Intervista a Vittoria Laghi | Ricercatrice a tempo determinato presso il DICAM

Ciao Vittoria! Innanzitutto, ancora complimenti per il premio Best Paper Award nell'ambito di Top Class Research@DICAM. Devo dirti che la tua presentazione è stata molto chiara e interessante. Parlaci brevemente di te.
Grazie! Mi fa piacere, l'obiettivo era proprio renderla comprensibile a tutti. Io sono un’ingegnere civile strutturista e mi occupo di nuove tecnologie per le costruzioni in acciaio, con un focus specifico sulla stampa 3D metallica di grandi dimensioni. Sono Ricercatrice a tempo determinato nel settore scientifico disciplinare CEAR-07/A Tecnica delle costruzioni qui al DICAM.

Parliamo dal paper. Qual è il problema che hai voluto affrontare e l'idea che ha mosso la tua ricerca?
La mia attività di ricerca si è sempre svolta con l’idea di migliorare le strutture in acciaio esistenti favorendo maggiore efficienza strutturale: utilizzare un materiale solo dove serve, solo quello che serve, e favorire una transizione più ambientale (minimizzazione di spreco) ma anche digitale (digitalizzare il mondo delle costruzioni).

Ho cercato di combinare competenze di ingegneria strutturale con algoritmi di ottimizzazione, sistemi di progettazione ottimizzata e computational design… per creare forme ottimizzate e combinare tutto questo con nuovi sistemi di fabbricazione digitale come la stampa 3D metallica.

Uno dei filoni sviluppati nel gruppo di ricerca dell’Università di Bologna, coordinato dal Professor Trombetti, era lo sviluppo di una piattaforma/framework integrato chiamato Blended Structural Optimization: un’ottimizzazione strutturale in grado di miscelare diversi ingredienti. Non un’ottimizzazione pura (quindi non algoritmi puri di ottimizzazione analitica o matematica), ma una progettazione in grado di integrare l’ottimizzazione con le richieste strutturali delle nuove costruzioni in acciaio e con le esigenze dal punto di vista manufatturiero per la stampa 3D: vincoli di stampa o opportunità date dalla stampa 3D.

Ho sviluppato una collaborazione con la Technical University di Braunschweig, sotto la supervisione del professor Kloft, sviluppata attraverso un mio periodo di visiting fellowship da post-doc che ha visto anche uno scambio di studenti magistrali per lo sviluppo della loro attività di tesi. In particolare, c’è stato questo tesista, Edoardo Benvenuti, della Civil Engineering di Bologna, con cui abbiamo applicato il Blended Structural Optimization per creare nuovi nodi strutturali ottimizzati.

Abbiamo preso riferimento da una struttura molto nota: la copertura in acciaio e vetro del British Museum di Londra, una struttura di riferimento per le coperture a gridshell, perché è stata molto pionieristica 25 anni fa. Abbiamo voluto studiarne i nodi, che non erano per niente ottimizzati, anzi sono altamente inefficienti, con un enorme spreco di materiale, per ridisegnarli e riprogettarli nell’ottica di poterli stampare in 3D.

Di solito viene contestato che queste nuove tecnologie siano poco vicine a un’applicazione: è difficile capire il contesto specifico. Uno degli aspetti più interessanti di questo articolo è invece proprio il fatto di aver potuto verificare e validare l’approccio su un caso studio molto noto, ovvero su un edificio che tutti conoscono.

Rispetto all’ottimizzazione “pura” o tradizionale, cosa cambia?
Rispetto all’ottimizzazione pura il vero cambiamento è che mettiamo insieme più ingredienti. Non è solo minimizzare l’impiego di materiale o il peso, ma contestualizzarlo.

Uno degli elementi più critici dell’ottimizzazione strutturale è che si creano forme che nella realtà non si possono realizzare oppure non funzionano, perché le condizioni al contorno cambiano nella vita utile di un edificio o tra progetto e costruzione. Bisogna trovare sistemi per avere una soluzione intermedia: non una ottimizzazione pura, ma la soluzione migliore possibile che tiene conto di tante variabili e si adatta se il contesto esterno varia. Se le condizioni al contorno variano, i carichi variano e quindi anche la forma ottimale… e non ultimo: che la forma sia già pensata per essere stampabile, quindi che la progettazione tenga conto anche dei vincoli di stampa.

Il problema della stampa 3D (anche di pezzi grandi) con questo approccio è superato? Possiamo dire che questa è la strada?
È una strada sicuramente. Uno dei problemi maggiori è l’overhand: non puoi stampare fuori da un supporto perché cade il pezzo. È identico anche per il metallo. Queste forme devono essere ottimizzate ma rientrare nelle esigenze di stampa. Da un lato hai molta più flessibilità rispetto alla manifattura convenzionale; dall’altro devi tener conto dei vincoli di stampa. Nonostante tutto, le forme stampabili in 3D sono di gran lunga, a livello di efficienza, superiori rispetto a quelle realizzabili con metodi convenzionali, perché possiamo ridurre molto di più l’utilizzo di materiale pur mantenendo prestazioni strutturali adeguate.

Quanto risparmi in termini di scarti di acciaio?
Dipende dall’applicazione. Nel caso specifico di questo nodo siamo riusciti a raggiungere l’80% di risparmio di materiale, considerando che sono 1566 nodi. Davvero un ottimo risultato!

E per quel che riguarda la stima economica? Puoi farci un quadro complessivo?
Le costruzioni sono sistemi estremamente economici, un settore con poco budget; quindi, si deve trovare la soluzione più economica possibile a parità di prestazioni. Ma nel computo del costo bisogna contare anche il carbon cost, cioè il costo in termini di impatto ambientale, che non può essere ignorato.

