A primera vista, parece ser la estructura de un edificio a medio terminar. Pero, si se mira más de cerca, se ve que no hay ladrillos. En su lugar, las capas de material se pegan unas sobre otras para crear una estructura intrincada. Este es el mundo futurista de la impresión 3D en construcción, donde brazos robóticos colocan automáticamente capas de cemento, plástico u otro material sobre cimientos y “construyen” una estructura.
Índice
- ¿Qué es la impresión 3D en construcción?
- Impresión 3D en construcción: ¿cómo funciona?
- Ejemplos innovadores
- ¿Qué beneficios tiene la construcción 3D en la construcción?
- El auge de la impresión 3D de estructuras
- La impresión 3D en la ingeniería civil
- Construcción de casas WikiHouse: detrás del concepto
- Impresión 3D: ¿Un futuro sostenible para la construcción?
- Más allá de la ilusión
- Acerca de PlanRadar
En este momento, este enfoque de construcción sigue teniendo un uso muy reducido: solo existen algunos de prototipos de casas y oficinas impresas en 3D en todo el mundo. Sin embargo, representa un cambio emocionante y potencialmente significativo en nuestra forma de construir.
¿En qué consiste la impresión 3D en construcción, cuál es su potencial?
Qué es la impresión 3D en construcción
La impresión de construcciones o impresión 3D en construcción puede significar dos cosas: el uso de una impresora 3D conectada a un brazo que construye activamente un proyecto en obra o el uso de impresoras en una fábrica para crear los componentes de un proyecto de construcción que se ensamblan posteriormente.
Como concepto, la impresión 3D no es nueva: se desarrolló por primera vez en la década de los años 80. Sin embargo, fue solo en la última década que la tecnología mejoró lo suficiente (y los costes disminuyeron de forma significativa) como para que se convierta en algo habitual.
Las impresoras 3D son similares a las impresoras de inyección de tinta. De cierto modo, un programa informático indica a la impresora las dimensiones del producto final. Luego, la impresora inyecta el material en una plataforma según ese plano. Las impresoras 3D suelen utilizar metales líquidos, plásticos, cemento y otros materiales que luego se enfrían o se secan para formar una estructura.
Para la impresión 3D en construcción, un software CAD o BIM le dice a la impresora 3D lo que debe imprimir, y la máquina empieza a colocar capas de material según el plano.
Cómo funciona la impresión 3D en construcción
Como concepto, crear usando impresoras 3D significa extrudir por capa una mezcla específica a partir de un modelo tridimensional generado por ordenador.
Una combinación preparada de cemento, relleno, plastificante y otras sustancias se coloca en la tolva del dispositivo y se suministra al cabezal de impresión. La mezcla se pulveriza sobre la superficie de la obra o las capas impresas previamente. Así es como funciona la mayoría de las impresoras 3D de construcción. Existen tres tipos de dispositivos destinados a la impresión 3D:
- Impresoras 3D de pórtico. Se componen de un marco, tres pórticos y un cabezal de impresión. Con estas impresoras, es posible imprimir una parte o la totalidad de las edificaciones.
- Impresoras Delta. No se limitan por el modelo tridimensional y pueden producir formas más complejas. El cabezal de impresión se cuelga de unas palancas sujetas a unas guías verticales.
- Impresoras robóticas. Estas cuentan con un robot o una red de robots, como un manipulador industrial, con extrusores y control por ordenador.
Ejemplos construcciones 3D
En la actualidad, solo se han realizado unos pocos proyectos de impresión 3D en la industria de la construcción. Estos son tres de los ejemplos más prometedores:
- Edificio de oficinas de la Municipalidad de Dubái, EAU
En diciembre de 2019, la empresa de robots de impresión 3D Apis Cor anunció que había completado el edificio individual impreso en 3D más grande del mundo. El bloque de oficinas, construido en los Emiratos Árabes Unidos, tiene 9,5 metros de altura y una superficie de 640 metros cuadrados.
Se usó una grúa para desplazar la impresora 3D de Apis Cor por la obra al aire libre y así construir las diferentes partes de la estructura.
- Oficina del futuro, EAU
Otro impresionante edificio impreso en 3D en los Emiratos Árabes Unidos es la Oficina del futuro, una estructura única que actualmente alberga, pertinentemente, la Fundación del Futuro de Dubái.
Para este edificio, la impresión propiamente dicha se realizó fuera de las instalaciones, y todas las piezas se crearon en 17 días. El personal de obra instaló todo el edificio en solo 48 horas.
