¿Está la industria de la construcción lista para la impresión 3D? (Actualización 2020)

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La industria de la construcción es quizás la última en adoptar la impresión 3D como tecnología de fabricación viable. Pero la tecnología tiene el enorme potencial de transformar la industria al reducir el tiempo y los costos de producción, al tiempo que ofrece flexibilidad de diseño y un alto nivel de sostenibilidad.

Como se destaca en nuestra Tabla de madurez, que explora cómo la impresión 3D está evolucionando en todas las industrias, la impresión 3D dentro del sector de la construcción sigue siendo un enfoque relativamente novedoso, y hay una serie de desafíos que superar antes de que pueda hacerlo. ser ampliamente adoptado.

Para obtener más información sobre el estado actual de la impresión 3D en la industria de la construcción, exploraremos los beneficios y tecnologías clave de la impresión 3D disponibles para ingenieros y arquitectos y los proyectos de impresión 3D más interesantes en la construcción.

¿Cómo se puede beneficiar la industria de la construcción de la impresión 3D?

La industria de la construcción ha comenzado a adoptar la impresión 3D en un momento en que el sector está buscando soluciones de manera agresiva para abordar una serie de desafíos.

Uno es la minimización de los residuos de la construcción. Por ejemplo, los residuos de la construcción representan aproximadamente el 30% de todos los residuos generados en la UE.

Además, los ingenieros y arquitectos se enfrentan cada vez más a las limitaciones en la libertad de diseño que presenta el proceso de fundición.

Otros problemas involucran inconvenientes en la fabricación de encofrados en los sitios de trabajo y obstáculos en el transporte de diversos materiales de un lugar a otro.

El uso de la impresión 3D en la industria de la construcción podría ayudar a resolver algunos de estos problemas al ofrecer libertad de diseño y un mayor nivel de sostenibilidad y automatización.

Flexibilidad de diseño

La impresión 3D proporciona un gran margen de innovación y creatividad para arquitectos, ingenieros y diseñadores. Con esta técnica se pueden construir diseños intrincados y curvas que pueden no ser posibles con los métodos de construcción tradicionales.

Reducción del desperdicio de material

La reducción del desperdicio de material es otro beneficio, ya que Additive Manufacturing (AM) construye piezas capa por capa, utilizando la cantidad precisa de material requerido para el proyecto. Esto podría tener un impacto ambiental positivo, especialmente porque la impresión 3D puede utilizar materiales reciclados y de origen local.

Reducción del trabajo manual

El uso de impresoras 3D autónomas o semiautónomas en la construcción podría significar una reducción del trabajo manual que requiere mucha mano de obra. La automatización del proceso de impresión también significa una reducción de las posibilidades de errores humanos o accidentes y lesiones en los sitios de construcción.

Construcción más rápida

Algunas impresoras 3D de construcción están diseñadas para funcionar en el sitio. Esto ayuda a eliminar varios pasos que requieren mucho tiempo, como hacer encofrados prefabricados.

En la construcción, el encofrado se refiere a un molde temporal en el que se vierte y se forma el hormigón. Los encofrados se utilizan para crear cualquier cosa, desde puentes hasta cimientos y las paredes de un edificio y, por lo general, se elaboran manualmente.

Hoy en día, hay varias empresas que ofrecen impresoras 3D que se pueden utilizar para construir paredes directamente en el sitio, sin utilizar encofrados. Esto conduce a un proceso de construcción significativamente acelerado, que también se beneficia de la reducción de los gastos de transporte de los encofrados al sitio de construcción.

Tecnologías de impresión 3D para el sector de la construcción

Dependiendo de la aplicación, se pueden usar varios métodos AM diferentes dentro de la construcción:

Extrusión de hormigón

Uno de los principales métodos utilizados es la extrusión de pasta, que implica el uso de un brazo robótico o una grúa equipada con una boquilla para extruir el hormigón en forma de pasta sobre una plataforma de construcción.

Esto crea los contornos de un edificio capa por capa, asemejándose a una popular tecnología de Fabricación de Filamentos Fundidos (FFF) de plástico.

Uno de los primeros pioneros del proceso de extrusión para el industria de la construcción es Bherokh Khoshnevis, el fundador de Contour Crafting. La tecnología desarrollada por Contour Crafting ofrece una gama de materiales, que incluyen hormigón, cerámica y polímeros.

Además de Contour Crafting, otras empresas ofrecen soluciones para la impresión 3D de hormigón, como ICON, CyBE y Apis Cor , para nombrar unos pocos.

