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Impresión 3D en la construcción: cómo funciona, tecnología e impresoras 3D
La impresión 3D de casas se está volviendo realidad: con la ayuda de impresoras 3D de construcción, se imprimen edificios en Rusia, China, Europa, Asia y América. En este artículo, hablaremos de los proyectos más prometedores en el campo.
Tecnología de impresión
Empecemos por la tecnología. El principio de las impresoras 3D de construcción es la extrusión de una mezcla especial, capa por capa, de acuerdo con un modelo informático tridimensional dado.
La mezcla preparada previamente que consiste en cemento, relleno, plastificante y otros aditivos se carga en la tolva del dispositivo y se alimenta al cabezal de impresión. La mezcla se aplica a la superficie del sitio o capas previamente impresas.
La mayoría de las impresoras 3D para la construcción funcionan según ese principio. Hay tres tipos de dispositivos entre ellos:
Las impresoras 3D de pórtico son una construcción de un marco, tres pórticos y un cabezal de impresión. Con la ayuda de tales dispositivos, es posible imprimir edificios en partes o en su totalidad (si encajan debajo del arco de la impresora).
Los dispositivos Delta son independientes de las guías tridimensionales y pueden imprimir formas más complejas. Aquí, el cabezal de impresión está suspendido en palancas que están unidas a guías verticales.
Finalmente, las impresoras robóticas son un robot o un sistema de robots como un manipulador industrial equipado con extrusoras y controlado por una computadora.
También existen otros métodos de construcción de impresión 3D. Por ejemplo: el equipo D-Shape imprime colocando capas con material en polvo y uniéndolo aplicando una solución adhesiva.
Materiales
El material principal para la impresión 3D de casas son las mezclas de grano fino, que se diferencian del hormigón tradicional. Cada empresa desarrolla su propia receta apropiada para la estructura de una impresora y su boquilla, así como las características específicas de los productos terminados.
Las especificaciones más importantes del hormigón para una impresora 3D son durabilidad, velocidad de solidificación y fraguado, ductilidad. Las propiedades del hormigón están reguladas por la composición de la mezcla: la cantidad de cemento y la calidad de los rellenos, así como los aditivos de los plastificantes.
Las mezclas listas le permiten imprimir elementos de diversa complejidad y tamaños, desde pequeñas formas arquitectónicas como macizos de flores y bancos hasta edificios completos, puentes e incluso rascacielos.
Impresoras
Elaboración de contorno
En 2009, los residentes de la incubadora de startups de Singularity University (también conocida como Singularity Education Group , fundada en 2008 en el NASA Research Park, California) bajo el liderazgo de Behrokh Khoshnevis crearon un proyecto para el desarrollo y la aplicación comercial de la tecnología de construcción de contornos: Contour Crafting , que se considera la primera tecnología de construcción para la impresión 3D y de hecho se ha convertido en la más común: esta es la tecnología en la que una extrusora aplica la mezcla de cemento, como el plástico cuando se imprime con FDM.
Fundada por Behrokh Khoshnevis, la empresa homónima desarrolla esta tecnología de impresión 3D y colabora con la NASA. El desarrollador sugiere usar este método de impresión para restaurar ciudades afectadas por desastres naturales y construir estructuras en otros planetas.
La compañía utiliza una grúa pórtico controlada por computadora con una extrusora montada para la impresión 3D de edificios. El proceso Contour Crafting implica material de fraguado rápido, que la grúa aplica en capas. Se pueden agregar elementos técnicos como accesorios y comunicaciones a medida que se crean las capas.
АМТ
La AMT forma parte del grupo de empresas AMT-SPETSAVIA. Su área de actividad es el desarrollo y fabricación de impresoras 3D para la construcción, venta y mantenimiento de equipos en el mercado mundial. La gama de productos de la empresa consta de siete impresoras 3D de diferentes tamaños.
Esta casa en Yaroslavl es el edificio más grande de Europa y la CEI que se construyó con impresoras AMT. Su superficie total es de 298 metros cuadrados.
