La impresión 3D (también conocida como impresión tridimensional) es un tipo de tecnología de prototipado rápido. Es una tecnología que utiliza metal o plástico en polvo y otros materiales aglutinables para construir objetos imprimiendo capa a capa a partir de archivos de modelos digitales.
La impresión arquitectónica en 3D es una tecnología emergente que utiliza la tecnología de impresión existente a nivel de escritorio para aplicarla a la ingeniería de la construcción, es decir, a través del cabezal de impresión, el material se acumula capa a capa y finalmente se forma un producto acabado. Su composición es básicamente la misma que la de las impresoras de escritorio, y están compuestas por componentes de control, componentes mecánicos, cabezales de impresión, insumos y soportes.
Una casa o un grupo de casas, aunque cada edificio tenga una forma diferente, puede construirse automáticamente mediante un programa en funcionamiento. Finalmente, el modelo tridimensional diseñado en el computador se convierte en un edificio real.
Durante los últimos años, China se ha convertido quizás en la mayor fuerza de crecimiento de la impresión 3D en Asia, con un enorme apoyo gubernamental para promover la industria. A continuación, analizaremos de cerca cómo la impresión 3D ha ofrecido nuevas posibilidades al sector de la construcción en China.
Ventajas e inconvenientes de la impresión 3D
Una de las ventajas más evidentes de la impresión 3D de edificios es su gran eficacia. Se necesitan unas 24 horas de impresión para construir una casa de 500 pies cuadrados (aproximadamente 46,45 metros cuadrados) de una sola planta.
Pero no se trata sólo de ahorrar tiempo: la impresión 3D de edificios también reduce los residuos de la construcción.
En términos generales, una obra de construcción residencial típica generará unas 4 toneladas de basura. Dado que el hormigón utilizado en la construcción convencional de suelos se aplica de manera uniforme, aproximadamente la mitad se desperdiciará, independientemente de que necesite un soporte estructural en una zona concreta. Esto es especialmente perjudicial para el medio ambiente, ya que el cemento, como principal componente del hormigón, representa alrededor del 7% de nuestras emisiones de dióxido de carbono. En cambio, una impresora 3D puede modificar el grosor de la estructura de forma muy precisa, utilizando el hormigón sólo donde es realmente necesario. Este proceso se llama optimización de la topología.
La digitalización de la estructura impresa es otra ventaja de la impresión 3D. Esto significa que el diseño presentado en el ordenador puede convertirse directamente en instrucciones para la impresora. Esto elimina la necesidad de convertir el diseño en dibujos, con lo que se reducen los errores y problemas innecesarios, y se ahorran costos y se reducen los retrasos. Hay una ventaja adicional de la digitalización, y es que elimina los obstáculos a la creatividad del diseño. Los arquitectos pueden ofrecer diseños personalizados o semipersonalizados a un costo menor sin tener que molestarse en formar a otras personas para que ejecuten el trabajo.
Sin embargo, en comparación con la tecnología de impresión 3D ordinaria, la tecnología de impresión de hormigón es más difícil. En primer lugar, es necesario garantizar que el hormigón pueda fluir sin problemas durante el proceso de impresión para que pueda entrar y salir de la impresora sin atascos. En segundo lugar, el hormigón que sale de la impresora debe poder endurecerse rápidamente y ser lo suficientemente resistente para soportar las capas posteriores. Sobre la base del cumplimiento de los requisitos anteriores, también es necesario lograr una adhesión suficiente entre estas capas.
Además, la impresión de hormigón en 3D también debe superar una serie de retos en el entorno al aire libre (obra), ya que el polvo ambiental, la humedad, la temperatura, etc. son variables que afectan al rendimiento del hormigón, por lo que estos factores influyentes deben ser controlados.
Aplicaciones actuales
Cabina para libros de hormigón impresa con robot-3D / Professor XU Weiguo's Team
Diseñada por el profesor Xu Weiguo, de la Escuela de Arquitectura de la Universidad de Tsinghua, y construida con máquinas de impresión y materiales desarrollados por el equipo, se ha revelado una cabina de libros impresa en 3D y fabricada con robots en el Parque Científico y Tecnológico Baoshan Wisdom Bay de Shanghái. Se trata de un espacio para exposiciones de libros, debates académicos y sesiones de intercambio.
El diseño de la Cabina para libros se inició a partir del boceto del concepto, luego se utilizó el software MAYA de acuerdo con las necesidades de modelado del proyecto, y se llevó a cabo la forma del espacio y la racionalidad de la estructura para determinar el modelo de implementación. A continuación, a través de la planificación de la ruta de impresión y la codificación de la impresión se completa el archivo digital, y luego los archivos digitales impulsan al equipo del robot de impresión 3D para que vayan capa por capa, en un método de apilamiento, ubicando el material, construyendo así la forma curvada de la Cabina para libros. Esta estructura tiene una superficie total de unos 30 metros cuadrados y puede albergar a 15 personas para realizar diversas actividades.
Casa de hormigón impresa en 3D / Professor XU Weiguo‘s Team
Otro proyecto realizado por el equipo del profesor Xu Weiguo es una casa de hormigón impresa en 3D, que forma parte de su investigación sobre "Plataforma móvil de Impresión robótica en 3D en hormigón" y "Sistema de construcción rápida de casas de hormigón".
La "Plataforma móvil de Impresión robótica en 3D en hormigón" contiene un brazo robótico móvil con un dispositivo de impresión 3D, un raíl con una plataforma de elevación móvil y una plataforma de arrastre-suspensión. Para imprimir/construir una casa entera, la plataforma de impresión sólo requiere que dos personas pulsen botones en la plataforma móvil. Al mismo tiempo que integra y simplifica sustancialmente la técnica de impresión 3D en hormigón, reduciendo al mínimo la intervención humana en el proceso de impresión/construcción. Esta plataforma de impresión permite imprimir directamente in situ todas las bases, paredes y tejados, lo que permite una construcción rápida a bajo costo.
Impresión robótica 'Cloud Village' / Philip Feng Yuan's Team
Desarrollado por Philip Feng Yuan y su equipo, el pabellón exterior "Cloud Village", fabricado digitalmente, se ha instalado en el Arsenale de Venecia. Cloud Village tiene una forma retorcida que crea una secuencia de espacios abiertos y semicerrados bajo su techo.
Cloud Village refleja la realidad contemporánea del campo chino a través de su rendimiento semiótico de la materialidad. El material de plástico reciclado del pabellón indica la crisis del problema medioambiental del campo chino contemporáneo y establece un replanteamiento crítico sobre la forma sostenible de producción espacial para el futuro.
Pabellón de plástico impreso en 3D / Archi-Union Architects + Fab-Union
Parque temático Nanjing Happy Valley - la mayor arquitectura de impresión 3D de plástico modificada del mundo se ha puesto en marcha recientemente. Como a mediados de noviembre de 2020, una vez que el parque abrió oficialmente su puerta, y después de casi medio año de operación y observación, el diseño finalmente reflejó una posibilidad influyente de implementar la tecnología de construcción de impresión robótica en el futuro de la arquitectura.
El futuro
Hablando del futuro de la impresión 3D, Scientific American ha ofrecido algunas ideas:
"Para aumentar la producción, es necesario trabajar más en la tecnología y la regulación. La gran esperanza es que las nuevas fórmulas de hormigón, o incluso los nuevos materiales extrudibles, acaben siendo lo suficientemente resistentes como para prescindir del refuerzo. También hay que terminar con las normas de seguridad".
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