La tecnologia de construcció amb impressió 3D Catàleg de dispositius d’impresió aplicats a la construcció

Si reflexionem al respecte, ens adonem que la impressió 3D ha existit al món des de l’origen de la nostra història. Una gerra ceràmica o una espasa metàl·lica són exemples on es crea un objecte tridimensional mitjançant l’aplicació successiva de capes de matèria primera: exactament la definició de la impressió 3D.

La prefabricació de gran elements, també forma part de l’evolució de la impressió 3D. En un primer moment, es fabriquen a la indústria els elements constructius principals amb grans màquines, posteriorment es transporten a l’obra i és allà on s’assemblen damunt d’un espai prèviament preparat. Aquests sistema no es pot traslladar a l’obra, per diverses limitacions com les dimensions de les màquines, la dificultat per desplaçar-les o la dificultat d’integrar mecanismes d’unió entre elements, però part de la seva enginyeria conforma les bases de la construcció 3D. Els primers intents que van aconseguir la mobilitat d’aquests sistemes, feien servir una evolució de les grues de construcció per fabricar els tancaments exteriors directament en obra, sense requerir assemblatge.

El mecanisme robòtic es va conceptualitzar a la dècada de 1950, i durant la següent dècada es va desenvolupar la tecnologia de construcció, amb extrusors de formigó i escumes. El desenvolupament de la fabricació d’edificis sencers mitjançant tècniques de formigó i assemblatge robotitzat de components, semblants a la impressió 3D, va ser posterior, sent Japó la nació pionera.

La impressió de forjats i sostres és tècnicament més difícil que els tancaments, ja que implica que un element estructural horitzontal comenci a treballar des del mateix moment de l’aplicació. Les impressores 3D convencionals resolen aquest punt amb la incorporació a la impressió de suports (petits filaments de plàstic) que posteriorment es retiren amb facilitat. Quan es tracta d’apuntalar una construcció, la solució no és tan fàcil com amb el plàstic, i per això, fins a l’actualitat, no hi ha altra alternativa que executar una construcció per fases.

Als nostres dies, la impressió 3D no és una amenaça per a la construcció tradicional, però hi ha processos, com la col·locació de peces ceràmiques o de bloc de formigó per envolupants, que sí poden arribar a substituir-se a mitjà termini per l’automatització de la impressió 3D que elimina el factor humà, i redueix el cost d’execució.

La proposta de la  construcció 3D

Sense entrar en el detall, el sentit comú ja ens pot fer intuir que en la comparativa entre un sistema basat en una construcció prèvia de peces petites, el seu transport a l’obra i la col·locació individual de les peces amb la incorporació d’un material de lligam, enfront d’un sistema executat in situ amb un únic material, sempre sortirà guanyant el sistema més senzill. Aquesta és la premissa amb la que el sector de la construcció 3D ha recolzat la seva proposta. També realcen la reducció de logística i mà d’obra, l’eliminació d’intermediaris, l’automatització, la reducció del factor humà, l’escalabilitat de l’execució, la reducció de temps, l’obertura a noves formes arquitectòniques, etc.

Els especialistes són conscients d’alguns reptes que encara manquen per superar. D’una banda, hi ha una barrera en el sector per incorporar les noves formes que es poden crear, d’imaginar els espais que es poden crear. També manca
per analitzar adequadament el comportament estructural dels nous elements de construcció que es poden generar. D’altra banda, els equips d’impressió 3D per construcció encara han d’esforçar-se per poder operar en condicions d’execució complexes, sense requerir la intervenció humana durant gran part del procés, millorar la seva tècnica d’aplicació, evolucionar els materials i les tecnologies d’aplicació, aprofundir en el coneixement del comportament i en la durabilitat dels elements produïts.

Acceptació de la impressió 3D al mercat actual

A banda de molts obstacles encara per superar, el gran repte per a la construcció 3D és la pròpia essència de les obres: un lloc on és necessari combinar diferents materials, sistemes constructius, eines, recursos humans, components amb diferents funcions, etc. La variabilitat dels projectes i les obres és el motiu principal que ha fet que el sistema no s’imposi al sistema tradicional i no transformi el nostre sector.

Hem pogut entrevistar al representant d’una de les empreses principals de construcció 3D al nostre país, la valenciana Be More 3D, i quan explicava la història de la seva empresa, es feia evident el paral·lelisme amb la història de la impressió 3D en la construcció. La seva empresa, va néixer en la darrera crisis econòmica. Un grup de joves estudiants de la Universitat Politècnica de Valencia, un parell d’enginyers d’edificació, un altre amb grau en ciència i tecnologia de l’edificació i un enginyer electrònic, van decidir traslladar el seu coneixement de la impressió 3D de petits objectes a la impressió de cases. Amb l’ajuda dels seus estalvis, el recolzament institucional i la col·laboració creixent de grans empreses del sector van poder desenvolupar un primer dispositiu d’impressió. Aquesta és una fita comuna a les trajectòries d’altres empreses de construcció 3D. Les empreses creen un dispositiu zero, on acostuma a destacar un punt fort davant dels dispositius de la competència, i a partir d’aquí l’evolucionen afegint noves funcionalitats.

