La fabricación digital está transformando el sector de la arquitectura para crear proyectos de construcción más eficientes. Las tecnologías como la impresión 3D y el corte láser ofrecen múltiples beneficios. La impresión 3D ofrece modelos arquitectónicos detallados y el corte láser genera maquetas precisas. En este artículo, exploraremos las principales ventajas de estas tecnologías y cómo están revolucionando el sector de la arquitectura. También detallamos las fases de la construcción con impresión 3D.
Ventajas de usar impresión 3D en la arquitectura
La fabricación digital aporta múltiples ventajas a la arquitectura, ya que la construcción con impresión 3D está redefiniendo la eficiencia en este sector y la forma en que se planifican las obras. Ofrece beneficios concretos, que son los siguientes.
Precisión
Tanto la impresión 3D como el corte láser ofrecen precisión y calidad excepcionales. La impresión 3D permite fabricar geometrías complejas capa por capa con una consistencia notable, difícilmente alcanzables con métodos tradicionales. El corte láser puede trabajar con precisión y crear piezas con detalles intrincados y acabados impecables.
Personalización
Estas tecnologías permiten personalizar cada proyecto de construcción sin costes adicionales significativos. La fabricación digital permite modificar proyectos con solo editar un archivo digital. Esto permite crear edificios únicos y adaptados a necesidades específicas. La impresión 3D en arquitectura permite crear geometrías complejas, sin limitaciones y con extremada exactitud. Gracias al uso de modelos digitales detallados y paramétricos, es posible trasladar las formas orgánicas y las curvas en componentes estructurales, envolventes de edificios o elementos decorativos.
Rapidez
Con la impresión 3D y el corte láser, es posible diseñar proyectos arquitectónicos de forma rápida. Esto permite mejorar los diseños de manera eficaz antes de comprometerse con obras a mayor escala. Según varios estudios, una impresora 3D puede acelerar la construcción de edificios en comparación con el uso de técnicas tradicionales.
Reducción de desperdicios
La fabricación digital es sostenible y permite aprovechar al máximo cada plancha de material, reduciendo significativamente el desperdicio de material. La impresión 3D solo utiliza el material necesario para construir la pieza, minimizando los residuos. Con la construcción 3D se eliminan etapas de la construcción tradicional, por ejemplo como las del encofrado tradicional, lo que implica menos desperdicio de material.
Reducción de costes operativos
La impresión 3D reduce el coste de la construcción, debido a que reduce entre el 50% y el 80% la mano de obra. Además, elimina las cimbras (estructuras de soporte temporal), lo que permite ahorrar entre un 35% y un 60%.
Sostenibilidad en la gestión de materiales
En la construcción 3D se calcula milimétricamente el volumen del material a utilizar, lo que minimiza el impacto ambiental que tradicionalmente define al sector. Los especialistas utilizan tierra y barro de la zona mezclados con aditivos y enzimas para fabricas viviendas impresas en 3D. Es importante aprovechar las materias primas para evitar el transporte de materiales lejanos y no generar residuos. Además, las impresoras sólo aplican material donde es estructuralmente necesario.
Usos de la impresión 3D en arquitectura
La impresión 3D ha revolucionado profundamente la arquitectura, ya que gracias a esta tecnología puede obtenerse con precisión casi cualquier forma, por compleja que esta sea. De todas las tecnologías posibles, el método de impresión 3D más utilizado es la impresión en sinterizado de polvo composite. Este material requiere de un post-proceso que lo endurece dándole el acabado necesario para un resultado óptimo. El sector de la construcción apuesta por la impresión 3D para crear viviendas, hoteles y edificios en tiempo record y con el mínimo residuo. Estas obras son funcionales y eficientes.
¿Cómo funciona la impresión 3D en la construcción?
La impresión 3D permite transformar un modelo digital en un objeto físico tridimensional, mediante la deposición controlada de un material, capa por capa. La impresión 3D en arquitectura se utiliza para crear formas complejas, fachadas curvas y diseños orgánicos. Los arquitectos apuestan por esta tecnología para fabricar estructuras complejas con diseños personalizados y que serían imposibles de crear con métodos convencionales. Desde la revista Houzz explican que «la tecnología de impresión 3D hará que la complejidad geométrica en la construcción de edificios se pueda llevar a cabo sin demasiado esfuerzo».
La construcción 3D permite la fabricación del mobiliario y elementos decorativos, con patrones internos complejos, destinados a espacios interiores o exteriores. La impresión 3D en arquitectura e ingeniería, emplea materiales como morteros especiales, el hormigón, geopolímeros, arena y mezclas cementicias con fibras y otros aditivos. Estos materiales en la construcción 3D garantizan la durabilidad y resistencia estructural requerida.
En la construcción 3D se utilizan robots articulados (tipo arañas), brazos mecánicos o sistemas de rieles automatizados. Estas máquinas están conectadas a un suministro continuo del material y toma el modelo digital CAD o BIM para descomponerlo en secciones horizontales a través de una boquilla, según las indicaciones del modelo digital.