- Casas impresas en 3D de WinSun, China
La empresa china de impresión 3D WinSun también utiliza impresoras 3D en fábricas para construir viviendas para humanos. La empresa ha creado un puñado de diseños de viviendas, incluido un pequeño bloque de pisos. Los usuarios del diseño pueden imprimir las piezas de forma rápida y económica antes de instalarlas. La empresa calcula que la impresión de uno de sus bloques de cinco pisos podría costar alrededor de 160.000 euros.
La impresión 3D en construcción parece ser interesante, pero ¿Qué ventajas tiene este enfoque?
Qué beneficios tiene la impresión en 3D en construcción
Los partidarios de los diseños de casas y oficinas comerciales impresas en 3D señalan varias ventajas de este enfoque:
- Construcción sin residuos
En el Reino Unido, casi un tercio de los residuos del país es generado por la industria de la construcción. Según el grupo Transparency Market Research, se prevé que la industria de la construcción produzca 2.200 millones de toneladas de residuos en todo el mundo de aquí a 2025. Aunque una buena parte proviene de la demolición, las obras de construcción también suelen generar residuos. Es habitual pedir más materiales de los que se necesitan, lo cual resulta costoso e ineficaz.
En cambio, la impresión 3D tiene la capacidad de eliminar los residuos casi por completo. Una impresora 3D solo utiliza el material necesario para imprimir la estructura, ni más ni menos. Esto podría traducirse en un gran ahorro.
- Reducción del consumo de energía
La impresión 3D en construcción fomenta el uso de materiales naturales y disponibles localmente. Esta práctica podría ayudar a ahorrar energía en el transporte, la construcción y la fabricación, ya que la mayoría de los materiales locales se procesan e se instalan utilizando menos energía. Si los materiales tradicionales que contienen sustancias químicas tóxicas se sustituyen por materiales naturales, se podría reducir la toxicidad en obra.
Además, los materiales locales suelen ser apropiados para las condiciones climáticas del lugar y pueden contribuir a reducir las cargas de calefacción y refrigeración, lo que a su vez ahorra costes de construcción.
- Reducción de tiempo y costes
Al igual que ocurre con la IA en construcción, una impresora 3D puede trabajar 24 horas al día, 7 días a la semana. Esto significa que los proyectos de construcción podrían completarse mucho más rápido, y se podrían evitar ciertos costes de mano de obra poco cualificada.
- Compatibilidad con diseños inusuales
Una de las características más atractivas de las impresoras 3D es su capacidad de crear diseños complejos e inusuales, y hasta únicos. Debido a que las impresoras 3D funcionan colocando capas de material, pueden programarse para crear formas inusuales que serían mucho más difíciles de construir con técnicas tradicionales.
- Reducción de los errores humanos y mejora de la seguridad
Según las estadísticas de lesiones laborales de la BLS publicadas en 2020, la construcción es una de las industrias con las tasas de incidencia más altas. De media, mueren aproximadamente 15 trabajadores en obras cada día. Es probable que las lesiones y muertes laborales disminuyan con la impresión 3D, ya que hace que la construcción sea más programable y automatizada. La construcción robótica requiere una información de construcción digital estandarizada, precisa y completa, lo que hace que el enfoque de la impresión 3D sea más preciso y eficiente, con una necesidad mínima de realizar correcciones por errores humanos o cualquier conflicto de información. La posibilidad de que se produzcan daños en los materiales almacenados, en los montajes o en las tareas en curso se reduce porque no hay almacenamiento ni movimiento de materiales en obra.
- Apertura de nuevos mercados
El uso de impresoras 3D también permite a las empresas constructoras entrar en sectores empresariales que antes no estaban a su alcance. Y, para las empresas constructoras nuevas, tener una impresora 3D a mano se convierte en una ventaja competitiva. Además, la impresión 3D es una forma excelente para una empresa constructora de mejorar su reputación de marca frente a quienes se preocupan por el impacto medioambiental de la construcción de hormigón en el planeta.
El auge de la impresión de estructuras 3D
Usar la impresión 3D para reforzar la estructura, los componentes a microescala y el acero estructural puede revolucionar el ámbito del diseño, la construcción y la exploración espacial. Y más allá de eso, la Agencia Espacial Europea (ESA) cree que los metales impresos en 3D pueden construir formas complejas de alta calidad a una fracción del coste y hacerse virales.