Una de les primeres experiències a l’Estat espanyol desenvolupada per l’empresa Be More 3D

Be More 3D va aconseguir a Espanya la impressió de la primera casa que feia servir aquest sistema. La casa no es va imprimir totalment, de fet, l’element imprès és l’envolupant. La resta d’elements s’han anat assemblant com en un sistema de construcció tradicional. La gran majoria d’empreses que s’hi dediquen varen començar el seu curs amb un projecte pilot com aquest, un projecte d’investigació i desenvolupament amb un objectiu molt pràctic.

Després dels projectes pilots, com és el cas de Be More 3D, comença l’interès de les grans constructores i promotores; es plantegen projectes on es pugui aplicar el sistema, es generen sinergies amb despatxos tècnics que vulguin projectar edificis basats amb aquesta tècnica. Al nostre país, encara hi ha molt camí per recórrer i molts metres quadrats per construir i analitzar. D’altres països, potser on hi ha una demanda constructiva més forta, ja s’han desenvolupat promocions senceres, edificis amb alçades considerables i amb terminis d’execució impensables amb el sistema tradicional.

Catàleg de dispositius d’impressió 3D aplicats a la construcció

Existeix en l’actualitat en el mercat un ampli catàleg de màquines amb la capacitat d’imprimir habitatges o, com a mínim, part d’aquests. A continuació s’inclou un breu resum dels models que marquen les tipologies més destacades i de les seves característiques principals.

Característiques tècniques del sistema

El material amb el que s’imprimeix és un element clau del sistema i determina els resultats de la construcció. En funció de les sol·licitacions, en un primer moment, la composició del conglomerat de ciment és objecte d’estudi i anàlisis detallat. D’aquesta forma, aspectes com la dosificació i els additius, permeten ajustar la flexibilitat, la consistència, l’aïllament, la resistència, la durabilitat i en general les característiques finals del conglomerat. També l’etapa de preparació del material que inclou barrejar i col·locar el formigó al contenidor, i la seva distribució per màniga amb bomba és clau per generar components estructurals de capa, amb l’estabilitat adequada per finalment ser extruït.

S’ha realitzat assajos per determinar la resistència a compressió dels conglomerants que s’estan fent servir, i per provetes de 10 x 10 x 10 cm s’obtenen valors de 61 MPa a 28 dies, i per provetes impreses s’obtenen valors de 46,8 MPa a 28 dies.

Els actuals models d’impressió tenen el mateix enfocament general: modelar una forma 3D amb capes primes planes de conglomerat de ciment amb un espessor constant que es poden apilar entre si.

Per aportar un millor comportament a la flexo-tracció, s’incorporen durant el procés d’impressió, armadures d’epoxi entre capes, obtenint resultats òptims a aquesta sol·licitació.

Com és obvi, modificant la matèria prima s’assoleixen elements més o menys impermeables a l’aigua, amb un acabat de capa més fi o més rugós, o amb una millor o pitjors transmitància tèrmica. Depenent del dispositiu d’impressió es poden trobar desiguals ratis de producció, però es pot fer servir la referencia de 3,5 m² per hora de treball. Per exemple, un edifici de 600 m² es pot arribar a construir en poc més d’una setmana. En recents projectes s’han executat construccions amb conglomerats amb additius per millorar la resistència inicial i per reduir el temps d’assecatge i curat que milloren molt els valors estàndards.

Agafant les dades facilitades per algunes de les empreses citades, s’obté un rati de cost de la construcció de 250 € per metre quadrat. S’ha de tenir en compte que en la gran majoria d’ocasions el que es compta com a construcció és l’envolupant i divisòries interiors, i altres tasques principals com és la preparació del terreny i la fonamentació queden fora d’aquesta valoració.

Autor de les fotos: Chopo, Be More ·D, Total Kuston i altres

Nota de l’editor

Aquest article va ser publicat originàriament a L’Informatiu número 359 de març de 2019.

Sobre l’autor

Raúl Heras

Raúl Heras és arquitecte tècnic, col·legiat 10.385. Socifundador de Sinluz, Ingeniería y Arquitectura i professor del CAATEEB Més articles de l'autor

Deixa un comentari