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En Detalle: Sistema de Impresión 3D / Construcción por contornos

En Detalle: Sistema de Impresión 3D / Construcción por contornos
Courtesy of 3ders
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Hace algunas semanas les presentamos un artículo que profundizaba sobre la abundante inserción de la robótica, la optimización digital y las tecnologías CAD/CAM en los procesos de diseño. Asi mismo, les mostramos también cómo en China se levantaron 10 casas en 24 horas a partir de un sistema de Impresión en 3D. Es decir, tanto en la teoría como en la práctica, estos nuevos sistemas, han emprendido un camino que progresivamente pareciera estar cambiando los paradigmas convencionales sobre nuestro modo de entender los procesos de diseño, fabricación y construcción de la Obra de Arquitectura. Es por esto que a continuación, revisamos En Detalle el sistema de impresión 3D, de construcción por contornos, el mismo que recientemente levantó las 10 Casas en China y que hoy se proyecta como uno de los modelos más avanzados en esta materia. ¿Estamos frente a un nuevo paradigma de diseño arquitectónico? Conoce más después del salto.

Courtesy of 3ders Courtesy of Contour crafting Courtesy of Wall street Journal Courtesy of 3ders +14

Courtesy of 3ders
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Todos sabemos que los procesos industriales de construcción implican un amplio gasto energético, y que en la mayoría de los casos, representan un alto grado de impacto al medio ambiente a partir de la emisión de gases contaminantes que se producen en ellos. Por ello, la elección de los materiales en el proceso de diseño, está profundamente vinculada con la efectividad medioambiental de nuestras propuestas Arquitectónicas, ya que al ser conscientes de los efectos que ejercen sus procesos de extracción, fabricación, transporte y montaje, podemos ser capaces de proyectar de manera más eficiente y sustentable.

Courtesy of Contour crafting
Courtesy of Contour crafting

Ante este escenario, la Impresión en tres dimensiones, más conocida como Impresión 3D -comúnmente aplicada para construir piezas industriales para autos o figuras de acción- , se ha ido trasladando cada vez más, al campo de la Arquitectura instalando una tecnología de fabricación y montaje, que pretende asegurar la aceleración y optimización en los procesos de construcción de la Obra de Arquitectura, disminuyendo los costos de producción energética y la cantidad de emisiones en la fabricación (3). Todo esto alineado bajo un mismo principio; Diseñar - Programar - Imprimir.

El Sistema: " Impresión 3D, Construcción por contornos"

El "Contour Crafting" (1) o "Construcción por contornos", es una tecnología de construcción creada y desarrollada por Behrokh Khoshnevis (2). Esta tecnología de construcción en 3D reduce potencialmente el uso de energía y las emisiones, mediante el uso de un proceso de impresión rápida para la fabricación de piezas estructurales de gran tamaño. La tecnología se compone fundamentalmente a partir de un sistema de brazos robóticos y boquillas de extrusión, dispuesto sobre un pórtico móvil, controlado digitalmente.

En Detalle: Sistema de Impresión 3D / Construcción por contornos, Courtesy of 3ders
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El sistema corresponde a una tecnología de fabricación por capas, cuyas aplicaciones poseen un gran potencial para la automatización de la construcción de grandes estructuras, como de sus sub-componentes. El mismo Behrokh Khoshnevis, ha sostenido que "utilizando este proceso, una sola casa o un conjunto de ellas, pueden ser construidas de forma automática en un solo plazo, incluyendo para cada unidad, todos los conductos de electricidad, plomería y aire acondicionado.

Cómo funciona

Actualmente existen dos modos de llevar a cabo este sistema.

El primero, es la tecnología de fabricación / construcción en obra, a partir de la instalación de una serie de elementos, maquinarias e infraestructuras digitales in situ. A través del montaje de estos dispositivos, un brazo robótico despliega un mecanismo de extrusión, que se mueve en los tres ejes produciendo cemento húmedo, combinado con un endurecedor y un aglomerante especial.

