desktop e da banco) | Fino a 300 x 300 x 600 mm (stampanti 3D desktop e da banco) | Fino a 165 x 165 x 300 mm (stampanti 3D da banco industriali) | Fino a 254 x 381 x 203 mm (stampanti 3D industriali) |
| Fascia di prezzo | Le stampanti desktop professionali costano a partire dai 3500 $, mentre le stampanti da banco per grandi formati partono dagli 11 000 $. | I prezzi dei pacchetti per stampanti 3D economiche partono da poche centinaia di dollari. Le stampanti desktop di fascia media di maggiore qualità hanno prezzi a partire dai 2000 $, mentre i sistemi industriali sono disponibili a partire dai 15 000 $. | I sistemi da banco industriali costano a partire dai 18 500 $, mentre le stampanti industriali tradizionali sono disponibili a partire dai 100 000 $. | Le stampanti 3D binder jetting sono apparecchi industriali costosi, la cui fascia di prezzo va da 30 000 a oltre 100 000 $. |
Come stampare plastici architettonici in 3D
Un team dell'Institute of Architecture della Hochschule Mainz - University of Applied Sciences ha ricostruito le città medievali tedesche di Worms, Spira e Magonza utilizzando plastici in larga scala stampati in 3D.
La maggior parte degli architetti oggi si avvale di strumenti digitali e usa software CAD per l'architettura come BIM (Revit e ArchiCAD), Rhino 3D o SketchUp per creare progetti CAD digitali. Tuttavia, non sempre questi file possono essere usati per creare plastici fisici in scala direttamente con la stampa 3D.
Per trasformare con successo un modello CAD in un file stampabile in 3D è richiesta una conoscenza base della progettazione per la stampa 3D, del rapporto tra le consuete limitazioni della modellazione e la preparazione di un file per la stampa 3D, nonché delle strategie intelligenti per affrontare la creazione di modelli, dalla scelta della scala giusta alla progettazione per l'assemblaggio e la post-elaborazione.
1. Strategie di modellazione
I plastici architettonici sono solitamente assemblati con una varietà di materiali e componenti. Le stampanti 3D aiutano a fondere questi componenti nel minor numero di parti individuali possibili, ma qualche assemblaggio è comunque richiesto per due motivi:
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Le limitazioni del volume di stampa: a meno che tu non stia usando una stampante 3D di grande formato come la Form 3L, potresti aver bisogno di dividere il modello in molteplici parti per farlo rientrare nel volume di stampa della stampante 3D.
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La necessità di mostrare dettagli interni o materialità: certi modelli richiedono componenti che si aprano per rivelare maggiori informazioni riguardo al design.
Le dimensioni e la geometria di diversi componenti all'interno del plastico sono aspetti chiave da considerare quando si prepara un plastico architettonico per la stampa 3D. In generale, i plastici grandi, i plastici con numerosi componenti e i plastici con dettagli elaborati vengono divisi in componenti stampabili per l'assemblaggio. Le parti possono essere poi facilmente unite tramite adesione chimica o assemblaggio meccanico. L'alta precisione delle stampe realizzate grazie a tecnologie come la stereolitografia e la sinterizzazione laser selettiva assicura che le parti si congiungano senza soluzione di continuità.
Per ottenere risultati ottimali bisogna applicare strategie di creazione di modelli per l'assemblaggio, ad esempio:
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Dividere i plastici lungo le linee di separazione: dividere i plastici o i componenti lungo le linee di separazione consente di creare componenti più gestibili, che possono essere assemblati con facilità una volta stampati. Il metodo più semplice per dividere un plastico è con un taglio dritto. Un altro approccio è quello di aggiungere, in fase di progettazione, caratteristiche che permetteranno alle stampe di allinearsi.
- Dividere i plastici per componente: alcuni plastici si prestano a essere divisi nei loro componenti strutturali o a essere scomposti dal programma in un kit di parti. Stampa questi componenti separatamente e poi assemblali con le funzioni di giunzione, o semplicemente stampa un componente dell'intero edificio separato dal resto.
Dato che ogni unità abitativa seguiva lo stesso design, aveva senso stampare semplicemente un'unità rimovibile che permettesse al cliente di comprendere la tipologia generica di unità. Plastico di Stanley Saitowitz | Natoma Architects Inc.
