La impresión 3D es una tecnología que utiliza capas superpuestas de materiales especiales para crear modelos tangibles a partir de información creada de manera digital. Utilizando programas especializados, es como se está convirtiendo en una herramienta cotidiana que permite a arquitectos y diseñadores visualizar sus creaciones de forma eficaz, precisa y rápida.
En México, Cemex es la primera compañía que implemento esta
herramienta a gran escala, para ejecutar la impresión 3d con concreto. Dicha
tecnología, puede generar ahorros significativos en comparación con los métodos
y materiales de construcción tradicionales de impresión 3D y ahora está disponible en México.
Alineado con el compromiso de promover una economía circular
de parte de CEMEX, esta modalidad de impresión también reduce
significativamente la cantidad de materiales a utilizar en comparación con
otros métodos de construcción a impresión 3D en arquitectura.
Abarca desde modelos de estudio pequeños hasta modelos a
gran escala, intrincados y detallados. Diferentes máquinas ayudan a crear
variaciones en el proceso de modelado y construcción. Por lo tanto, este sector es muy amplio e incluye numerosos materiales y tecnologías
que se adaptan a necesidades de distintos tipos de proyectos.
Conoce más sobre: ¿Qué es lo que estudia la arquitectura?
¿Qué es la impresión 3D?
El proceso de impresión 3D o fabricación aditiva, es un
conjunto de procesos que producen objetos añadiendo material en capas que
corresponden a secciones transversales sucesivas de un modelo 3D. Plásticos y
aleaciones metálicas son los materiales más utilizados para imprimir,
pero puede emplearse casi cualquier cosa, desde concretó prefabricado hasta tejido vivo.
¿Cómo funciona la impresión 3D en construcción?
Desde los años ochenta se ha cuestionado en numerosas
ocasiones la tecnología que rodea a la impresión 3D. No obstante, ha cobrado
mayor relevancia gracias al perfeccionamiento de la propia técnica, que permite
crear un objeto tridimensional mediante la superposición de capas sucesivas de
material.
Esta forma de construcción es muy versátil y permite crear
desde componentes específicos de un proyecto hasta diversos tipos de
estructuras complejas en su conjunto, como viviendas o espacios habitables,
oficinas, puentes, muros, estructuras modulares, moldes de refuerzo, columnas,
mobiliario urbano e incluso elementos decorativos. ¿Cómo es posible?
En construcción, gran parte de la información necesaria para
que esta tecnología funcione procede del proceso de diseño. Puesto que la
industria ya tiene experiencia en el proceso de fabricación asistida por
ordenador y el BIM sigue en auge en el sector de la construcción, la
integración de las tecnologías de impresión 3D es menos complicada.
Utilizando un programa CAD o BIM, una impresora 3D recibe la
información de lo que necesita imprimir, y las máquinas empiezan a superponer
los niveles de material según las indicaciones.
Esto puede hacerse con diversos materiales, siendo los más
comunes una mezcla de hormigón, geo polímeros, fibra y arena.
Tan favorable ha sido la evolución de la impresión en la
última década que se espera que su valor en el mercado de la construcción
alcance hasta 1.034.096,7 miles de dólares en 2028, según el estudio de
Research and Markets. Esto supone un aumento del 91,5% en su tasa de
crecimiento anual compuesto entre 2021 y 2028.
Antecedentes
Willian E. Urschel creó en 1939 la primera estructura de
hormigón impresa en 3D en la trastienda de un pequeño almacén de Indiana
(Estados Unidos). Su invento, denominado "Máquina de construcción de
muros", consistía en un mecanismo de apisonamiento automático que
comprimía el hormigón entre discos giratorios, consolidando y alisando cada
capa a medida que se extraía el material.
Urschel registró una serie de patentes para su "Máquina
de construcción" en 1940. Este artefacto serviría para fabricar
estructuras de varios pisos con armaduras integradas y cúpulas autoportantes,
todo ello impreso en concreto sin encofrado.
