“La fabricación aditiva a gran escala”, o edificios impresos en 3D, revolucionará la arquitectura, según el director del Instituto de Estructuras Inteligentes.
Ya sea arcilla, hormigón o plástico, el material de impresión se extruye en estado fluido y se endurece hasta adquirir su forma final.
Aunque todavía existen algunos obstáculos para la adopción generalizada de esta tecnología, el futuro promete edificios construidos íntegramente con materiales reciclados o con materiales obtenidos in situ, afirma.
En arquitectura, rara vez surgen nuevos materiales.
Durante siglos, la madera, la mampostería y el hormigón constituyeron la base de la mayoría de las estructuras de la Tierra.
En la década de 1880, la adopción de el marco de acero cambió la arquitectura para siempre. El acero permitió a los arquitectos diseñar edificios más altos con ventanas más grandes, lo que dio lugar a los rascacielos que hoy definen los horizontes de las ciudades.
Desde la revolución industrial, los materiales de construcción se han limitado en gran medida a una serie de elementos fabricados en serie. Desde las vigas de acero hasta los paneles de contrachapado, este conjunto estandarizado de piezas ha determinado el diseño y la construcción de edificios durante más de 150 años.
Esto podría cambiar pronto con los avances en lo que se denomina “fabricación aditiva a gran escala.” Desde la adopción del marco de acero, no ha surgido un desarrollo con tanto potencial para transformar la forma en que se conciben y construyen los edificios.
La fabricación aditiva a gran escala, al igual que la impresión 3D de escritorio, consiste en construir objetos capa a capa. Ya sea arcilla, hormigón o plástico, el material de impresión se extruye en estado fluido y se endurece hasta adquirir su forma final.
Como director del Instituto de Estructuras Inteligentes de la Universidad de Tennessee, he tenido la fortuna de trabajar en una serie de proyectos que despliegan esta nueva tecnología.
Aunque todavía existen algunos obstáculos para la adopción generalizada de esta tecnología, puedo prever un futuro en el que los edificios se construyan íntegramente con materiales reciclados o con materiales obtenidos in situ, con formas inspiradas en las geometrías de la naturaleza.
Prototipos prometedores
Entre ellos se encuentra el Pabellón Trillium, una estructura al aire libre impresa con polímero ABS reciclado polímero ABS, un plástico común que se utiliza en una amplia gama de productos de consumo.
Las superficies delgadas y de doble curvatura de la estructura se inspiraron en los pétalos de su flor homónima. El proyecto fue diseñado por estudiantes, impreso por Loci Robotics y construido en el Parque de Investigación de la Universidad de Tennessee, en Cherokee Farm, en Knoxville.
Otros ejemplos recientes de fabricación aditiva a gran escala incluyen Tecla, una vivienda prototipo de 450 pies cuadrados (41,8 metros cuadrados) diseñada por Mario Cucinella Architects e impresa en Massa Lombarda, una pequeña localidad de Italia.
Los arquitectos imprimieron Tecla con arcilla extraída de un río local. La combinación única de este material económico y de la geometría radial creó una forma energéticamente eficiente de vivienda alternativa.
En Estados Unidos, la firma de arquitectura Lake Flato se asoció con la firma de tecnología de construcción ICON para imprimir muros exteriores de hormigón para una vivienda denominada “House Zero” en Austin, Texas.
La vivienda de 2000 pies cuadrados (185,8 metros cuadrados) demuestra la rapidez y la eficiencia del hormigón impreso en 3D, y la estructura presenta un agradable contraste entre sus muros curvilíneos y su armazón de madera vista.
El proceso de planificación
La fabricación aditiva a gran escala implica tres áreas de conocimiento: el diseño digital, la fabricación digital y la ciencia de los materiales.
¿Qué hace el Foro Económico Mundial para promover el desarrollo urbano sostenible?
Las ciudades son responsables del 75 % de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero y albergan a más de la mitad de la población mundial, cifra que crecerá hasta alcanzar dos tercios en 2050. Si se da prioridad a la energía más limpia, las ciudades podrían contribuir con más de la mitad de los recortes de emisiones necesarios para mantener el calentamiento global por debajo de 2°c, lo que estaría en línea con el Acuerdo de París.
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Para empezar, los arquitectos crean modelos informáticos de todos los componentes que se van a imprimir. Después, estos diseñadores pueden utilizar software para comprobar cómo responderán los componentes a las fuerzas estructurales y ajustarlos en consecuencia. Estas herramientas también pueden ayudar al diseñador a determinar cómo reducir el peso de los componentes y a automatizar ciertos procesos de diseño, como suavizar intersecciones geométricas complejas, antes de la impresión.
