Impresion 3d

Cómo imprimir un edificio: la ciencia de la impresión 3D en la construcción

A menudo se afirma que la impresión en 3D, conocida en el sector como “fabricación aditiva”, cambiará nuestra forma de vida. Más recientemente, un equipo de la Universidad Tecnológica de Eindhoven anunció planes para construir las “primeras casas impresas en 3D habitables” del mundo. Pero una cosa es construir pequeñas casas prototipo en un parque y otra muy distinta es utilizar con éxito la fabricación aditiva para proyectos a gran escala en el sector de la construcción.

La fabricación aditiva utiliza una combinación de ciencia de materiales, arquitectura y diseño, computación y robótica. Sin embargo, en cierto modo, no es tan futurista como parece. El enfoque sencillo de la construcción por capas -en la que los materiales de construcción se superponen para crear una fachada- ya se practica desde hace mucho tiempo en el sector de la construcción, por ejemplo en las técnicas convencionales de estratificación de ladrillos.

La verdadera novedad de la fabricación aditiva radica en su capacidad para combinar materiales nuevos, altamente eficientes y sostenibles con software de diseño arquitectónico y tecnología robótica, para automatizar y mejorar procesos que ya han sido probados manualmente. En este sentido, la fabricación aditiva tiene muchos beneficios potencialmente innovadores para el sector de la construcción.

La impresión en 3D puede producir hasta un 30% menos de residuos de material, consumir menos energía y recursos, permitir la producción in situ (lo que a su vez reduce los costes de transporte), garantizar una mayor libertad arquitectónica y generar menos emisiones durante todo el ciclo de vida del producto.

Materias primas para impresión 3d

Pero aún queda mucho camino por recorrer antes de que la tecnología de fabricación de aditivos pueda desarrollar todo su potencial. Existen varios componentes diferentes de la fabricación aditiva, cada uno de los cuales debe ser desarrollado y refinado antes de que el proceso pueda ser utilizado con éxito en la construcción a gran escala.

Un componente son las materias primas imprimibles, es decir, los materiales que realmente se “imprimen” para crear el producto final. Existen muchos tipos de materias primas imprimibles, pero la más relevante para la construcción a gran escala es el hormigón. Las materias primas para impresión se fabrican normalmente a partir de una combinación de materiales a granel, como tierra, arena, piedra triturada, arcilla y materiales reciclados, mezclados con un aglutinante como cemento Pórtland, cenizas volantes o polímeros, así como con otros aditivos y agentes químicos para permitir que el hormigón se fragüe más rápidamente y mantenga su forma, de modo que las capas puedan depositarse rápidamente.

En un proyecto en el que estoy trabajando actualmente en la Universidad de Brunel, nos estamos centrando en la producción de una materia prima de cemento imprimible. Para crear materiales para construcciones impresas en 3D, los científicos deben controlar cuidadosamente el tiempo de fraguado de la pasta, la estabilidad de las primeras capas y la unión entre las capas. El comportamiento de los materiales debe ser investigado a fondo bajo una serie de condiciones, para lograr una estructura robusta que pueda soportar la carga.

La combinación de cemento, arena y otros aditivos debe ser la correcta, para que las materias primas no se endurezcan en la impresora y no permanezcan húmedas durante demasiado tiempo una vez que se hayan depositado para formar una estructura. Es necesario formular y desarrollar diferentes tipos de materias primas, de modo que esta tecnología pueda utilizarse para construir una serie de elementos estructurales diferentes, como bloques de construcción de carga y a gran escala.

Bloques de construcción

Otro componente es la impresora, que debe tener una bomba potente para adaptarse a la escala de fabricación de la industria de la construcción. La presión y el caudal de la impresora deben probarse con diferentes tipos de materias primas. La velocidad y el tamaño de la impresora es clave para conseguir una buena calidad de impresión: superficie lisa, bordes cuadrados y una anchura y altura constantes para cada capa.

La rapidez con la que se depositan las materias primas, normalmente medida en centímetros por hora, puede acelerar o ralentizar la construcción. Reducir el tiempo de fraguado de la materia prima significa que la impresora puede trabajar más rápido – pero también pone la materia prima en riesgo de endurecerse dentro del sistema de impresión. El sistema de impresión debe ser optimizado para suministrar continuamente las materias primas a un ritmo constante, de modo que las capas puedan fusionarse de forma uniforme.

La geometría de las estructuras producidas es la pieza final del rompecabezas a la hora de utilizar la impresión 3D en la construcción. Una vez que la impresora y la materia prima se hayan configurado correctamente, podrán producir bloques de construcción de tamaño completo con una geometría inteligente que pueda soportar la carga sin necesidad de refuerzos. La estabilidad de la forma de los filamentos en forma de cercha en estos bloques es una parte esencial de la impresión, que proporciona fuerza y rigidez a los objetos impresos.

Este triple enfoque para adaptar la fabricación de aditivos para la construcción podría revolucionar la industria en los próximos diez a quince años. Pero antes de que eso suceda, los científicos necesitan afinar las proporciones de mezcla para las materias primas, y refinar un sistema de impresión que pueda hacer frente a la rápida fabricación de bloques de construcción. Sólo entonces podrá aprovecharse el potencial de la impresión en 3D para construir de forma más rápida y sostenible que nunca.

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