Después, envían las instrucciones al cabezal de impresión, que se encuentra montado en el brazo robótico o el sistema sobre rieles. El cabezal se desplaza y deposita el mortero o mezcla con precisión, capa por capa. En cada pasada se va construyendo (imprimiendo) una nueva capa para que la estructura impresa sostenga el peso de las siguientes capas.
Aunque antes de imprimir la primera capa, es fundamental preparar el terreno para la construcción. La edificación con impresión 3D puede incluir sistemas de refuerzo, conectores o módulos prefabricados que se ensamblan con la impresora. La impresión 3D en construcción permite construir casas unifamiliares y edificios de viviendas de forma rápida. En la construcción 3D las paredes y componentes estructurales se construyen capa por capa. Esta impresión es rentable y necesita menos recursos.
Las impresoras robóticas siguen trayectorias lineales o curvas de los muros y de los cimientos. Los brazos robóticos pueden movilizarse en múltiples ejes y ejecutar la impresión in situ. Algunas empresas estadounidenses ya han construido proyectos con la impresión 3D, por lo que podemos encontrar una casa residencial impresa en 3D con permiso municipal en EE. UU., en Melbourne, Florida. También podemos apreciar un edificio impreso en 3D para comercio en EE.UU, con una estructura de dos pisos y una superficie de 6.900 pies cuadrados.
La impresión 3D en arquitectura se utiliza para crear estructuras complejas y elementos decorativos y artísticos de vanguardia, sin las limitaciones tradicionales que imponen los métodos de fabricación clásicos. La construcción 3D también se utiliza en elementos constructivos prefabricados, puentes, pasarelas, columnas prefabricadas o pretensadas y mobiliario urbano.
El primer puente impreso de hormigón del mundo se completó en 2017 en Alcobendas, en España. Es una pasarela peatonal de 12 metros de longitud y 1, 75m de ancho. Además, la impresión 3D se utiliza en tuberías y componentes para la fontanería, para facilitar la personalización de piezas. Esta tecnología permite construir mejores sistemas y diseños.
Fases principales de la impresión 3D en la construcción
Los profesionales de la empresa Controlmad, expertos en desarrollar elementos arquitectónicos con las herramientas de fabricación digital, nos explican que la edificación con impresión 3D debe seguir un flujo de trabajo definido en cuatro fases principales.
Fase de diseño y planificación
En la primera fase se realiza el diseño de un modelo tridimensional del proyecto, creado en un software CAD o Building Information Modeling BIM. En este diseño se define la geometría, los espesores del muro, las cavidades y los parámetros estructurales del proyecto. Este modelo debe someterse al análisis estructural y las simulaciones correspondientes de cargas, antes de ser impreso. Después, mediante un programa de slicing (corte), el modelo digital se “divide” en múltiples capas horizontales. Para guiar a la impresora se obtiene un archivo listo (G-code o similar) con las instrucciones de movimiento, altura de capas y velocidad de extrusión que guiará a la impresora.
Selección de materiales
Con el diseño listo, se elige los materiales más idóneos para la obra. Los materiales más usados son compuestos de cementos especiales, como el hormigón con aditivos polímeros o geopolímeros con baja huella de carbono. En proyectos arquitectónicos sostenibles se suelen emplear mezclas basadas en suelos locales estabilizados o incluso materiales reciclados.
Selección del sistema robotizado
Es importante elegir la mezcla de impresión y el sistema robotizado más idóneo para el tipo de obra, la escala y la velocidad proyectada. Los tipos de sistemas robotizados son:
–Impresora de brazo robótico industrial: su diseño es de geometría tridimensional compleja o de componentes no lineales, los especialistas deben optar por esta impresora. Este modelo permite la impresión desde múltiples ángulos, ofreciendo gran libertad de movimiento.
–Impresora de sistema gantry: esta impresora es más sencilla de calibrar y se utiliza en edificaciones residenciales básicas.
–Impresora móvil autónoma: es un vehículo rodante con brazos de extrusión y permite ampliar el alcance de la impresión.
Impresión, ensamblado y acabados
Antes de imprimir, siguen siendo necesarios los permisos para construir en suelo rústico o urbano. Es importante evaluar el terreno y la preparación de la base estructural. Para preparar la impresora se deposita la mezcla y se verifica el funcionamiento. Para conseguir los mejores resultados, también es necesario calibrar la máquina. Los especialistas comienzan el proceso sobre una base o losa preparada.
La impresora seguirá la trayectoria programada en el archivo digital, capa a capa, y en cada pasada, la impresora deposita el material del contorno o sección interior del muro. Su boquilla se moverá hacia adelante y atrás, depositando el mortero. Cada capa fragua antes de que la impresora repita la colocación de la capa. Una vez que se concluyen las paredes y muros 3D, se integran los elementos restantes por métodos convencionales.
Todo el proceso debe ser monitoreado para controlar la presión, alineación y temperatura. El sector de la arquitectura seguirá apostando por la impresión 3D para fabricar edificios y viviendas más rentables, sostenibles y complejas.
