“Construyendo el futuro: Explorando el potencial de la impresión 3D en la construcción”
La fabricación de productos sólidos tridimensionales a partir de un archivo digital asistido por computadora se conoce como impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva.
Al principio, el término “impresión 3D” se refiere al proceso de depositar capas sobre capas de un material aglutinante sobre un lecho de polvo utilizando cabezales de impresoras de inyección de tinta. Sin embargo, la definición ahora abarca una gama más amplia de procesos de fabricación aditiva, incluida la fusión selectiva por láser y la fabricación aditiva por haz de electrones.
A principios de la década de 1980, el inventor japonés Hideo Kodama desarrolló dos técnicas aditivas para crear modelos de plástico tridimensionales, lo que dio origen a la idea de la fabricación aditiva. Creó estructuras impresas en 3D utilizando un polímero termoestable de fotocurado.
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¿Qué son las impresoras 3D?
En pocas palabras, las impresoras 3D emplean CAD (diseño asistido por computadora) que funciona con tecnología 3D para producir artículos 3D a partir de una variedad de materiales, incluidos plástico fundido, polvo y hormigón. Se puede crear una casa impresa en 3D utilizando una variedad de impresoras 3D, que varían en tamaño y diseño, desde pequeños modelos de construcción que caben en una mesa. Las impresoras 3D se presentan en tres categorías básicas y todas funcionan de forma algo diferente.
Tipos de impresoras 3D
· Estereolitográficas (impresoras SLA) – Las impresoras 3D que utilizan tecnología de estereolitografía (SLA) pueden convertir resina líquida en plástico.
· Sinterización selectiva por láser (impresoras SLS) – Impresoras SLS (sinterización selectiva por láser): Estas impresoras sinterizan partículas de polvo de polímero en estructuras sólidas mediante un láser.
· Modelado por deposición fundida (impresoras FDM) – Estas impresoras crean cosas en capas liberando filamentos termoplásticos fundidos a través de una boquilla calentada. El enfoque de construcción 3D es donde estas impresoras se emplean con más frecuencia.
¿Cómo se aplica la impresión 3D a la industria de la construcción?
Desde la década de 1980, se han planteado varias preguntas sobre la tecnología de impresión 3D. El avance del método en sí, que permite la construcción de objetos tridimensionales mediante la superposición de capas sucesivas de material, le ha dado, sin embargo, una mayor relevancia. Este método de construcción es muy adaptable y se puede utilizar para construir elementos específicos de proyectos, así como una variedad de estructuras complejas en su totalidad, incluidas casas o espacios habitables, oficinas, puentes, muros, estructuras modulares, moldes de refuerzo, columnas, mobiliario urbano e incluso elementos decorativos.
Una parte importante del conocimiento necesario para implementar esta tecnología en la construcción proviene de la fase de diseño. La integración de la tecnología de impresión 3D es menos difícil porque el sector ya tiene experiencia con la fabricación asistida por computadora y el BIM (Building Information Modeling) está floreciendo en el negocio de la construcción. Una impresora 3D obtiene la información necesaria de un programa CAD o BIM, y las máquinas comienzan a superponer niveles de material de acuerdo con las señales. Esto se puede hacer utilizando una variedad de materiales, el más popular de los cuales es una mezcla de arena, fibra, geo polímeros y hormigón.
Según una encuesta de Research and Markets, la impresión 3D ha avanzado de manera tan positiva durante los últimos diez años que se prevé que su valor de mercado en la industria de la construcción alcance hasta USD $ 1.034.096,7 mil millones para 2028. Esto aumenta su tasa de crecimiento anual compuesta de 2021 a 2028 en un 91,5%.
Impresión 3D en la construcción en todo el mundo
La construcción y una mejor infraestructura son cada vez más demandadas, particularmente en las grandes ciudades. En comparación con 1800, cuando solo el 3% de la población vivía en ciudades, había un 15% más de personas viviendo en ciudades en 1900. Para 2050, el Foro Económico Mundial proyecta que dos tercios de la población mundial residirán en las principales ciudades, frente a la cuota actual del 55%.
Numerosas iniciativas gubernamentales que apoyan el uso de la impresión 3D se están construyendo actualmente a nivel mundial. Dubái, donde el 25% de los edificios deben crearse con tecnología de impresión 3D para 2030, es una de las ciudades que elige liderar el grupo en esta carrera.
Gráfico 1
Gráfico 2
Tecnologías disponibles para la impresión 3D en la construcción
Extrusoras de brazo robótico
Las extrusoras de brazo robótico son populares entre las tecnologías de impresión 3D que se encuentran actualmente en el mercado. Esta técnica se llama contorneado. Funciona de forma similar a una impresora 3D FDM de escritorio. Los rieles están configurados en un patrón que permite que el brazo robótico los atraviese capa por capa mientras extruye el hormigón que sale de la boquilla. Este método de impresión 3D de edificios XL es el más popular.
Impresión 3D con arena
Los procesos de impresión 3D industriales como SLS (sinterización selectiva por láser) y Jet Fusion son comparables al procedimiento 3D que se explica aquí. El primero en ponerlo a prueba con su impresora 3D D-Shape fue el arquitecto italiano Enrico Dini. Antes de cementar la forma de la construcción utilizando un aglutinante, la máquina recubre la superficie con polvo de arena. Esto es comparable al funcionamiento de una impresora 3D de metal.