Durante los años 80, el japonés Hideo Kodama se dedicó a
desarrollar un método rápido de creación de prototipos. Ideó una técnica que
consistía en fabricar el modelo capa por capa utilizando resina fotosensible
polimerizada por radiación UV.
Charles Hull creó la primera impresora 3D de
estereolitografía en 1988 curando resinas fotosensibles con radiación, láser o
partículas. La impresora funcionaba curando o endureciendo la resina
fotosensible capa a capa para formar un objeto tridimensional.
Con el nombre de "Hull's Stereolithograph",
patentó su impresora en 1986. Junto a ella nació el formato de archivo STL que
se utiliza habitualmente en el software de impresión 3D. Carl Deckard tiene la
patente del proceso SLS y Scott Crump patentó el modelado
por deposición fundida.
Modelos arquitectónicos con impresoras 3D
En función de la complejidad de los detalles de la
estructura, se selecciona una tecnología de impresión específica. Las más
populares y utilizadas ampliamente por empresas de arquitectura son:
Estereolitografía
Los componentes SLA ofrecen la mayor resolución y precisión
de todas las tecnologías de impresión 3D de plástico. Las piezas SLA tienen el
acabado más suave y son fáciles de pintar. El proceso SLA resulta ser una
opción excelente para crear modelos de presentación intrincados.
También es el proceso de impresión 3D más rápido para la
mayoría de las piezas, utilizando materiales como la resina Draft.
Arquitectos y modelistas pueden fabricar modelos realmente a
gran escala con impresoras 3D de gran formato como la Form 3L, aunque las
impresoras SLA de sobremesa tengan una capacidad de construcción más compacta.
Moldeo por deposición de material fundido
Las impresoras de modelado por deposición fundida, también
denominadas de fabricación de filamento fundido, son una forma de impresión 3D
muy utilizada por arquitectos para los modelos de estudio.
Este tipo de impresoras fabrican las piezas fundiendo y
extruyendo filamento termoplástico, que una boquilla de la impresora dispone
capa a capa en la zona de construcción. La tecnología FDM es la de menor
resolución y precisión; puede crear modelos de gran tamaño con rapidez y a bajo
coste.
Sinterización selectiva por láser
El sinterizado selectivo por láser de las impresoras 3D
utiliza un láser de alta potencia para unir pequeñas partículas de polvo de
polímero. Constituye la tecnología de fabricación aditiva más utilizada para
aplicaciones industriales.
Geometrías complejas, como características internas,
rebajes, paredes finas y características negativas, son las más adecuadas para
la impresión SLS. Gracias a sus cualidades mecánicas superiores, las piezas
fabricadas con impresoras SLS también pueden utilizarse como piezas
estructurales.
Inyección aglutinante
Binder jetting La tecnología de impresión está
relacionada con SLS; utiliza un agente aglutinante coloreado para
fusionar el material de arenisca en polvo en lugar de calor. Los modelos
arquitectónicos 3D pueden producirse con impresoras de inyección de aglutinante
coloreadas. Algunas piezas creadas con este proceso tienen una superficie
porosa y son muy frágiles. El proceso se recomienda principalmente para
aplicaciones estáticas.
Impresión 3D para una arquitectura sostenible
Aunque la impresión 3D no es 100% ecológica, presenta
ventajas para el medio ambiente en comparación con los métodos convencionales.
Utiliza la cantidad exacta de hormigón necesaria para fabricar el modelo físico
y emplea menos material al imprimir paredes huecas. El encofrado se elimina,
con lo que los residuos de la construcción son mínimos.
Para construir casas compactas se pueden utilizar materiales
sostenibles, renovables y orgánicos, como tierra cruda, barro y compuesto de
bambú. Por tanto, los proyectos de construcción impresos pueden reducir
significativamente su huella de carbono al utilizar menos materiales, producir
menos residuos, requerir menos transporte y, posiblemente, utilizar materiales
naturales o reciclados.
Ejemplo
Casa Zero de Lake Flato Architects: Este primer proyecto de la "Exploration Series" de ICON, construido en 2022 en Texas, pretende "cambiar el paradigma de la construcción de viviendas" sacando a la luz las posibilidades arquitectónicas que ofrece la fabricación aditiva para crear nuevos experimentos de diseño.
