Scienza stampa 3D e nanomateriali: da Enea soluzioni hi-tech per riparare monumenti

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Soluzioni d’avanguardia come stampa 3D e nanomateriali per riprodurre parti mancanti di edifici ed elementi scultorei danneggiati dal tempo o da fenomeni estremi, nel rispetto della reversibilita’, durabilita’ e riconoscibilita’ dei materiali. Sono queste alcune delle tecnologie innovative del progetto “3DH-solutions” per la conservazione e il restauro del patrimonio culturale, finanziato dalla Regione Lazio, che riunisce enti di ricerca come Enea, Universita’ degli Studi Roma Tre (coordinatore) e Universita’ di Cassino e del Lazio Meridionale insieme a imprese specializzate nel restauro e nella stampa 3D come Araknia Labs Srl e Nadir Srl. I primi interventi saranno realizzati nella Rocca Janula di Cassino (Frosinone) e nel Palazzo Orsini ad Amatrice (Rieti).
“I fenomeni naturali, i fattori antropogenici cosi’ come gli eventi catastrofici e atmosferici possono deteriorare i manufatti e le costruzioni esposte in ambiente esterno”, spiega Rosaria D’Amato, ricercatrice del laboratorio Enea di micro e nanostrutture per la fotonica. “Tale deterioramento – aggiunge – può influire sia sull’estetica del monumento che sulla sua stabilita’, rendendo quindi difficoltosa o addirittura impossibile la sua fruibilita’ al pubblico. La ricostruzione delle lacune architettoniche o strutturali di un edificio puo’ contribuire a conservare il monumento e a restituire alla collettivita’ il godimento del bene, sia in termini estetici che prestazionali”.
Nell’ultimo decennio l’utilizzo e la sperimentazione della tecnologia alla base della stampa 3D si e’ ampiamente diffusa, con applicazioni in vari settori, mostrando interessanti potenzialita’ soprattutto in quello dei beni culturali: non solo per la ricostruzione di opere incomplete ma anche in ambito museale per una fruizione “interattiva” da parte del pubblico dell’opera d’arte e come oggetto di studio e ricerca. La stampa 3D e’ infatti in grado di fornire riproduzioni fisiche con una elevatissima precisione dei dettagli. Inoltre, rispetto alle tecniche tradizionali, offre particolari vantaggi come la possibilita’ di duplicare elementi di qualsiasi geometria e complessita’, garantendo un rapporto vantaggioso tra peso e prestazioni meccaniche, particolarmente importante negli edifici storici in zona sismica o con problemi strutturali. Assicura anche la possibilità di utilizzo di materiali ecosostenibili, la riduzione dei tempi e dei costi richiesti dall’intervento di ripristino o restauro. Il progetto, si focalizza in particolare su due tipologie di applicazioni: la “riedificazione” parziale di pareti in muratura regolare e la ricostruzione di soli elementi decorativi, quali ad esempio i cornicioni, le decorazioni dei palazzi storici o le merlature di opere architettoniche, che rappresentano una delle situazioni di degrado piu’ diffuse e comuni del patrimonio costruttivo italiano.
“Il punto di partenza della ricerca – sottolinea D’Amato – e’ la fase di conoscenza del bene architettonico attraverso il suo rilievo e la sua rappresentazione digitale. La combinazione del rilievo tridimensionale e della stampa 3D costituiscono, infatti, un binomio indispensabile per garantire la comprensione sia del bene in ogni dettaglio che delle sue lacune. Inoltre, durante la riproduzione delle parti mancanti, questa associazione consente di correggere eventuali errori apportando le necessarie modifiche, con l’obiettivo di assicurare una perfetta corrispondenza tra le parti dell’oggetto, che – continua la ricercatrice – diventano un’alternativa piu’ precisa e piu’ veloce ai manufatti realizzati con processi manuali”. Un altro aspetto importante e innovativo del progetto e’ la sperimentazione di nuovi nanomateriali con cui realizzare gli elementi integrativi sempre mediante stampa 3D. Nanoparticelle ceramiche, opportunamente scelte, possono incrementare le proprieta’ meccaniche della matrice in cui sono disperse e conferire al materiale proprieta’ funzionali interessanti e ad alto valore aggiunto, quali idrofobicita’, abilita’ autopulenti e biocide ma anche capacita’ di abbattere inquinanti atmosferici. La Rocca Janula di Cassino e’ una fortezza medievale del X secolo e uno dei piu’ significativi monumenti per la comunita’ locale e della Terra Sancti Benedicti. Il monumento, già oggetto di un importante restauro, presenta ancora una torre con significative lacune strutturali. L’obiettivo e’ di testare la possibilita’ di ricostruzione parziale di alcuni volumi con l’inserimento di elementi di stampa 3D. Il Palazzo Orsini ad Amatrice invece fu costruito nel XVII secolo ed e’ stato quasi completamente distrutto dal terremoto del 2016. “Questo edificio che ha un forte valore identitario per la comunita’ locale – spiega D’Amato – presentava interessanti elementi decorativi in facciata ed era caratterizzato da un’epigrafe posta su un architrave, recentemente recuperata dalla Soprintendenza per i Beni Architettonici e Paesaggistici del Lazio insieme ad altri fregi. Il nostro intento e’ realizzare la stampa 3D di questi elementi decorativi per apporli all’edificio senza inficiarne le sue nuove caratteristiche sismiche e strutturali”. “Sono già state effettuate alcune stampe di prova. Cosi’ come sono gia’ stati realizzati – continua la ricercatrice – diversi provini in materiale termoplastico mediante la tecnologia di stampa 3D a deposizione fusa del filamento (fused deposition modelling FDM) e sono state eseguite delle prove sperimentali, a trazione e a flessione, per studiare il comportamento meccanico del materiale in funzione di alcuni parametri di stampa. Seguira’ – conclude – la fase di progettazione vera e propria su provini additivati con nanoparticelle”. Il progetto, della durata di 24 mesi, mette insieme competenze interdisciplinari di ricercatori, ingegneri, chimici e architetti e abilita’ tecnico-industriali, con l’obiettivo di favorire l’industrializzazione dei processi oggetti di studio e l’ampliamento del campo di applicazione.