CDT En 2004, el profesor Behrokh Khoshnevis de la Universidad de Carolina del Sur comenzó por primera vez a imprimir en 3D un muro de hormigón. La verdadera innovación en el campo de la construcción, su tecnología, Contour Crafting, es hablar de ello: ¡crearía una casa de manera automatizada en 20 horas! El profesor desarrolló una impresora 3D del tipo FDM, montada en un brazo robótico que, en lugar de extruir plástico, creaba capas de hormigón de un modelo 3D.
Fuente: 3D Natives
Pronto, Behrokh Khoshnevis demostraría todas las ventajas que existen al usar la fabricación aditiva en la construcción: reducción de costos y desperdicios, velocidad de fabricación, reducción de accidentes laborales, creación de formas complejas, etc. Sus descubrimientos marcan el comienzo de la impresión 3D en el campo de la construcción, y con ello dio paso a la impresión 3D de casas.
Los gigantes de la construcción se están dando cuenta del enorme potencial de las tecnologías 3D y su impacto en el futuro del sector. Según un reciente estudio de mercado de Precedence Research, se estima que el mercado de la impresión 3D en la construcción alcance los 1.418.160 millones de dólares para 2034, con un impresionante crecimiento anual del 65%. Este auge no es casualidad: cada vez más empresas están explorando esta tecnología para desarrollar proyectos innovadores. Algunos de estos proyectos tienen un aire futurista, mientras que otros ya son una realidad, como el edificio impreso en 3D más alto del mundo, ubicado en Arabia Saudita, con 9,9 metros de altura. La impresión 3D en la construcción está avanzando rápidamente, integrando diversas tecnologías y materiales que ofrecen numerosos beneficios a sus usuarios. Pero ¿en qué consiste exactamente? ¿cuáles son las ventajas de su implementación en el sector? ¿cuáles son las proyecciones a futuro?, sigue leyendo este artículo dedicado para conocer las respuestas.
¿Qué procesos de impresión 3D existen actualmente en el sector de la construcción?
Brazo robótico que extruye material
El método Contour Crafting marca el comienzo de la impresión 3D en este campo; es un proceso mediante el cual el material de construcción se deposita para formar un modelo 3D y crear estructuras a gran escala, con un acabado de superficie lisa. Los rieles se instalan alrededor del suelo del edificio que actuará como la vía para dirigir el brazo robótico. Se desplazará hacia adelante y hacia atrás para aplicar el concreto capa por capa. En cada lado y encima de la boquilla están las paletas fijas que aplanan las capas extruidas y aseguran suficiente resistencia. El concreto convencional no podría haber sido utilizado en este desarrollo, ya que no podría soportar su propio peso, de hecho, debe endurecerse antes de continuar el proceso. Por lo tanto, es un hormigón que tiene menos hundimiento y una configuración más rápida.
Las tecnologías empleadas y desarrolladas por los distintos actores son bastante similares. En esencia, las tecnologías de impresión 3D en la construcción se basan en el mismo principio: la extrusión de material. Por ejemplo, la empresa Constructions-3D en Francia ha fabricado una máquina polar móvil que puede imprimir in situ, justo en el medio del edificio en construcción, doblarse y transportarse fácilmente. Consiste en una base mecánica, un brazo robótico en cuyo extremo está la boquilla extrusora desarrollada por la empresa. Este brazo tiene un área de impresión de 150m² a una altura de 7 metros.
Algunas compañías se han especializado en la extrusión de un material distinto al concreto y que a su vez conserve la misma tecnología. El proceso BatiPrint 3D patentado es seguramente uno de los ejemplos más llamativos: la Universidad de Nantes, Bouygues Construction y Lafarge Holcim han unido fuerzas para desarrollar un robot industrial que deposita tres capas de material directamente en el sitio: dos capas de espuma de polímero del tipo expansivo y un tercio de concreto. Benoit Furet, profesor de la Universidad de Nantes, explica que «la espuma aporta aislamiento interno y externo; el hormigón el refuerzo de la estructura que por lo tanto es antisísmica”.
Unión de capas de arena
En Europa, el italiano Enrico Dini dio a conocer un proceso interesante con su impresora 3D D-Shape. Esta se basa en la unión del polvo que permite solidificar una capa de material con la ayuda de una “tinta” aglutinante. En este caso, las capas de arena, o áridos, se depositan según el espesor deseado; luego, un cabezal de impresión compuesto por 300 boquillas vierte gotitas del aglutinante que endurecen la arena. Esta máquina en cuestión es una especie de gran cubo de 4 x 4 metros que permite crear estructuras grandes de 6 metros cúbicos como máximo.
Metal para estructuras sólidas
La empresa holandesa MX3D ha desarrollado un método de construcción único, WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), que permite crear estructuras metálicas con un robot de 6 ejes que deposita 2 kilos de material por hora. Este método resulta útil en trabajos de soldadura muy complejos o detallados para estructuras de metal en la arquitectura.
Para el desarrollo de su tecnología se han asociado con Air Liquide y ArcelorMittal, el robot está equipado con un soldador y una boquilla para soldar, capa por capa, barras de metal. Este proceso es compatible con la mayoría de las aleaciones metálicas como acero inoxidable, bronce, aluminio o Inconel. Una especie de soldador gigante, en resumen: “Hemos combinado un robot industrial con una soldadora para convertirlo en una impresora 3D que funciona con nuestro propio software”, comentó el equipo.