Dal punto di vista ambientale c’è un enorme risparmio: più ottimizzi il pezzo e meno impatta, perché è l’acciaio stesso la cosa che impatta di più a livello ambientale. A livello di costo c’è l’acciaio (il costo della materia prima sta aumentando tantissimo) e l’impatto iniziale dell’utilizzo del macchinario. Non è necessario comprarlo: si può andare in conto terzi o chiedere a un technology provider. L’impatto iniziale tende a calare all’aumentare degli elementi che uno stampa.

Per utilizzare questa tecnologia ci vogliono competenze, immagino. Parliamo anche di BIM?
Non necessariamente. Da noi non si parla molto di BIM per la stampa 3D, ma del Design for Additive Manufacturing (DfAM). Bisogna ripensare e riprogettare anche i pezzi standard: se cambiamo il tipo di produzione, dobbiamo cambiare anche la forma, il design.

Avverti resistenza nel mercato? Com’è il sentiment generale?
C’è scetticismo nei confronti delle nuove tecnologie e freno nel voler cambiare lo status quo. Lo scoglio economico è importante e non c’è il pensiero che oltre al costo bisogna considerare l’impatto ambientale e il fine vita.

Servono competenze specifiche e, non avendole, si trova resistenza. Noi abbiamo fatto una Summer School sulla stampa 3D metallica delle costruzioni a Bologna per formare giovani ricercatori e professionisti, per applicare o anche solo conoscere queste tecnologie.

Ci sono aree geografiche più avanzate nell’applicazione di queste tecnologie?
Gli Stati Uniti hanno un boom di stampa 3D nelle costruzioni ma di calcestruzzo, non hanno acciaio, però hanno conoscenza. In Cina c’è un boom. A Singapore e a Hong Kong hanno già diverse attività di sviluppo: hanno stampato un intero padiglione davanti al centro di migrazione di Hong Kong. Gli Emirati Arabi sono stati tra i primi ad avere una regolamentazione sulla stampa 3D nelle costruzioni: avevano la visione che entro il 2030 almeno il 50% dei nuovi edifici doveva essere stampato in 3D o con parti stampate in 3D.

Serve una regolamentazione normativa immagino, essendo nuove tecnologie. Una casa fatta in stampa 3D ha bisogno di altre certificazioni?
Sì. Senza linee guida e regolamentazioni è troppo difficile applicare queste tecnologie: altrimenti servirebbero certificazioni specifiche estremamente onerose. Io sono dentro un gruppo di lavoro per riscrivere gli eurocodici e voglio inserire nei nuovi eurocodici linee guida specifiche per la progettazione degli elementi stampati in 3D metallici. C’è interesse e richiesta da parte del mercato, e ci stiamo già muovendo.

Ne approfitto anche per dire che abbiamo da pochissimo aperto il nostro spinoff universitario D-MOD sull’applicazione della stampa 3D metallica, per creare un ponte tra ricerca accademica e aziende, ma anche per formare e dare conoscenza alle aziende delle possibilità di questa tecnologia. Sono molto orgogliosa dello spin-off universitario.

È nato da un’iniziativa di UniBo: grazie al progetto Alma Value abbiamo sviluppato assieme a Giada Gasparini, Professoressa qui al DICAM, un progetto per realizzare il trasferimento tecnologico di uno dei brevetti depositati come inventrici all’interno dell’Università di Bologna. 

Voglio ricordare anche il prezioso aiuto di Arter e altri player dell’ecosistema della regione Emilia-Romagna con i quali siamo riusciti a costituire da poco l’azienda (ha meno di sei mesi).

È una realtà al 93% femminile e nasce dall’idea di valorizzare risultati di ricerche di quasi un decennio e aprire le porte dell’Università e del laboratorio alle aziende. Stavamo anche ragionando con Gasparini: stiamo aprendo convenzioni per fare dei tirocini. Se ci fossero studenti interessati, sarebbe carino fare casi studio che possono essere di interesse per loro.

Complimenti! Torniamo al tuo paper e l’applicazione di questa innovazione nel mercato. Ipotizziamo che tu abbia una bacchetta magica, cosa cambieresti in Italia o in Europa?

Vorrei che le aziende vedessero quello che vedo io: capissero l’opportunità e vedessero il potenziale. E che dalle aziende venga una spinta, perché senza spinta e richiesta industriale è più difficile. Noi ricercatori vediamo il vantaggio, ma dobbiamo convincere le aziende di investire.

Come vedi il futuro di questa tecnologia? Stai approfondendo nuovi filoni?
Ci sono diversi filoni attualmente in fase di sviluppo: il laboratorio di stampante 3D metallica di grandi dimensioni, da poco inaugurato al LISG, e lo spin-off universitario D-MOD sono segnali che ci stiamo aprendo verso il trasferimento tecnologico e collaborazioni industriali su queste tecnologie, per applicare questi concetti nel mondo reale.

Io personalmente mi sto muovendo per applicare queste nuove tecnologie nell’ottica di creare un nuovo sistema del costruito a impatto quasi zero: non solo stampa 3D, ma anche intelligenza artificiale, nuovi sistemi di design computazionale, nell'ottica di un’economia circolare applicata alle costruzioni metalliche. Inoltre, credo che sia sempre più necessario creare ponti tra accademia e industria: momenti di incontro e confronto.

Grazie Vittoria per averci condotti nel mondo della stampa 3D con una chiave “innovativa”...e in bocca al lupo per il tuo futuro!
Grazie a te e…viva il lupo!