Impresión 3D de casas: del sueño a la realidad

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. 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.

Sin embargo, los gigantes de la construcción se están dando cuenta del potencial de las tecnologías 3D y su impacto en el futuro de la construcción: los mercados estimaron recientemente que se espera que la impresión de concreto alcance $56.4 millones en 2021. Y por una buena razón, cada vez más jugadores se están embarcando a la aventura y están empezando a probar la tecnología para proyectos cada vez más innovadores. Algunos son futuristas, otros una realidad como la casa impresa en Rusia de Apis Cor. La impresión 3D en hormigón se está desarrollando rápidamente y se basa en diferentes tecnologías y materiales, ofreciendo muchos beneficios a sus usuarios. Sin embargo, tan solo estamos en el comienzo, y obviamente tiene ciertos límites.

Primero desarrollos de Contour Crafting

¿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.

La empresa Contour Crafting fue muy discreta sobre su progreso hasta el punto de ser la empresa china WinSun Decoration Engineering Co la que presentó en 2014, la impresión 3D de casas en un solo día. Con una máquina de 32 metros de largo, 10 metros de ancho y 6.6 metros de alto, la compañía pudo crear los diversos componentes de la estructura final a partir de una mezcla de concreto y fibra de vidrio, que fueron ensamblados posteriormente en el sitio. Una hazaña que ha concienciado a muchos constructores sobre el potencial de la fabricación aditiva.

Impresión 3D con brazo robótico

Los diferentes actores del mercado no tienen tantas diferencias a la hora de hablar de tecnologías de impresión 3D de concreto. Por ejemplo, la empresa Constructions-3D en Francia ha fabricado una máquina polar móvil que puede imprimir in situ justo en el medio de la estructura, doblarse y salir a través la puerta. 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 más de 250m² con una altura de 8 metros.

El robot de la empresa Cazza Construction también está muy cerca de esta técnica. Muchos jugadores usan un sistema de grúa móvil que les permite extender el área de impresión lo más posible y así crear estructuras más grandes y más altas: este es el caso también de Apis Cor o XtreeE.

Algunas compañías se han especializado en la extrusión de un material que no sea concreto al mismo tiempo que conservan 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 «.

Desarrollo de la tecnología de fabricación aditiva de BatiPrint

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 un aglutinante. En este caso, las capas de arena 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.Seleccionada dentro de nuestros proyectos que mezclan arquitectura e impresión 3D.

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.

Brazo robótico de MX3D

Liderados por startups, estos proyectos a menudo son respaldados por grandes nombres en la construcción. El Royal BAM Group se ha asociado con la Universidad de Tecnología de Eindhoven para diseñar un puente de hormigón impreso en 3D para ciclistas; el gigante Bouygues Construction recurrió a la impresión 3D para hacer casas en la región de Lille. También podemos mencionar a Vinci Construction, cuya asociación con la empresa francesa XtreeE le permitió probar la construcción de estructuras complejas, o el grupo sueco Skanska, trabajó con la Universidad de Loughborough para desarrollar un proceso de impresión de concreto en 3D.

¿Por qué utilizar la impresión 3D en la construcción?

El primer argumento, la impresión 3D de concreto ahorrará mucho tiempo, una ventaja tecnológica específica. En particular, permitiría pasar de un tiempo de trabajo de 2 semanas a solo 3 o 4 días, a la vez que se reducirían las dificultades y los riesgos en el trabajo. Benoit Furet explico: «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.

La impresión 3D de casas utiliza generalmente menos materiales que 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 puede construir formas optimizadas para limitar la cantidad de materiales que se utilizarán.» Una de las ventajas de no deben ser pasadas por alto cuando se sabe que el hormigón es uno los recursos más usados ​​en la Tierra después del agua.

Estructura creada por la empresa francesa XtreeE

Incluso si seguimos muy entusiasmados con la idea de la impresión 3D de casas, un puente o rascacielos, todavía hay algunas advertencias. 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”. Su evidencia para que las autoridades públicas puedan considerarlo como un verdadero proceso de construcción. La principal preocupación es si estas estructuras son realmente sólidas y pueden resistir cualquier tipo de entorno al aire libre.

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 simplifican los operadores de licenciatura profesional en el sector de la construcción será albañiles digitales, controladores de robots”.

¿Cambiará el trabajo actual la impresión 3D de casas?

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.

Desarrollo de la empresa italiana WASP

En Brasil, Anielle Guedes fundó su startup Urban3D para responder a la crisis de la vivienda que afecta al país con las favelas de la perifería. La compañía imprime en 3D los diferentes elementos de un edificio, en una fábrica especializada antes de ensamblarlos en el sitio de desarrollo. Ella menciona que se ha conseguido alcanzar una altura suficiente que no habría sido posible sin que la impresión 3D se realizara directamente in situ. Actualmente está probando varios prototipos y espera brindar una solución para luchar contra el desarrollo de barrios marginales brasileños.

Finalmente, la empresa rusa Apis Cor está convencida del impacto positivo que la impresión 3D de casas podría tener en la vivienda. Su fundador y CEO, Nikita Chen-iun-tai, explica: «Creemos que la fabricación aditiva es una solución efectiva contra la crisis de la vivienda y es por eso que hemos desarrollado nuestro proyecto. Esperamos que en algunos años este enfoque sea probado a fondo en diferentes partes del mundo para demostrar su viabilidad. Creemos que cada vez más compañías de construcción adoptarán esta tecnología, como ya es el caso para algunos hoy en día «.

Proyecto de impresión 3D en la Luna

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. La NASA también ha lanzado el «3D Printed Habitat Challenge» para imaginar las tecnologías que se utilizarán para construir hogares en el espacio, ya sea en la luna o en Marte. Aunque el proyecto es muy ambicioso, todavía está en su infancia y es demasiado pronto para decir que la impresión 3D es una solución viable.

Sin embargo, la locura por la impresión 3D de casa en este sector es muy real. SmarTech Publishing espera ingresos globales de $ 40 mil millones en este mercado para el año 2027¿Aún dudas que tu próxima casa estará impresa en 3D?

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