Tecnología de metal
WAAM (fabricación aditiva de arco de alambre) fue desarrollado por la startup holandesa MX3D para estructuras más fuertemente estresadas, como puentes. La compañía combinó un robot industrial y una máquina de soldar, y el resultado fue una impresora 3D que operaba con software creado especialmente para la tarea. El robot tiene una configuración de 6 ejes para la impresión 3D de estructuras metálicas.
Beneficios de la impresión 3D para la construcción
· Mayor flexibilidad de diseño – La creación de diseños complejos es una dificultad arquitectónica importante que la impresión 3D puede abordar. Los programas informáticos que se pueden programar para llevar a cabo diseños complejos y difíciles son utilizados por las impresoras 3D de construcción.
· Adaptación al BIM – BIM Mediante el uso de tecnología 3D, el modelado de información de construcción ha transformado el diseño de edificios. Muestra imágenes de enormes edificios y estructuras antes de que realmente se construyan. Este avance puede ser impulsado por la impresión 3D de construcción al integrarse con BIM y ejecutar diseños complejos con una precisión casi perfecta.
· Reducción de errores humanos – La base de la impresión 3D es el funcionamiento automatizado preprogramado libre de influencia humana. Esto esencialmente elimina los errores provocados por las personas. Además, las impresoras 3D no requieren mucha supervisión humana.
· Ayuda a la construcción de edificios ecológicos – El tipo de construcción más popular está cambiando rápidamente hacia ser ecológico. Las empresas de construcción han comenzado a utilizar métodos de construcción ecológicos como resultado de la creciente conciencia sobre el cambio climático. Al utilizar materiales de construcción descartados y reutilizados para producir estructuras impresas en 3D, las impresoras 3D pueden desempeñar un papel importante en este esfuerzo.
Inconvenientes de las construcciones impresas en 3D
· Alto consumo de energía – Las impresoras 3D utilizan más electricidad que cualquier otra técnica de construcción tradicional. Además del costo ambiental de producir electricidad con una capacidad tan alta, satisfacer una demanda tan grande de energía es costoso.
· Las impresoras 3D son caras – Actualmente no es económicamente factible utilizar la impresión 3D porque la tecnología aún está en su infancia. La inversión inicial requerida para establecer una instalación de impresión 3D para construir estructuras es significativa, y en su configuración actual es demasiado costosa para implementarla en el sector de la construcción primaria.
· Escasez de materiales – Los suministros de construcción regulares no se pueden utilizar con impresoras 3D. Una impresora 3D requiere materiales especializados, que aún no se utilizan ampliamente. Debido al importante aumento del costo del material debido a la escasez y a la costosa impresora, no es factible emplearlo para la construcción a gran escala.
Tamaño del mercado de la impresión 3D en la construcción
1. Vivienda familiar impresa en 3D en Moscú
La empresa de tecnología estadounidense Apis Cor construyó una casa impresa en 3D en Moscú. La casa es la primera de su tipo en utilizar la automatización en la construcción de viviendas y es idéntica a cualquier otra estructura de hormigón. El costo total de la construcción fue inferior a $10.000.
2. El edificio impreso en 3D más grande del mundo en Dubái
Recientemente, ha habido nuevos avances tecnológicos en Medio Oriente, especialmente en los EAU. El Libro Guinness de los Récords Mundiales ya ha verificado la afirmación de Emirates Tower Complex de que es el edificio impreso en 3D más grande del mundo, lo que continúa esta tendencia en la impresión 3D. El edificio de dos pisos, que fue construido por Apis Cor, tiene una superficie de 640 m2 y una altura de 9,5 m.
3. Casas impresas en 3D en América del Norte y el Caribe
Las comunidades mundiales y las organizaciones sin fines de lucro están empleando tecnología de impresión 3D de hormigón para resolver la crisis de la vivienda asequible. Por ejemplo, New Story, una organización sin fines de lucro, construyó la primera casa impresa en 3D de México en un tiempo récord de 24 horas. Desde entonces, la compañía ha construido vecindarios con 2.000 viviendas, todas las cuales fueron construidas utilizando la técnica de construcción de impresión 3D.
El futuro
Un número creciente de proyectos en todo el mundo muestra que las estructuras de impresión 3D tienen el potencial de ser una tecnología revolucionaria que cambiará la industria y que abordará varios problemas que actualmente afectan al sector de la construcción. El nivel de ambición es enorme; por ejemplo, se espera que el 25% de las nuevas estructuras en Dubái se impriman en 3D para 2030. Por decirlo suavemente, el uso de la impresión 3D en el sector de la construcción tiene un futuro prometedor.
Conclusión
La industria de la construcción está preparada para la innovación, a pesar de que la impresión 3D todavía tiene muchos problemas de larga data. Los métodos de construcción tradicionales pueden ser ineficientes, costosos, consumir mucho tiempo y ser perjudiciales para el medio ambiente. Gracias a la precisión, la velocidad y la fiabilidad de la impresión 3D, los ingenieros civiles tienen numerosas oportunidades para abordar estos desafíos y quizás hacer que sea más fácil y asequible diseñar y construir estructuras habitables.
Autor: Sonu Kumar Sah
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