El 21 de noviembre, el Centro de Estructuras y Composites Avanzados (ASCC) de la Universidad de Maine presentó BioHome3D, la primera casa impresa en 3D fabricada íntegramente con materiales de origen biológico. BioHome3D se desarrolló con financiación del programa Hub and Spoke del Departamento de Energía de EE.UU. entre la UMaine y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Entre los socios figuran MaineHousing y el Instituto Tecnológico de Maine.

Fuente: Universidad de Maine

El prototipo de 600 metros cuadrados cuenta con suelos, paredes y techo impresos en 3D con fibras de madera y biorresinas. La casa es totalmente reciclable y está altamente aislada con un aislamiento 100% de madera y valores R personalizables. Gracias a la precisión del proceso de impresión, prácticamente se eliminaron los residuos de la construcción.

“Nuestro estado se enfrenta a la tormenta perfecta de la crisis de la vivienda y la escasez de mano de obra, pero la Universidad de Maine está dando un paso adelante una vez más para demostrar que podemos hacer frente a estos graves desafíos con el ingenio característico de Maine”, dijo la gobernadora Janet Mills. “Con su innovador BioHome3D, el Centro de Estructuras Avanzadas y Materiales Compuestos de la UMaine está pensando de forma creativa sobre cómo podemos hacer frente a nuestra escasez de viviendas, fortalecer nuestra industria de productos forestales y ofrecer a las personas un lugar seguro donde vivir para que puedan contribuir a nuestra economía. Aunque aún queda mucho por hacer, el desarrollo de hoy es un paso adelante positivo, que me enorgullece haber apoyado a través de mi Plan de Empleo y Recuperación de Maine y de mi presupuesto. Hago extensivas mis felicitaciones y mi agradecimiento a la Universidad de Maine y a sus socios, y espero seguir abordando estos problemas con soluciones innovadoras”.

primera casa impresa en 3D con materiales 100% biológicos

EE.UU. y Maine, en particular, sufren una escasez de viviendas asequibles a nivel de crisis. La National Low Income Housing Coalition informa de que, a escala nacional, se necesitan más de 7 millones de viviendas asequibles. Sólo en Maine, el déficit es de 20.000 unidades de vivienda y crece cada año, según la Maine Affordable Housing Coalition. Casi el 60% de los inquilinos con rentas bajas de Maine gastan más de la mitad de sus ingresos en vivienda. Esta situación insostenible se ve agravada por el doble reto de la escasez de mano de obra y el aumento de los precios de los materiales impulsado por la cadena de suministro.

Además de Mills, participaron en el acto de presentación la senadora Susan Collins; Jeff Marootian, asesor principal de eficiencia energética y energías renovables del Departamento de Energía de EE.UU.; Rebecca Isacowitz, jefa de personal en funciones de la oficina de eficiencia energética y energías renovables del DOE; Steve McKnight, director en funciones de la oficina de fabricación avanzada del DOE; y Xin Sun, director asociado de laboratorio de ciencia y tecnología energética del Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Los líderes recorrieron el ASCC, pronunciaron discursos y participaron en la ceremonia de corte de cinta. También asistieron legisladores, defensores de la vivienda y promotores inmobiliarios, así como estudiantes de secundaria y universitarios de Maine.

“Con la producción hoy de la primera casa del mundo impresa en 3D a partir de productos forestales reciclados, la Universidad de Maine sigue demostrando su liderazgo mundial en innovación e investigación científica”, dijo la senadora Collins. “Este notable logro ha sido posible gracias a la tenacidad y la experiencia del Dr. Habib Dagher, su equipo y los estudiantes del Centro de Estructuras y Composites Avanzados de la UMaine. Les felicito por ser pioneros en esta nueva oportunidad de mercado para la industria de productos forestales de Maine, que podría ayudar a paliar la escasez de viviendas en nuestro país. Su trabajo pionero sentará las bases del futuro de la vivienda asequible y ayudará a crear nuevos puestos de trabajo en todo nuestro estado”.

La tecnología está diseñada para resolver los problemas de escasez de mano de obra y de la cadena de suministro que elevan los costes y limitan la oferta de viviendas asequibles. Gracias a la fabricación automatizada y a la producción externa, se requiere menos tiempo para construir y equipar la vivienda. La impresión con materias primas de fibra de madera abundantes, renovables y de origen local reduce la dependencia de una cadena de suministro limitada. Estos materiales apoyan la revitalización de las industrias locales de productos forestales y son más resistentes a las interrupciones de la cadena de suministro mundial y a la escasez de mano de obra.