Apis Cor
La empresa Apis Cor Engineering es un desarrollador ruso de un dispositivo 3D móvil único que puede imprimir una casa por completo en el sitio de construcción.
Las dimensiones totales de la impresora 3D cuando se ensambla son 4 × 1,6 × 1,5 m, el peso es de 2 toneladas. La zona de impresión es de 131 metros cuadrados. Para imprimir edificios y estructuras de gran tamaño, se pueden utilizar varias impresoras 3D sincronizadas.
WINSUN
En 2020, la empresa Winsun con sede en Shanghái se hizo famosa en todo el mundo por la construcción de diez edificios impresos en 3D en solo un día. De hecho, las cosas resultaron ser un poco más modestas: pequeñas “cajas” se imprimieron bloque a bloque de antemano y luego se ensamblaron en la obra, sin accesorios ni comunicaciones, pero con acristalamiento.
La empresa utiliza una impresora basada en tecnología FDM y proceso incremental con cemento, arena y fibra de vidrio. Estos materiales proporcionan suficiente resistencia a la pared. La impresora 3D WINSUN tiene un diseño de pórtico con unas dimensiones de 36x12x6 metros.
Forma de D
D-Shape es una de las opciones más inusuales para la impresión 3D de construcción. El dispositivo no utiliza una extrusora colocada a lo largo de tres ejes, sino que se basa en una serie de 300 boquillas montadas en una plataforma móvil. Las dimensiones de la plataforma de la impresora en la versión actual son 6×6 metros.
La tecnología D-Shape se parece a la impresión por inyección de tinta; el juego de boquillas se utiliza para aplicar un agente adhesivo a las capas de arena.
Construcción CyBe
CyBe Construction es una empresa de los Países Bajos que utiliza la impresión 3D en la construcción «llave en mano» de viviendas. CyBe produce materiales de construcción y dos modelos de impresoras 3D de construcción.
Estos grandes dispositivos industriales requieren la participación de dos operadores, sin embargo, son capaces de imprimir grandes edificios muy rápidamente. Por ejemplo, en Dubai en 2020, la compañía imprimió un laboratorio de 168 metros cuadrados en solo tres semanas.
BatiPrint
La Universidad de Nantes, Francia, en colaboración con el Laboratorio de Ciencias Digitales de Nantes (LS2N), está trabajando en un proyecto de casa impresa en 3D conocido como Yhnova.
Para el proyecto se utilizará el método Batiprint3D desarrollado por la universidad: impresión 3D «desde el interior». El encofrado de poliuretano se imprime con la ayuda de la pulverización capa por capa de material similar a la espuma de fijación, después del endurecimiento del cual se rellena con hormigón.
El proyecto Yhnova es la construcción de una vivienda social de cinco habitaciones con paredes arqueadas y esquinas redondeadas. El brazo robótico Batiprint3D puede imprimir estructuras de hasta 7 metros de altura, y el área de la casa planificada es de 95 metros cuadrados.
AVISPA
El fabricante italiano WASP ha creado la impresora 3D para construcción más grande hasta la fecha. Este bot delta, de 12 metros de alto y 7 metros de ancho, tiene palancas ajustables de hasta 6 metros de largo.
El uso de una impresora llamada BigDelta tiene como objetivo eliminar la crisis de la vivienda creando casas más baratas, lo que es especialmente importante para los países en desarrollo.
El proyecto BigDelta es la impresión 3D de la construcción con el uso de materiales naturales. Como «consumibles», el proyecto utiliza tierra y paja prensada.
Conclusión
Construcción La impresión 3D es una de las áreas más prometedoras en la construcción en su conjunto. Su aplicación conduce a beneficios comerciales basados en menos personal necesario y menores costos de material; beneficios sociales: debido a la capacidad de construir rápidamente viviendas de bajo costo para los pobres y los afectados por desastres naturales; bonificaciones de reputación: construcción más respetuosa con el medio ambiente con menor consumo de energía y desperdicio.
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