Un programa informático conocido como slicer traduce después el modelo informático en un conjunto de instrucciones para la impresora 3D.
Podría suponer que las impresoras 3D trabajan a una escala relativamente pequeña, como fundas para teléfonos móviles y soportes para cepillos de dientes.
Pero los avances en la tecnología de impresión 3D han permitido que el hardware se amplíe de forma seria. A veces, la impresión se realiza mediante lo que se denomina un sistema basado en pórtico , es decir, un armazón rectangular de raíles deslizantes similar al de una impresora 3D de escritorio. Cada vez se utilizan más brazos robóticos, debido a su capacidad para imprimir en cualquier orientación.
El lugar de impresión también puede variar. Los muebles y los componentes más pequeños pueden imprimirse en fábricas, mientras que las viviendas completas deben imprimirse in situ.
Se puede utilizar una gran variedad de materiales para la fabricación aditiva a gran escala. El hormigón es una opción popular por su familiaridad y durabilidad. La arcilla es una alternativa interesante porque puede extraerse in situ, como hicieron los diseñadores de Tecla.
Pero los plásticos y los polímeros podrían tener la aplicación más amplia. Estos materiales son increíblemente versátiles y pueden formularse de maneras que cumplan una amplia gama de requisitos estructurales y estéticos específicos. También pueden producirse a partir de materiales reciclados y de origen orgánico.
Inspiración en la naturaleza
Dado que la fabricación aditiva construye capa a capa, utilizando solo el material y la energía necesarios para fabricar un componente concreto, es un proceso de construcción mucho más eficiente que los “métodos sustractivos,” que consisten en cortar el material sobrante; piense en tallar una viga de madera a partir de un árbol.
Incluso los materiales comunes, como el hormigón y los plásticos, se benefician de la impresión 3D, ya que no se necesitan encofrados ni moldes adicionales.
La mayoría de los materiales de construcción actuales se fabrican en serie en líneas de montaje diseñadas para producir los mismos componentes. Aunque reduce los costes, este proceso deja poco margen para la personalización.
Como no se necesitan herramientas, moldes ni matrices, la fabricación aditiva a gran escala permite que cada pieza sea única, sin penalización de tiempo por la complejidad o la personalización añadidas.
Otra característica interesante de la fabricación aditiva a gran escala es la capacidad de producir componentes complejos con huecos internos. Esto podría permitir algún día imprimir muros con conductos o tuberías ya colocados.
Además, se están llevando a cabo investigaciones para explorar las posibilidades de la impresión 3D multimaterial, una técnica que podría permitir integrar por completo ventanas, aislamiento, refuerzos estructurales e incluso cableado en un único componente impreso.
Uno de los aspectos de la fabricación aditiva que más me entusiasma es la forma en que construir capa a capa, con un material que se endurece lentamente, imita procesos naturales, como la formación de conchas.
Esto abre ventanas de oportunidad, al permitir a los diseñadores aplicar geometrías difíciles de producir con otros métodos de construcción, pero habituales en la naturaleza.
Marcos estructurales inspirados en la fina estructura de los huesos de las aves podrían crear celosías ligeras de tubos, con tamaños variables que reflejen las fuerzas que actúan sobre ellos. Las fachadas que evocan las formas de las hojas de las plantas podrían diseñarse para dar sombra al edificio y producir energía solar al mismo tiempo.
Superar la curva de aprendizaje
A pesar de los numerosos aspectos positivos de la fabricación aditiva a gran escala, existen varios obstáculos para su adopción más generalizada.
Quizá lo más difícil de superar sea su novedad. Existe toda una infraestructura construida en torno a las formas tradicionales de construcción, como el acero, el hormigón y la madera, que incluye cadenas de suministro y códigos de edificación. Además, el coste del hardware de fabricación digital es relativamente elevado, y las habilidades de diseño específicas necesarias para trabajar con estos nuevos materiales aún no se enseñan ampliamente.
Para que la impresión 3D en arquitectura se adopte más ampliamente, deberá encontrar su nicho. De forma similar a como el procesamiento de textos ayudó a popularizar los ordenadores de escritorio, creo que será una aplicación específica de la fabricación aditiva a gran escala la que conducirá a su uso común.
Quizá sea su capacidad para imprimir marcos estructurales muy eficientes. También veo ya su potencial para crear fachadas escultóricas únicas que puedan reciclarse y reimprimirse al final de su vida útil.
En cualquier caso, parece probable que alguna combinación de factores garantice que los edificios del futuro se impriman en 3D, en parte.