Gracias a los avanzados procesos de fabricación y a los materiales desarrollados en la UMaine, las futuras viviendas para personas con bajos ingresos podrán adaptarse a las necesidades de espacio, eficiencia energética y preferencias estéticas de los propietarios. Y lo que es más importante, a medida que aumente la tecnología de fabricación y la producción de materiales, los compradores de viviendas podrán contar con plazos de entrega más rápidos.

“Aquí, en el ASCC, encontramos soluciones a los acuciantes problemas a los que se enfrenta el mundo y el estado de Maine, a través de la investigación en tecnología eólica marina transformadora, soluciones de nueva generación para infraestructuras de transporte, productos forestales avanzados e impresión 3D a gran escala y, por supuesto, viviendas asequibles”, ha declarado la presidenta de la UMaine, Joan Ferrini-Mundy. “El trabajo que se lleva a cabo en este laboratorio ejemplifica absolutamente la labor de una institución de concesión de tierras, una institución que se creó para ayudar a resolver los problemas del estado de Maine y promover su progreso económico en colaboración con los habitantes de Maine. No podría estar más orgulloso de este laboratorio y de cómo eso está ocurriendo aquí mismo”.

El prototipo se encuentra actualmente sobre unos cimientos en el exterior del ASCC, equipado con sensores de control térmico, ambiental y estructural para comprobar el comportamiento del BioHome3D en el invierno de Maine. Los investigadores esperan utilizar los datos recogidos para mejorar futuros diseños.

Impresión 3D

BioHome3D se imprimió en cuatro módulos, se trasladó al lugar y se montó en medio día. En menos de dos horas ya había electricidad y sólo se necesitó un electricista.

“Se están desarrollando muchas tecnologías para imprimir casas en 3D, pero a diferencia de BioHome3D, la mayoría se imprimen utilizando hormigón. Sin embargo, sólo se imprimen los muros de hormigón sobre una cimentación de hormigón convencional. Para completar el tejado se utilizan entramados de madera tradicionales o cerchas de madera”, explica Dagher, director ejecutivo de la ASCC. “A diferencia de las tecnologías existentes, la BioHome3D se imprimió entera, incluidos los suelos, las paredes y el tejado. Los biomateriales utilizados son 100% reciclables, por lo que nuestros bisnietos podrán reciclar completamente la BioHome3D”.

“Son este tipo de colaboraciones público-privadas, apoyadas por la Oficina de Materiales Avanzados y Tecnologías de Fabricación del DOE, las que ayudarán a estimular la innovación en nuestro sector manufacturero. Estas asociaciones entre la industria, el mundo académico, el gobierno y nuestros laboratorios nacionales han dado paso a nuevas tecnologías críticas que están reduciendo las emisiones, mejorando la eficiencia y haciendo que nuestra fabricación sea más fuerte, más resistente y más sostenible”, dijo Marootian, también candidato a subsecretario del DOE.

Según el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, los edificios son responsables de casi el 40% de las emisiones mundiales de carbono. La fibra de madera cultivada de forma sostenible es un recurso renovable que captura carbono durante el ciclo de crecimiento de los árboles. BioHome3D puede considerarse una unidad de almacenamiento y secuestro de carbono durante su vida útil y una vez reciclada.

Este proyecto es fruto de sólidas colaboraciones dentro y fuera de la comunidad de la UMaine. El programa Hub and Spoke entre la UMaine y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, financiado por el DOE, lidera la investigación y el desarrollo de alternativas sostenibles y rentables de materias primas para la impresión 3D de base biológica, como el material utilizado para BioHome3D. El programa Hub and Spoke es el resultado directo de una solicitud iniciada en 2016 por Sens. Collins y Angus King para que un equipo de evaluación del desarrollo económico del Departamento de Comercio de Estados Unidos ayudara a Maine a reforzar la economía forestal y a crear empleo y oportunidades en las regiones rurales del estado tras el cierre de varias grandes fábricas de papel.

La Instalación de Demostración de Fabricación del Laboratorio Nacional Oak Ridge, líder en fabricación avanzada, y la UMaine, sede del ASCC, el Instituto de Investigación de Bioproductos Forestales y la Escuela de Recursos Forestales, son socios naturales en el campo de la impresión 3D de base biológica a gran escala. El Instituto Tecnológico de Maine apoyó el diseño del prototipo, y MaineHousing fue un socio clave en el desarrollo y la revisión de las especificaciones de la casa en consonancia con las normas de vivienda de bajos ingresos.