Courtesy of Contour crafting
Courtesy of Contour crafting

El brazo posee una boquilla, que funciona como inyectora de cemento que va formando un espesor continuo de multicapas de 4" de espesor, manteniendo una determinada viscosidad en la mezcla. La inyección se propaga por toda la estructura, capa por capa, según el diseño Arquitectónico incorporado al programa de control digital. A partir del control digitalizado, el sistema es capaz de formar superficies llanas y precisas para construir la estructura de cada uno de los elementos soportantes. El sistema de muros, se compone en base a una cáscara mixta de cemento y fibra de vidrio, sobre la cual se instalan piezas metálicas cada 45 cm que ayudan rigidizar la estructura. El creador de este sistema, afirma que gracias a esta tecnología, sería posible fabricar la estructura completa de una casa de 185 m2 en menos de 20 horas

Detalle proceso inyección + piezas metálicas. Image Courtesy of USC
Detalle proceso inyección + piezas metálicas. Image Courtesy of USC

* Detalle impresión 3d / Muro con piezas metálicas

El segundo sistema de construcción por contornos es el desarrollado por Ma Yihe, Director de la Compañía WinSun new materials la cual recientemente sorprendió a todos al levantar 10 casas en tan sólo 24 horas. El sistema funciona de manera similar al anterior, sólo que éste es producido en fábrica y posteriormente transportado hacia la obra para ser rápidamente montado. En la fábrica, una mega impresora de 32-metros de largo, 10 metros de ancho y 6,6 metros de altura, imprime cada uno de los componentes estructurales. El Robot, fabricó los elementos de la envolvente (Muros estructurales) a partir del sistema de impresión por capas, compuesto a partir de una cáscara externa y un alma reticulada que otorga rigidez a la estructura.

Detalle proceso inyección alma rígida
Detalle proceso inyección alma rígida

* Detalle impresión 3d / muro con alma rígida

Courtesy of 3ders
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A pesar de no poseer las mismas características que el sistema de fabricación / construcción in situ, esta tecnología posee mayor efectividad, pues, resulta mucho más realista, proceder bajo un sistema de pre-fabricación de piezas para luego montar en obra- con un mismo proceso de bajo impacto en emisiones y costo energético- , que realizar todas las operaciones en un mismo lugar.

Courtesy of Wall street Journal
Courtesy of Wall street Journal
Courtesy of 3ders
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Sección de una pieza de envolvente imprimida por construcción por contornos.

Ventajas

El éxito de esta tecnología radica en el uso de herramientas automatizadas, antiguamente esgrimidas a mano, que son combinadas con la robótica convencional. Algunas de las ventajas fundamentales del proceso de la Construcción por contornos sobre las tecnologías existentes, son el acabado de las superficies y la velocidad de fabricación, pero se pueden agregar, entre otras, las siguientes:

- Menor cantidad de materiales ( no necesita encofrados o sistemas de moldajes)
- Menor consumo total de energía en todas las fases de construcción
- Menor pérdida de material (no produce desechos)
- Menor transporte de material, equipos y mano de obra.

Sistema de transporte del pórtico móvil
Sistema de transporte del pórtico móvil

* Diagrama de transporte de la impresora

¿Arquitectura para imprimir?

Frente a la aparición de estas tecnologías, debemos adaptarnos con una mirada crítica y re-formular estos sistemas en torno a las necesidades básicas que urgen a las sociedades contemporáneas. Porque las propiedades ambientales que representa la fabricación de estas piezas en relación a los métodos convencionales y la extrema rapidez de montaje, significan una ventaja que no sólo es beneficiosa al medio ambiente, sino que son una gran oportunidad para re-pensar -por ejemplo-  la Arquitectura de emergencia. Refugios para contextos extremos o soluciones habitacionales mínimas para situaciones de desastres naturales como huracánes, sismos, maremotos, incendios u otros, pueden ser importantes desafíos de diseño para que Arquitectos podamos dar sentido a estos sistemas y las tecnologías robóticas en la Arquitectura se transformen en una verdadera herramienta para alcanzar un diseño más humano y una mejor calidad de vida.

(1) Contour Crafting. Robotic construction system
(2) Joshua Pearce. "Environmental Life Cycle Analysis of Distributed 3D Printing and Conventional Manufacturing of Polymer Products"
(3) Behrokh Khoshnevis es Director del Centro de Tecnologías de fabricación automatizadas (CRAFT, por sus siglas en inglés) y Director del Programa de Postgrado en Ingeniería de Manufactura de la USC.

* Ilustraciones de detalle de "University Of Southern California: Extrusion of cementitious material with different curing rates"

Cita: Enzo Vergara. "En Detalle: Sistema de Impresión 3D / Construcción por contornos" 29 abr 2014. ArchDaily Perú. Accedido el . <http://www.archdaily.pe/pe/02-357233/en-detalle-sistema-de-impresion-3d-construccion-por-contornos>