Fabricación aditiva de arco de alambre

La fabricación aditiva de arco de alambre (WAAM) es un método utilizado para aplicaciones metálicas.

WAAM funciona fundiendo alambre de metal utilizando un arco eléctrico como fuente de calor. El proceso está controlado por un brazo robótico y la forma se construye sobre un material de sustrato (una placa base) del que se puede cortar la pieza una vez terminada.

El alambre, cuando se derrite, se extruye en el forma de perlas sobre el sustrato. A medida que las cuentas se pegan, crean una capa de material metálico. Luego, el proceso se repite, capa por capa hasta que se completa la pieza de metal.

El equipo WAAM puede trabajar con una variedad de metales, como aluminio, acero y titanio, y la tecnología se puede utilizar para fabricar grandes estructuras. Un ejemplo de las posibilidades de este método es el puente de acero de MX3D.

Chorro de arena aglutinante

La inyección de aglutinante se puede utilizar en la construcción para crear moldes. La tecnología funciona aplicando un agente aglutinante líquido sobre capas de material en polvo, uniéndolo así.

La inyección de ligante es especialmente adecuada para la producción de elementos de encofrado para la colada de hormigón. Este enfoque no solo ayuda a ahorrar recursos, sino también tiempo y costos.

Otra ventaja es que la complejidad ya no juega un papel importante cuando se imprimen encofrados en 3D mediante inyección de ligante. Las curvaturas, las fachadas detalladas o las muescas se pueden imprimir fácilmente en 3D, ampliando los límites del diseño en la construcción.

Los ejemplos más interesantes de impresión 3D en la construcción

Paredes impresas en 3D

En los últimos años, varias empresas han desarrollado métodos para construir muros de edificios utilizando tecnología de impresión 3D. Un ejemplo es la empresa con sede en China, Winsun, que ha producido construcciones a gran escala, como un bloque de apartamentos de cinco pisos y una villa de 1100 metros cuadrados (12.000 pies cuadrados).

Una gran máquina - más de 100 metros de largo - paredes huecas impresas en 3D hechas de cemento, arena y mezcla de fibras. Los muros fueron transportados al sitio de construcción, reforzados y ensamblados. El potencial de un método de este tipo podría generar importantes ahorros de tiempo, mano de obra y materiales.

Impresión 3D para la construcción en Dubai

Si bien hay muchos proyectos de construcción en 3D en todo el mundo, Dubai es actualmente el foco de actividad para la impresión en 3D para la construcción. La ciudad tiene objetivos ambiciosos de que el 25 por ciento de los edificios se construyan con impresión 3D en un futuro próximo.

Y el progreso en este campo ya es evidente.

Por ejemplo, en 2019, Apis Cor, un fabricante estadounidense de impresoras 3D de hormigón, colaboró ​​con el municipio de Dubai para crear un edificio, con dos pisos y una arquitectura muy compleja.

Apis Cor desarrolló un material a base de yeso para pasar por la impresora, que se obtuvo de un productor local.

La impresión se llevó a cabo al aire libre, para demostrar que la tecnología podía manejar un ambiente hostil sin control de la humedad y la temperatura.

Según se informa, el edificio es uno de los más grandes creados con la ayuda de on impresión 3D en el sitio.

Puentes

La construcción de puentes mediante impresión 3D es otra aplicación más dentro de la industria de la construcción.

Madrid alberga el primer puente de hormigón impreso en 3D, mientras que los Países Bajos han visto la construcción de un puente impreso en 3D de 8 metros de largo para ciclistas. El proceso tomó un total de 3 meses para que los robots crearan los bloques de hormigón para el puente, compuestos por 800 capas que luego se ensamblaron para crear el puente.

Además, la startup holandesa de robótica con sede en los Países Bajos MX3D está desarrollando un puente de acero impreso en 3D equipado con tecnologías inteligentes como sensores.

Hecho de acero inoxidable, la estructura curva del puente muestra la libertad de diseño proporcionada por AM.

En 2019, el puente MX3D pasó su primera fase de prueba de 20 toneladas y debería colocarse en su destino final sobre un canal de Ámsterdam a finales de este año.

Diseño de interiores

La posibilidad de crear geometrías complejas e intrincadas abre un campo de creatividad completamente nuevo para los diseñadores de interiores. Un ejemplo reciente es Bottlepot, una tienda de Londres con un interior impreso en 3D con materiales sostenibles. Este proyecto demuestra cómo se puede utilizar la impresión 3D para reducir los residuos en la construcción y dar forma al futuro del diseño sostenible.