“Este programa muestra el poder de la colaboración científica para abordar necesidades nacionales críticas”, afirmó Sun. “Uniendo las capacidades e instalaciones del ORNL con la experiencia y el impulso innovador de la UMaine, hemos logrado juntos un hito significativo en el desarrollo de materiales sostenibles y tecnologías de fabricación, y descarbonizar el sector de la edificación.”

Este esfuerzo ha sido posible gracias a los avances en fabricación aditiva a gran escala junto con las innovaciones en química de materiales de base biológica surgidas de estas colaboraciones.

“Este proyecto nos da una posibilidad real de conseguir algo que se nos ha escapado hasta la fecha, y es la velocidad de producción, poder fabricar en masa de forma muy rápida viviendas. …La idea de que podamos crear viviendas en una fracción del tiempo y con una fracción de la mano de obra es una eficacia que nunca antes habíamos experimentado. Va a estirar exponencialmente nuestros valiosos recursos estatales y federales y, lo que es más importante, va a proporcionar – rápidamente – a los más necesitados en nuestro estado”, dijo Daniel Brennan, director de MaineHousing.

La exitosa impresión de BioHome3D se basa en la excelencia demostrada por la ASCC en fabricación avanzada, diseño y modelado. El prototipo se imprimió en la impresora 3D de polímeros más grande del mundo, que en 2019 produjo el barco impreso en 3D más grande del mundo.

Investigación

La ASCC podrá ampliar su investigación sobre fabricación avanzada en la construcción de viviendas con la apertura de la fábrica de investigación Green Engineering and Materials (GEM) Factory of the Future. Cuando esté terminada, GEM servirá de centro de fabricación híbrida digital a gran escala basada en IA. La Fábrica del Futuro impulsará la recuperación económica impulsada por la innovación en Maine, con naves dedicadas a ampliar la producción de viviendas, como BioHome3D, así como la construcción naval, una importante industria de Maine.

Un aspecto clave de las instalaciones del GEM es la preparación de la mano de obra del futuro mediante oportunidades educativas inmersivas de categoría mundial en el nexo de unión de la ingeniería y la informática. El GEM es el núcleo del plan de la universidad para crear la nueva Facultad de Ingeniería, Informática y Ciencias de la Información de Maine (MCECIS), que integra la enseñanza y la investigación en ingeniería e informática. Las nuevas instalaciones del GEM serán para la ingeniería y la informática comparables a un hospital docente en el campo de la medicina, donde los estudiantes de ingeniería, informática y ciencias de la información aprenden trabajando en el laboratorio junto a profesores y personal de categoría mundial. Este esfuerzo cuenta con el apoyo de la Fundación Harold Alfond y UMS TRANSFORMS, con el objetivo de duplicar la producción de ingenieros y científicos de la computación y la información para satisfacer las necesidades de mano de obra del estado”.

“La mano de obra y el desarrollo económico son componentes esenciales de la investigación de categoría mundial de la ASCC”, afirma el Rector del Sistema de la Universidad de Maine, Dannel Malloy. “Nuestros responsables políticos federales y estatales saben que una inversión en la universidad de investigación de Maine es una inversión en el futuro del estado. Apreciamos la visión compartida y la oportunidad de seguir demostrando el retorno de la inversión a través de iniciativas como BioHome3D y los estudiantes que obtienen un aprendizaje práctico hoy para continuar el trabajo mañana.”

Ya se han conseguido 25 millones de dólares de inversión directa para GEM, incluidos 15 millones de dólares a través del Plan de Empleo y Recuperación de Maine -la propuesta presentada por el gobernador Mills y apoyada por la Asamblea Legislativa de Maine para invertir la parte que corresponde al estado de los fondos federales de ayuda del Plan de Rescate Americano- y 10 millones de dólares en el presupuesto federal del año fiscal 22 gracias a la financiación solicitada por los senadores Collins y King. Collins y King. Casi 40 millones de dólares de otros fondos federales promovidos por Sens. Collins y King.

El Centro de Estructuras y Materiales Compuestos Avanzados es un centro interdisciplinario líder mundial en investigación, educación y desarrollo económico, que abarca las ciencias de los materiales, la fabricación avanzada y la ingeniería de materiales compuestos y estructuras. Ubicado en unas instalaciones de 100.000 pies cuadrados acreditadas según la norma ISO-17025, el centro ha sido reconocido nacional e internacionalmente por sus programas de investigación de vanguardia que lideran y tienen impacto en nuevas industrias, como la energía eólica marina y marina, las infraestructuras civiles, los compuestos de base biológica, la impresión 3D a gran escala, los sistemas de protección de soldados y las aplicaciones innovadoras relacionadas con la defensa.

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