Entre los materiales de la casa se yuxtaponen los métodos de
construcción robótica y las texturas de la madera natural. Los componentes de
los tipos de muros impresos en 3D se construyen en diez días, y la superficie total es de 186 metros cuadrados.
En el revestimiento de los muros se utilizaron refuerzos de
acero y un material exclusivo de ICON llamado Lavacreto, que se asemeja al
cemento y mejora el aislamiento sin dejar de ser hermético.
Las curvas fluidas de los muros de soporte impresos en 3D
crean "rutas de circulación naturalistas por toda la casa", según
ICON, que afirma que la casa se construyó siguiendo principios de diseño
biofílico. Los avances tecnológicos, además de agilizar el proceso de
construcción, pueden dar lugar a viviendas más asequibles para este tipo de
hogares.
Beneficios de la impresión 3D para la arquitectura
Al abordar prácticamente todos los eslabones de la cadena de
valor de la industria de la construcción, la impresión 3D tiene enormes
ventajas para el sector. Con su potencial para mejorar la sostenibilidad,
impulsar la eficiencia y ayudar a abordar los problemas de la cadena de
suministro, esta tecnología tiene el potencial de transformar completamente la
industria de la construcción.
Ahorro de tiempo
Finalizar un proyecto con métodos de construcción
tradicionales puede llevar muchos meses; los grandes proyectos suelen tardar un
20% más de lo previsto y generar sobrecostes de hasta el 80% del presupuesto
original. Pero, dependiendo del tamaño del proyecto, puede
ahorrar hasta un 70% del tiempo y completarlo en cuestión de horas o días. Como
consecuencia, los contratistas pueden asumir proyectos adicionales, lo que
ampliará su fuente de ingresos.
Rentabilidad sostenible
Gracias a este sistema económico y respetuoso con el medio ambiente, se
produce hasta un 60% menos de residuos in situ. Igualmente, no habrá excesos a
la hora de adquirir consumibles, lo que abarata tanto su compra como su
posterior almacenamiento.
Con esta tecnología, las empresas ganarán exponencialmente
más al reducir costes y tiempo. Además, es especialmente útil en áreas donde la
mano de obra escasea y se necesitan proyectos. Las compañías podrán ahorrar
hasta un 80% en mano de obra automatizando el proceso de construcción con
impresoras 3D.
Seguridad adicional
De acuerdo con la Dirección de Seguridad y Salud en el
Trabajo (OSHA) de EE. UU., una de cada diez lesiones que sufren anualmente los
trabajadores en las obras de construcción se debe a caídas y percances con el
equipo.
La salud y la seguridad de los trabajadores en las obras de
construcción es una de las ventajas más importantes que ha
aportado a la industria. Los empleados pueden realizar sus tareas de manera más
eficiente y prevenir accidentes laborales si aprenden a utilizar las impresoras
correctamente.
Flexibilidad en el diseño
Los cambios en el diseño en el último minuto no causarán
problemas ni ralentizan el proceso de construcción. Personalizar el trabajo
hasta el momento antes de imprimir un proyecto, elimina
todas las molestias asociadas con la realización de estos ajustes.
El presente y futuro de la arquitectura y la impresión 3d
El futuro encierra un enorme potencial gracias a los
prometedores avances en el campo de la invención de materiales y tecnologías
relacionados con la impresión.
Esta tecnología ayuda a crear modelos precisos y a montar
estructuras in situ, ahorrando tiempo, dinero y materiales. Se minimiza el
gasto en mano de obra.
El déficit de viviendas puede solucionarse con diseños
racionales y viables. Ahora que el mundo se enfrenta a constantes conflictos, en arquitectura la impresión 3D puede utilizarse eficazmente para crear módulos destinados a
los civiles afectados, con el fin de ayudarles a reubicarse y rehabilitarse.
El arquitecto desempeña un papel crucial en la sociedad, y
la impresión 3D puede desencadenarse como una poderosa herramienta para ayudar
a crear entornos mejores y más sostenibles en el futuro.