¿Por qué utilizar la impresión 3D en la construcción?
Un primer argumento, es que con la impresión 3D de hormigón se ahorra mucho tiempo, una ventaja tecnológica específica. La impresión 3D reduce hasta un 70% el tiempo de construcción, a la vez que se reducen las dificultades y los accidentes en el trabajo. Benoit Furet explicó: “La reducción de las dificultades y los riesgos es una realidad, realizamos muros de 3,8 m de altura sin ningún andamio. Además, nos damos cuenta de que el sitio de construcción se mantiene muy silencioso”. Su equipo logró imprimir en 3D una casa de 95 m2 que será la primera vivienda social impresa en 3D de la ciudad. Benoit dice que su tecnología BatiPrint también ha hecho que sea más fácil crear formas curvas a un costo menor. Ofrece también una cierta automatización del trabajo: la impresora 3D no se detiene hasta que termina, lo que reduce en gran medida los tiempos de espera.
Otra ventaja de la implementación de la impresión 3D en la construcción es que generalmente se utilizan menos materiales que con los métodos de construcción convencionales. Al agregar material, a diferencia de un proceso sustractivo, se reduce el impacto ambiental y se produce solo una pequeña cantidad de desechos, un beneficio que se debe principalmente a la optimización topológica. Duballet romano, uno de los co-fundadores de XtreeE comentó “con un mayor control geométrico, se pueden construir formas optimizadas para limitar la cantidad de materiales que se utilizarán”. Una de las ventajas que no deben ser pasadas por alto cuando se sabe que el hormigón es uno los recursos más usados en la Tierra después del agua.
En cuanto a los principales desafíos de la impresión 3D en la construcción, podemos mencionar la ausencia de normativas claras para certificar las estructuras impresas. Axel Thery, responsable de la empresa Constructions-3D nos dijo: “Las principales dificultades se derivan del hecho de que el proceso de construcción con impresión 3D hasta ahora no se reconoce como un método de construcción de los códigos y normas en vigor. Como las estructuras impresas no son tradicionales, los cálculos de resistencia en el tiempo son difíciles de realizar, es por eso que las obras habitables tendrán que probar poco a poco al comienzo”.
Sin embargo, hay países que ya se están planteando la definición de normas para implementar la tecnología en la construcción. Un ejemplo de ello son los Emiratos Árabes Unidos donde las autoridades de Dubái ya se han propuesto construir el 25% de los nuevos edificios con ayuda de la tecnología 3D, de aquí al 2030.
Por un lado, la fabricación aditiva ha generado muchos puestos de trabajo nuevos, pero ¿qué pasa con los trabajadores en el sector de la construcción? ¿La impresión 3D de casas y la automatización del proceso de construcción pondrá muchos trabajos poco cualificados en la calle? ¿Qué habilidades se necesitarán para usar una impresora 3D en un sitio de trabajo? Los especialistas en impresión 3D de hormigón coinciden en que la tecnología transformará las operaciones sin eliminarlas; estamos siendo testigos de un cambio en los perfiles. Benoit Furet comentó: “Los oficios evolucionarán del arquitecto al albañil que se convierte en un operador de mampostería. En última instancia, el canal digital global se simplifica, los operadores de licenciatura profesional en el sector de la construcción serán albañiles digitales, controladores de robots”.
Impresión 3D de casas, ¿una solución contra la crisis de la vivienda?
Y si la impresión 3D ahora permite crear estructuras más rápidamente, podríamos suponer que sería una solución ideal para luchar contra la crisis de la vivienda ofreciendo viviendas a todos, a un costo menor y construidas de manera más rápida. Algunas empresas también se han acercado a la fabricación aditiva para este fin. Este es el caso de la italiana WASP, que espera construir un mundo más sostenible a través de la impresión 3D. La firma ha desarrollado una de las impresoras 3D más grandes del mundo, capaz de construir casas con materiales de origen local que utilizan energía solar, eólica o hidroeléctrica. Por lo tanto, incluso las regiones que no tienen acceso a la electricidad podrían construir estructuras ecológicas con recursos locales.
Distintos países están viendo una solución en la impresión 3D para compartir la crisis de la vivienda. En Chile, por ejemplo, se inauguró la Casa Semilla, un proyecto entre la Universidad del Bío-Bío y la ANID. Este avance surge en medio de un déficit habitacional que afecta a más de medio millón de personas en el país. La casa, construida en solo 29 horas, es sismorresistente, sostenible y se adapta a diversas regiones de Chile, ofreciendo una solución eficiente y accesible al problema habitacional.
Y si la fabricación aditiva podría convertirse en una respuesta a esta crisis de vivienda en la Tierra, también sería una forma de explorar el espacio y por qué no llevar la impresión 3D de casas allí. Esta idea ya se ha explorado en años anteriores con el “3D Printed Habitat Challenge” de la NASA, por ejemplo, para imaginar las tecnologías que se utilizarán para construir hogares en el espacio, ya sea en la luna o en Marte. Sin embargo, aún queda mucho camino que recorrer antes de ver una estructura impresa en el espacio.
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