2. Flusso di lavoro del software
Gli avanzamenti nella tecnologia CAD hanno semplificato drasticamente il processo di sviluppo di file stampabili in 3D. Le moderne piattaforme CAD hanno moduli dedicati alla stampa 3D per aiutare gli architetti a convertire un progetto CAD in un modello stampabile. Tuttavia, ricordati che stai sempre lavorando in scala 1:1, quindi saranno richieste alcune rapide conversioni per ottenere le corrette dimensioni nella scala di stampa.
Quando si sviluppano plastici architettonici bisogna fare alcune importanti considerazioni a seconda della piattaforma CAD utilizzata. Ossia:
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Il flusso di lavoro BIM: sviluppare plastici stampabili in 3D con software BIM che fa leva su tecniche di modellazione parametrica, come Autodesk Revit o Graphisoft ArchiCAD, richiede qualche attività di gestione dei componenti, perché parti come condutture, finestre con doppi vetri e sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria non si possono stampare in 3D e devono essere rimosse, mentre altre come porte, finestre, muri e solai devono essere inspessite.
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Il flusso di lavoro della modellazione di superfici: questo flusso di lavoro rappresenta spesso un approccio più semplice, a partire da disegni 2D con la sola intenzione di stampare in 3D. Consiste nell'esportazione di un disegno semplificato, che viene ridimensionato, estruso e spuntato finché si ottiene un guscio esterno.
Scarica il nostro whitepaper per flussi di lavoro passo dopo passo nei più comuni ecosistemi software CAD per architettura.
3. Stampa e post-elaborazione di un plastico architettonico
Il passo successivo nella stampa 3D di plastici architettonici è quello di trascrivere il tuo modello digitale 3D in un linguaggio che la tua stampante 3D possa comprendere. Per poterlo fare, è richiesto l'uso di software per la suddivisione in strati o di preparazione della stampa, come PreForm. Che tu abbia o meno esperienza, i software di visualizzazione per strati sono generalmente intuitivi da usare. Il software evidenzia dettagli come muri che potrebbero richiedere un rafforzamento, aree prive di supporto e volumi chiusi che influenzano la struttura della stampa 3D, in modo che eventuali problemi possano essere risolti prima della stampa. Usando il software, puoi anche ottimizzare impostazioni come la risoluzione, la posizione della piattaforma di stampa e le strutture di supporto.
I materiali hanno un ruolo importante nel comunicare l'idea alla base di un progetto. Non è sempre obbligatorio simulare esattamente il colore e la consistenza di un materiale, ma può aiutare a distinguere tra diversi materiali. Dividere un plastico nei suoi componenti consente di mostrare la materialità, dato che le parti possono essere prodotte con vari materiali per la stampa 3D o verniciate in diversi colori.
La post-elaborazione dipende dalla tecnologia di stampa 3D utilizzata, ma in generale comprende la levigazione, l'incollaggio e la verniciatura dei plastici.
Ecco una panoramica a seconda del processo di stampa 3D:
| Tecnica di post-elaborazione | Stereolitografia (SLA) | Modellazione a deposizione fusa (FDM) | Sinterizzazione laser selettiva (SLS) | Binder jetting |
|---|---|---|---|---|
| Levigazione | Una leggera levigazione è consigliata per rimuovere i segni lasciati dai supporti. | La qualità inferiore delle stampe FDM richiede la levigazione per ottenere una finitura superficiale liscia. | La levigazione non è richiesta, data la qualità delle parti finite. | La levigazione non è richiesta. |
| Incollaggio | L'incollaggio di componenti SLA viene fatto con supercolla o resine liquide. | I componenti FDM possono essere assemblati usando adesivi come la supercolla. | I componenti SLA possono essere assemblati usando adesivi come la supercolla. | I componenti stampati usando stampanti binder jetting possono essere incollati usando la supercolla. |
| Applicazione del primer e verniciatura | I componenti SLA possono essere verniciati per ottenere la finitura superficiale desiderata. | I componenti FDM possono essere verniciati per ottenere la finitura superficiale desiderata. | I componenti SLS possono essere verniciati per ottenere la finitura superficiale desiderata. | La verniciatura non è richiesta per le parti a colori. |
Iniziare a stampare in 3D i tuoi plastici architettonici
Le stampanti 3D professionali SLA ed SLS forniscono agli architetti gli strumenti per creare plastici architettonici 3D accurati e attraenti. Scegli la Form 3 per una soluzione compatta che può stare su una scrivania, la Form 3L per plastici di grande formato in alta risoluzione e la Fuse 1 per parti strutturali e per le forme più complesse.
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