¿Cómo funciona una impresora 3D de hormigón?

En los últimos años, el papel de la fabricación aditiva en la industria de la construcción se ha vuelto cada vez más importante. Las impresoras 3D de hormigón han ido ganando popularidad entre arquitectos y empresas de construcción. Esto se debe a que el hormigón es una de las sustancias más utilizada en el mundo. Se trata de un material compuesto de cemento, agua y otros agregados (partículas finas y gruesas de arena, grava, piedra triturada y sustancias similares). Como tal, el hormigón es un material económico y, por tanto, muy popular en el sector. Sin embargo, las propias impresoras 3D de hormigón son bastante caras, con un precio desde $180 mil a más de $1 millón. No obstante, existen varios beneficios de utilizar una impresora 3D de hormigón en lugar de los métodos de fabricación tradicionales. Es más rápido, más barato, seguro y eficiente. Una impresora 3D de hormigón no solo reduce el desperdicio mínimo, sino también la cantidad de personal y la longitud de las cadenas de suministro. Además, utilizando una impresora de este calibre, la construcción se puede completar con un mayor grado de resiliencia y complejidad geométrica.

Una impresora 3D de hormigón estándar funciona de manera muy similar a las estándar de escritorio: ambas se basan en la extrusión de material. Sus procesos se parecen mucho entre sí. Primero se crea un modelo digital utilizando un software de modelado 3D; luego, el modelo se lamina y se traduce al G-code; El G-code luego guía el cabezal de impresión que deposita el material bombeado desde una mezcladora de cemento en capas hasta que se produce la pieza final. Una solución de hormigón está diseñada para fabricar estructuras de forma aditiva mediante extrusión de material mediante un brazo con un extremo unido al cabezal de impresión y el otro a un sistema de brazo robótico o en estilo pórtico. Dependiendo del tipo de máquina, su diseño, capacidad y proceso varían. Cada uno tiene ventajas e inconvenientes distintos según la aplicación deseada. El volumen de construcción, la resolución de impresión, la practicidad y la eficiencia de la máquina variarán según su sistema, tecnología, fabricante y aplicaciones previstas.

La impresión 3D de hormigón ahorra costes y tiempo. | Créditos: Mike Jazdyk

Impresora 3D de hormigón en pórtico

El término pórtico proviene de la estructura aérea de estilo pórtico que sujeta la máquina. Si bien este tipo de impresoras 3D son una opción adecuada para proyectos de construcción comercial, rara vez se usan en proyectos más pequeños, debido al gran tamaño y la portabilidad limitada, así como el esfuerzo técnico requerido para configurarlos y desmantelarlos. Este tipo de soluciones normalmente funciona con un sistema de coordinación cartesiano que consta de ejes x, y, z. Estos ejes están definidos por los rieles y vigas de la estructura portante. El eje “x” corresponde a la longitud de los rieles que mueven la impresora hacia adelante y hacia atrás, mientras que el eje “y” corresponde a la longitud del riel que lleva el cabezal de impresión y conecta los pilares, que a su vez están definidos por el eje “z” para moverse hacia arriba y hacia abajo.

Por ejemplo, la impresora 3D de ICON, la Vulcan II, se basa en este sistema. Con un volumen de construcción de 260 x 850 x 260 cm y un peso de alrededor de 1,7 toneladas, la estructura de la máquina mide 2,5 metros de alto y 8,5 de ancho. La máquina utiliza exclusivamente el material de hormigón patentado por ICON, Lavacrete. Como la mayoría de las impresoras 3D de hormigón a gran escala, la Vulcan II en sí es cara, con un precio en torno a los 250.000 dólares. A pesar de esto, la fabricación aditiva reduce significativamente los costes de construcción, ya que muchas empresas optarán por contratar la máquina. De hecho, en 2019, la impresora de ICON construyó con éxito una casa por menos de $4000, en solo 24 horas.

La Vulcan II de ICON incorpora un sistema de pórtico con ejes x, y, z. | Créditos: ICON

Impresora 3D de hormigón con brazo robótico

Una impresora 3D de hormigón con brazo robótico o mecanizado está sujeta por una estructura similar a una grúa que normalmente funciona con 6 ejes. Es posible crear geometrías más complejas y piezas de mayor resolución de lo que es posible con una máquina en pórtico. Este tipo de impresora 3D también tiene una mayor portabilidad y compacidad, por lo tanto, es más fácil de configurar y desmontar. Generalmente, estos permiten volúmenes de construcción limitados y, por lo tanto, se restringieron a la construcción de piezas más pequeñas. Los avances recientes han permitido que las máquinas de desarrollo tengan volúmenes de construcción más grandes, rivalizando con los de las impresoras de pórtico. Por otro lado, las impresoras de brazo robótico tienden a ser más caras que las que tienen un sistemas de pórtico.

La startup rusa, Apis Cor, fue noticia en 2018 después de lograr construir una casa de 120 metros cuadrados que se construyó desde cero utilizando su máquina patentada. El proyecto se completó en tan solo 24 horas en Moscú y costó solo $10,000. Dos años más tarde, la compañía volvió a ser noticia después de construir con éxito el edificio impreso en 3D más grande del mundo en Dubai con su tecnología patentada de fabricación aditiva.

La solución de brazo robótico de Apis Cor con 6 ejes.| Créditos: Apis Cor

Para recapitular

A pesar de la idea errónea de que un edificio se puede construir en su totalidad solo con una impresora 3D de hormigón, normalmente solo las paredes y los cimientos se crean con esta técnica. No obstante, la fabricación aditiva de hormigón ha tenido un impacto enorme en la industria de la construcción. En la última década han surgido varias empresas especializadas en el desarrollo de esta tecnología. La empresa danesa COBOD construyó el primer edificio residencial impreso en 3D de Alemania utilizando su impresora 3D BOD2, y desde entonces ha anunciado un proyecto de edificio residencial de tres pisos, que ya ha comenzado a construirse y tendrá una superficie de 380 metros cuadrados. Estos métodos ya han permitido construir viviendas en varios países del mundo, incluidos Alemania, Bélgica, Dubái, Marruecos y Francia, así como una oficina en Dinamarca.

El rápido desarrollo de la tecnología de impresión 3D de hormigón ha dado lugar a varias iniciativas sorprendentes. Por ejemplo, Twente Additive Manufacturing (TAM) ha combinado sistemas de brazo robótico y pórtico para desarrollar una solución de 9 ejes. Ésta comprende los 6 ejes estándar de una impresora 3D de hormigón con brazo robótico, así como los ejes cartesianos de elevación, traslación y rotación adicionales del sistema de pórtico. Varios de estos avances ofrecen soluciones a nivel mundial para problemas como la falta de vivienda y la preservación de los recursos naturales.

Casa construida con impresora 3D de hormigón COBOD. | Créditos: COBOD

¿Conocías el funcionamiento de una impresora 3D de hormigón? Cuéntanoslo en nuestras redes sociales: Facebook, Twitter, Youtube y RSS. Sigue toda la información sobre impresión 3D en nuestra Newsletter semanal.