La ESA, junto con la Comisión Europea, ha creado un proyecto para perfeccionar la impresión de componentes metálicos aptos para el espacio. Existen 28 socios industriales europeos que se han reunido en el proyecto AMAZE (fabricación aditiva para adoptar la estrategia de residuo cero y lograr una producción eficiente de productos metálicos de alta tecnología). Casi todo puede ser diseñado por un ordenador, por lo que AMAZE tiene claro el deseo de instalar una impresora 3D a bordo de una nave espacial: cuando un astronauta necesita una herramienta determinada, esta puede ser diseñada e impresa fácilmente.
Impresión 3D en ingeniería civil
En ingeniería civil, la impresión 3D ha ganado popularidad en las industrias aeroespacial y biomédica durante la última década. La promesa de esta revolucionaria técnica de fabricación reside en su capacidad para construir cualquier forma geométrica sin restricciones formales, minimizar los residuos de materiales y mejorar el rendimiento y los resultados. Últimamente, el avance de la industria de la construcción hacia la automatización ha logrado varios hitos importantes, como la creación de las primeras estructuras con brazos robóticos y la tecnología de impresión 3D.
Usar métodos de impresión 3D para crear elementos estructurales de materiales poliméricos, hormigón y metales es cada vez más común. Estas técnicas en ingeniería civil pueden generar formas libres y formas arquitectónicas innovadoras gracias al uso de software informático integrado en el CAD. Sin embargo, a pesar de los importantes esfuerzos de investigación en ingeniería aeroespacial y biomédica para evaluar este mecanismo, todavía no se conocen los usos, las aplicaciones y el impacto de los materiales impresos en 3D en relación con las estructuras de obra civil, tanto en términos de propiedades de los materiales como de respuesta estructural.
Construcción de casas Wikihouse: Detrás del concepto
WikiHouse es un proyecto innovador creado por un pequeño grupo de diseñadores en Londres en 2011. Ofrece un sistema de construcción digital de código abierto que permite a los usuarios crear, descargar, compartir diseños e imprimir sus propias casas. Para usar el kit, no es necesario realizar ninguna formación ni tener habilidades especiales, y puede construirse en un solo día. Los componentes pueden cortarse de forma digital a partir de una lámina de material convencional, como la madera contrachapada, utilizando una máquina CNC, lo que reduce el tiempo, el coste y la experiencia necesarios en la construcción tradicional. Una casa estándar de dos dormitorios puede construirse por menos de 60.000 euros, y pueden añadirse componentes adicionales a la estructura, como revestimientos, servicios, aislamiento y ventanas. La primera casa construida con la tecnología de código abierto de WikiHouse fue un edificio de dos plantas impreso en 3D. Se presentó en el London Design Festival en 2014.
El movimiento WikiHouse es liderado por Alastair Parvin, cuya presentación TED Architecture for the people, by the people explica el potencial de la impresión 3D en construcción. Para los creadores de este proyecto, WikiHouse puede ayudar a resolver los problemas de vivienda y es muy útil en situaciones de emergencia, como después de un terremoto (existen pruebas de que las casas impresas en 3D puede soportar un terremoto de magnitud 8,0). En el futuro, podría convertirse en una buena alternativa para suministrar viviendas económicas y, al mismo tiempo, poner al cliente en control del diseño.
Impresión 3D: ¿Un futuro sostenible para la construcción?
La impresión 3D tiene la capacidad de alterar fundamentalmente la estructura de las cadenas de suministro al cambiar la forma de diseñar y fabricar los productos. Según las investigaciones, la impresión 3D puede ayudar al sector de la construcción a ahorrar recursos y a ser más eficiente y sostenible. Los académicos de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Saxion Ivo Kothman y Niels Faber afirman que la tecnología de impresión 3D “cambia las reglas del juego”. Realizaron un estudio sobre la viabilidad del hormigón impreso en 3D, y sus conclusiones pueden resumirse a continuación:
Ejemplo de casa ecosostenible impresa en 3D, Tecla, de WASP y Mario Cucinella Architects
- La impresión 3D acorta la cadena de suministro y todo el proceso de diseño. Gracias a la impresión 3D en obra, es posible eliminar varias etapas del proceso de diseño que requieren mucho tiempo. Los arquitectos, ingenieros, contratistas, clientes y ejecutivos, que normalmente deben dar su opinión durante el proceso de diseño de la edificación, ya no deben intervenir con la impresión 3D. Esto se debe a que todas las tareas pueden combinarse y ser responsabilidad del arquitecto que utiliza técnicas de simulación y modelado para asegurar la integridad estructural.
