La tecnología de construcción con impresión 3D Catálogo de dispositivos de impresión aplicados a la construcción

Si reflexionamos al respecto, nos damos cuenta de que la impresión 3D ha existido en el mundo desde el origen de nuestra historia. Una jarra cerámica o una espada metálica son ejemplos donde se crea un objeto tridimensional mediante la aplicación sucesiva de capas de materia prima: exactamente la definición de la impresión 3D.

La prefabricación de grandes elementos, también forma parte de la evolución de la impresión 3D. En un primer momento, se fabrican en la industria los elementos constructivos principales con grandes máquinas, posteriormente se transportan a la obra y es allí donde se parecen encima de un espacio previamente preparado. Este sistema no se puede trasladar a la obra, por varias limitaciones como las dimensiones de las máquinas, la dificultad para desplazarlas o la dificultad de integrar mecanismos de unión entre elementos, pero parte de su ingeniería conforma las bases de la construcción 3D. Los primeros intentos que lograron la movilidad de estos sistemas, usaban una evolución de las grúas de construcción para fabricar los cierres exteriores directamente en obra, sin requerir ensamblaje.

El mecanismo robótico se conceptualizó en la década de 1950, y durante la siguiente década se desarrolló la tecnología de construcción, con extrusores de hormigón y espumas. El desarrollo de la fabricación de edificios enteros mediante técnicas de hormigón y ensamblaje robotizado de componentes, similares a la impresión 3D, fue posterior, siendo Japón la nación pionera.

La impresión de forjados y techos es técnicamente más difícil que los cierres, ya que implica que un elemento estructural horizontal empiece a trabajar desde el mismo momento de la aplicación. Las impresoras 3D convencionales resuelven este punto con la incorporación a la impresión de soportes (pequeños filamentos de plástico) que posteriormente se retiran con facilidad. Cuando se trata de apuntalar una construcción, la solución no es tan fácil como con el plástico, y por ello, hasta la actualidad, no hay otra alternativa que ejecutar una construcción por fases.

En nuestros días, la impresión 3D no es una amenaza para la construcción tradicional, pero hay procesos, como la colocación de piezas cerámicas o de bloque de hormigón para envolventes, que sí pueden llegar a sustituir a medio plazo para la automatización de la impresión 3D que elimina el factor humano, y reduce el coste de ejecución.

La propuesta de la construcción 3D

Sin entrar en el detalle, el sentido común ya nos puede hacer intuir que en la comparativa entre un sistema basado en una construcción previa de piezas pequeñas, su transporte a la obra y la colocación individual de las piezas con la incorporación de un material de vínculo, frente a un sistema ejecutado in situ con un único material, siempre saldrá ganando el sistema más sencillo. Esta es la premisa con la que el sector de la construcción 3D ha apoyado su propuesta. También realzan la reducción de logística y mano de obra, la eliminación de intermediarios, la automatización, la reducción del factor humano, la escalabilidad de la ejecución, la reducción de tiempo, la apertura a nuevas formas arquitectónicas, etc.

Los especialistas son conscientes de algunos retos que aún faltan por superar. Por un lado, hay una barrera en el sector para incorporar las nuevas formas que se pueden crear, de imaginar los espacios que se pueden crear. también falta para analizar adecuadamente el comportamiento estructural de los nuevos elementos de construcción que se pueden generar. Por otra parte, los equipos de impresión 3D para construcción todavía tienen que esforzarse para poder operar en condiciones de ejecución complejas, sin requerir la intervención humana durante gran parte del proceso, mejorar su técnica de aplicación, evolucionar los materiales y las tecnologías de aplicación, profundizar en el conocimiento del comportamiento y en la durabilidad de los elementos producidos.

Aceptación de la impresión 3D en el mercado actual

Aparte de muchos obstáculos aún por superar, el gran reto para la construcción 3D es la propia esencia de las obras: un lugar donde es necesario combinar diferentes materiales, sistemas constructivos, herramientas, recursos humanos, componentes con diferentes funciones, etc. La variabilidad de los proyectos y las obras es el motivo principal que ha hecho que el sistema no se imponga al sistema tradicional y no transforme nuestro sector.