Modelos arquitectónicos

Uno de los mayores impactos de la impresión 3D dentro de la construcción ha sido la producción de modelos arquitectónicos. La impresión 3D ha revolucionado el proceso de modelado arquitectónico al permitir un proceso rápido y digitalizado para la creación de modelos.

Un beneficio adicional de esto es que la impresión 3D permite iteraciones de diseño rápidas y rentables, lo que ahorra un tiempo considerable y reduce los costos en el proceso.

Componentes de construcción

La impresión 3D también ha demostrado ser adecuada para la fabricación de componentes y herramientas específicos utilizados en la construcción.

El contratista con sede en el Reino Unido, Skanska, es una de las primeras empresas que ha utilizado la impresión 3D para fabricar componentes de construcción. como revestimiento.

En un proyecto, Skanska utilizó la impresión 3D para producir nodos de revestimiento de polímero para el techo del centro de negocios 6 Bevis Marks en Londres. Este enfoque ha introducido una alternativa más ventajosa a las técnicas tradicionales en términos de ahorro de tiempo y costos.

Encofrados impresos en 3D

Otro ejemplo implica el uso de encofrados impresos en 3D en un proyecto de renovación a gran escala para un edificio residencial y comercial de 42 pisos en la ciudad de Nueva York.

Gate Precast, una empresa que había estado trabajando en la nueva fachada del edificio, descubrió que crear moldes de madera para el proyecto sería una tarea importante que podría demorar hasta 9 meses en completarse. Los moldes necesarios eran grandes, algunos de ellos medían hasta 2,6 x 1,7 x 0,5 m, lo que se sumaba a los largos tiempos de producción.

Para acelerar el proceso, la empresa decidió experimentar con la impresión 3D, asociándose con Oak Ridge National Laboratory (ORNL) para utilizar su tecnología BAAM.

Gracias a BAAM, la empresa pudo imprimir moldes entre 8 y 11 horas cada uno, con 8 horas adicionales de mecanizado para lograr el acabado superficial deseado. Los moldes se hicieron con ABS reforzado con fibra de carbono, un termoplástico común mezclado con fibras de carbono cortadas para mayor resistencia.

El resultado es un molde fuerte que puede soportar hasta 200 vertidos de hormigón en su vida útil. en comparación con 15-20 vertidos para un molde de madera.

La empresa cree que sin los moldes impresos en 3D y BAAM, habría sido imposible crear las formas dentro del plazo requerido para este proyecto.

Desafíos para la adopción de la impresión 3D en la industria de la construcción

Si bien la AM tiene un gran potencial para la industria de la construcción, todavía hay una serie de barreras para una adopción más amplia.

Uno de los problemas clave es el control de calidad. La impresión 3D ha planteado preguntas sobre su rendimiento en comparación con los materiales y métodos de construcción tradicionales:¿durará una casa impresa en 3D tanto como una casa construida de forma tradicional? ¿Será estructuralmente sólido y seguro en caso de incendio o desastre natural?

La regulación para la construcción es sorprendentemente estricta, y las nuevas tecnologías y materiales ofrecidos por AM aún deben incorporarse a los estándares y códigos de construcción.

Además, la impresión 3D requiere operadores experimentados y diseñadores, lo que significa inversión en capacitación para aprovechar al máximo la tecnología automatizada y las habilidades de software.

Otra barrera a superar es la gama limitada de materiales de construcción que se pueden imprimir en 3D. Dicho esto, se están llevando a cabo investigaciones, en particular con respecto al hormigón y los materiales renovables de origen biológico.

El futuro de la impresión 3D en la construcción

A pesar de las visiones de edificios totalmente impresos en 3D, la tecnología no reemplazará los métodos de construcción tradicionales, al menos no a corto plazo.

Quizás uno de los casos de uso más importantes de la tecnología AM puede residir en la producción de componentes complejos, como juntas, fachadas y encofrados, aprovechando los beneficios de la libertad de diseño que proporciona AM.

Además de la flexibilidad de diseño, la impresión 3D en el sitio también puede ayudar a reducir el desperdicio en los sitios de construcción, sirviendo como un buen trampolín hacia un futuro más sostenible.

Mirando En el panorama general, la impresión 3D puede ser una de las soluciones clave para los desafíos actuales en el sector de la construcción, ya que avanza gradualmente para convertirse en una tecnología de construcción más sostenible, flexible y automatizada.