- La instalación de tuberías y electricidad se vuelve más sencilla y eficaz. Los sistemas de calefacción, aislamiento, agua corriente y electricidad en la construcción tradicional requieren una instalación en obra y mucha mano de obra. Sin embargo, con la impresión 3D, algunas de estas funcionalidades pueden incorporarse en el proceso de impresión 3D. La impresión de paredes huecas requiere menos recursos, mejora el aislamiento y puede permitir el uso de canales impresos en 3D para transportar agua caliente o fría. Además, al eliminar la necesidad de realizar instalaciones en obra, se pueden reducir los residuos.
- El proceso logístico se optimiza. La impresión 3D tiene la capacidad de eliminar tres problemas clave relacionados con la logística de los envíos. En primer lugar, muchos componentes se dañan durante el transporte, lo que podría evitarse con la impresión en obra. En segundo lugar, para soportar el envío, las piezas deben crearse usando técnicas de sobreingeniería, lo que supone un coste adicional. El uso de estas técnicas no sería necesario con la impresión 3D en obra.
- Un mercado más amplio puede acceder a las viviendas a medida. Tradicionalmente, construir una casa con la ayuda de un arquitecto ha sido demasiado costoso para muchos. Con la impresión 3D de hormigón, no importa la forma que se necesite imprimir: es irrelevante para el coste. Eso significa que, en el futuro, más personas podrán comprar viviendas a medida que se ajusten a sus necesidades.
Más allá de la ilusión
Aunque la impresión 3D es un concepto muy atractivo, es importante manejar las expectativas. Los escépticos señalan que la tecnología tiene varias limitaciones:
- Costes de investigación y desarrollo
La mayoría de las empresas constructoras operan con márgenes de beneficio relativamente estrechos. La inversión necesaria para utilizar los diseños de impresión 3D de forma generalizada sería enorme.
- Confianza entre los clientes
Las casas, oficinas, tiendas y otras estructuras impresas en 3D suelen ser impresionantes a la vista. Pero ¿acaso la mayoría de las personas querría vivir o trabajar allí de verdad? Por razones culturales, muchos aún prefieren los edificios hechos de ladrillos. Otras tecnologías, como las casas prefabricadas, también han llamado la atención en el pasado, pero no han logrado imponerse a pesar de ser, a menudo, más económicas que la norma actual.
- Dificultades de integración con otros componentes
Las impresoras 3D son buenas para seguir diseños únicos e interesantes. Sin embargo, si se quiere construir una edificación que incorpore una variedad de medios o tenga varios elementos que no se presten a la impresión 3D, sería difícil incorporar una impresora 3D en el proceso de construcción.
- Escasez de mano de obra cualificada
Con la escasez de mano de obra actual en la industria de la construcción, la impresión 3D requiere un conjunto de habilidades aún más especializado que tendría que provenir de un nicho más pequeño de candidatos. Por consiguiente, encontrar trabajadores cualificados para trabajar en obras de construcción con impresión 3D podría convertirse en una tarea difícil en el futuro.
- Control de calidad de construcción
Las condiciones meteorológicas pueden ralentizar el proceso de construcción tradicional, pero la situación puede ser peor con la impresión 3D. Los factores ambientales podrían hacer que la impresión 3D en la construcción comercial sea un fracaso en lugar de un éxito. Además, el control de calidad en construcción puede ser una tarea difícil, que requiere una supervisión constante realizada por humanos.
- Falta de códigos y normativas
Aunque últimamente se ha hablado mucho de la impresión 3D, esta tecnología aún no ha tenido una influencia significativa en la industria de la construcción. La cuestión de la responsabilidad puede surgir al emplear impresoras en lugar de humanos para realizar algunas tareas de construcción. En la actualidad, existe mucha ambigüedad sobre este aspecto de la impresión 3D en construcción. Hasta que no se establezcan claramente las normativas, es poco probable que la impresión 3D se convierta en un método popular dentro de la industria de la construcción.
Integración de la impresión 3D en la construcción
Ahora hay pruebas sólidas que demuestran que la impresión 3D es creíble y aplicable en la industria de la construcción, y es probable que la tecnología empiece a verse cada vez más en la industria en los próximos años.
Es incierto hasta qué punto estas máquinas acabarán utilizándose en obra o si continuarán siendo, en gran medida, una herramienta usada en prefabricación. Pero, para el tipo de proyecto adecuado, puede esperarse que las impresoras 3D se unan al arsenal de herramientas disponibles para los constructores.
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