Hemos podido entrevistar al representante de una de las empresas principales de construcción 3D en nuestro país, la valenciana Be More 3D, y cuando contaba la historia de su empresa, se hacía evidente el paralelismo con la historia de la impresión 3D en la construcción. Su empresa, nació en la última crisis económica. Un grupo de jóvenes estudiantes de la Universidad Politécnica de Valencia, un par de ingenieros de edificación, otro con grado en ciencia y tecnología de la edificación y un ingeniero electrónico, decidieron trasladar su conocimiento de la impresión 3D de pequeños objetos a la impresión de casas. Con la ayuda de sus ahorros, el apoyo institucional y la colaboración creciente de grandes empresas del sector pudieron desarrollar un primer dispositivo de impresión. Esta es una meta común a las trayectorias de otras empresas de construcción 3D. Las empresas crean un dispositivo cero, donde suele destacar un punto fuerte ante los dispositivos de la competencia, y a partir de ahí el evolucionan añadiendo nuevas funcionalidades.

Una de las primeras experiencias en el estado español desarrollada por la empresa Be More 3D

Be More 3D consiguió en España la impresión de la primera casa que utilizaba este sistema. La casa no se imprimió totalmente, de hecho, el elemento impreso es la envolvente. El resto de elementos se han ido pareciendo como en un sistema de construcción tradicional. La gran mayoría de empresas que se dedican empezaron su curso con un proyecto piloto como este, un proyecto de investigación y desarrollo con un objetivo muy práctico.

Después de los proyectos pilotos, como es el caso de Be More 3D, comienza el interés de las grandes constructoras y promotoras; se plantean proyectos donde se pueda aplicar el sistema, se generan sinergias con despachos técnicos que quieran proyectar edificios basados ​​con esta técnica. En nuestro país, todavía hay mucho camino por recorrer y muchos metros cuadrados para construir y analizar. Otros países, quizás donde hay una demanda constructiva más fuerte, ya se han desarrollado promociones enteras, edificios con alturas considerables y con plazos de ejecución impensables con el sistema tradicional.

Catálogo de dispositivos de impresión 3D aplicados a la construcción

Existe en la actualidad en el mercado un amplio catálogo de máquinas con la capacidad de imprimir viviendas o, al menos, parte de estos. A continuación, se incluye un breve resumen de los modelos que marcan las tipologías más destacadas y de sus características principales.

Características técnicas del sistema

El material con el que se imprime es un elemento clave del sistema y determina los resultados de la construcción. En función de las solicitaciones, en un primer momento, la composición del conglomerado de cemento es objeto de estudio y análisis detallado. De esta forma, aspectos como la dosificación y los aditivos, permiten ajustar la flexibilidad, la consistencia, el aislamiento, la resistencia, la durabilidad y en general las características finales del conglomerado. También la etapa de preparación del material que incluye mezclar y colocar el hormigón en el contenedor, y su distribución por manga con bomba es clave para generar componentes estructurales de capa, con la estabilidad adecuada para finalmente ser extruido.

Se ha realizado ensayos para determinar la resistencia a compresión de los conglomerantes que se están utilizando, y por probetas de 10 x 10 x 10 cm se obtienen valores de 61 MPa a 28 días, y para probetas impresas se obtienen valores de 46,8 MPa a 28 días.

Los actuales modelos de impresión tienen el mismo enfoque general: modelar una forma 3D con capas delgadas planas de conglomerado de cemento con un espesor constante que se pueden apilar entre sí.

Para aportar un mejor comportamiento a la flexo-tracción, se incorporan durante el proceso de impresión, armaduras de epoxi entre capas, obteniendo resultados óptimos a esta solicitación.

Como es obvio, modificando la materia prima se alcanzan elementos más o menos impermeables al agua, con un acabado de capa más fino o más rugoso, o con una mejor o peores transmitancias térmicas. Dependiendo del dispositivo de impresión se pueden encontrar desiguales ratios de producción, pero se puede utilizar la referencia de 3,5 m² por hora de trabajo. Por ejemplo, un edificio de 600 m² se puede llegar a construir en poco más de una semana. En recientes proyectos se han ejecutado construcciones con conglomerados con aditivos para mejorar la resistencia inicial y para reducir el tiempo de secado y curado que mejoran mucho los valores estándares.

Cogiendo los datos facilitados por algunas de las empresas citadas, se obtiene una ratio de coste de la construcción de 250 € por metro cuadrado. Hay que tener en cuenta que en la gran mayoría de ocasiones lo que se cuenta como construcción es la envolvente y divisorias interiores, y otras tareas principales como es la preparación del terreno y la cimentación quedan fuera de esta valoración.

Autor de las fotos: Chopo, Be More ·D, Total Kuston y otros

Nota del editor

Este artículo fue publicado originalmente en El Informativo número 359 de marzo de 2019.

Sobre el autor

Raúl Heras

Raúl Heras es arquitecto técnico, colegiado 10.385. Socio fundador de Sinluz, Ingeniería y Arquitectura y profesor del CAATEEB. Más artículos del autor

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