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¿Están las tecnologías de impresión 3D cambiando la percepción de la arquitectura?

Publicado el noviembre 12, 2020 por Alicia M.

La arquitectura es tanto el proceso como el producto de la planificación, el diseño y la construcción de estructuras físicas. Un buen arquitecto a menudo puede transformar un espacio promedio en un diseño práctico y estéticamente superior. Hace varios años, el sector de la arquitectura y el diseño comenzó a experimentar con tecnologías de impresión 3D. Hoy en día, las estructuras fabricadas con impresión 3D ya no son novedad. Se ha vuelto casi común que los estudios de diseño y construcción posean una solución de escritorio para crear modelos 3D de sus proyectos. Además, un número cada vez mayor de empresas en todo el mundo está optando por incorporar la fabricación aditiva también en sus procesos de producción, redefiniendo su modelo de negocio.

Entonces, ¿cómo beneficia exactamente la impresión 3D a las empresas de arquitectura y diseño? ¿Cuáles son las diferentes aplicaciones de esta avanzada tecnología dentro del sector? Decidimos analizar más de cerca la situación actual para comprender por qué las empresas eligen integrar la impresión 3D en la arquitectura y cómo la gestionan.

VULCAN, pabellón arquitectónico impreso en 3D para la Semana del Diseño de Beijing en 2015 | Créditos: Laboratory for creative design

¿Cuáles son los beneficios de adoptar la impresión 3D en arquitectura?

Si estas nuevas técnicas no ofrecieran beneficios sobre los métodos convencionales, probablemente no habría muchas razones para integrar la tecnología en la arquitectura. De hecho, las ventajas de la impresión 3D son numerosas y son algo similares a las del sector de la construcción también. José Aguilar, cofundador y director ejecutivo del māk studio con sede en Texas, nos contó más sobre la utilidad de estas tecnologías:

“He estado usando la impresión 3D desde 2008 y vi los beneficios de esa tecnología en las áreas arquitectónicas de diseño y construcción con bastante rapidez. El desarrollo de software para la industria de la arquitectura, la construcción y el mobiliario siempre ha estado muy por delante de la capacidad real de la industria manufacturera para generar diseños geométricos muy complejos. Esto se debe principalmente a que los métodos tradicionales se basan en la traducción de objetos tridimensionales en dibujos bidimensionales que se utilizan para la fabricación, y luego está el coste de mano de obra involucrado en el ensamblaje de esas piezas. La impresión 3D evita ese extenso proceso y, siendo la tecnología actual lo que es, casi se puede imprimir directamente desde un objeto dimensional 3D. Esto trae ventajas como la reducción del tiempo en CAM Design, el tiempo de impresión de simulación de fabricación precisa, y el objeto impreso y cualquiera de sus otros componentes son en última instancia más sólidos y tienen una mayor integridad estructural”, dice José Aguilar.

Libertad de diseño y geometrías complejas

Sin lugar a dudas, la mayor ventaja de aplicar la impresión 3D en proyectos arquitectónicos es la libertad de diseño, ya que formas antes inimaginables ahora se han vuelto posibles e incluso fáciles de fabricar. En otras palabras, con una mayor libertad de diseño, surge la oportunidad de crear nuevas geometrías complejas. “Al utilizar una impresora 3D, podemos imprimir muchas opciones de diseño diferentes”, comenta Bercy Chen Studio, la firma de arquitectura con sede en Estados Unidos. “En lugar de tener el diseño solo en la pantalla, los modelos 3D nos ayudan a tener una mejor vista de nuestro diseño y nos dan la oportunidad de explorar las mejores opciones”, además, hacer múltiples iteraciones es rentable.

Cuando XtreeE imprimió en 3D tres bancos de hormigón únicos que presentaban un patrón tejido, la empresa utilizó un brazo robótico de fabricación aditiva de 6 ejes. El robot podría depositar capas de material, moviéndose en un movimiento definido para crear el patrón tejido. Es una geometría muy compleja de obtener con un molde clásico, que habría sido considerablemente más caro. Por lo tanto, la tecnología de impresión 3D ofreció a los fabricantes más libertad para agregar complejidad al modelo.

El banco de hormigón de XtreeE es un ejemplo de geometrías complejas implementadas gracias a la impresión 3D.

Sustentabilidad

Ha habido cierto debate sobre si la fabricación aditiva es realmente más ecológica que otros métodos de producción. Pero incluso si algunos materiales de impresión 3D no son «ecológicos», todavía hay varias formas en las que la impresión 3D demuestra ser más sostenible que los métodos de construcción tradicionales. Según XTreeE, la sostenibilidad se manifiesta en la reducción del consumo de material, ya sea considerado en el propio producto, reducido gracias a la optimización geométrica, o en los diversos residuos asociados. “Creemos en un paradigma prefabricado robótico fuera del sitio, que ayuda a producir elementos de alto nivel de rendimiento novedoso y menor impacto. Una ventaja importante a mencionar es la enorme reducción de las operaciones en el sitio, lo que brinda eficiencia y sostenibilidad”.

Según el Studio RAP, la contribución de la impresión 3D a la sostenibilidad es obvia porque minimiza claramente el uso de recursos. Además, esta tecnología permite la fabricación descentralizada bajo demanda, sin necesidad de stocks y transporte (intercontinental), minimizando así su huella de carbono.

Un robot industrial Kuka que imprime en 3D una gran pieza de hormigón. | Créditos: Hyperion Robotics

Personalización

La capacidad de ofrecer productos altamente personalizables se ha convertido en la clave para mantener la competitividad. José Aguilar explica: “Un factor importante para que podamos ser competitivos en esta industria es el nivel de personalización que podemos dar a nuestros clientes. Siempre buscan productos «listos para usar», pero naturalmente los quieren y necesitan personalizados para sus requisitos específicos. Esto es algo difícil de lograr con los métodos tradicionales de fabricación, pero con la impresión 3D se puede ofrecer personalización y no tener que invertir en I + D cada vez que un cliente desea un cambio”.

Aplicaciones del 3D en la arquitectura

Vinculado a los beneficios de las tecnologías 3D están las aplicaciones. Lo fascinante de la arquitectura es que abarca una amplia variedad de proyectos y aplicaciones, que van desde la planificación urbana hasta el diseño de interiores. Cuando se trata del proceso de creación, estas son algunas de las principales aplicaciones donde se utilizan tecnologías 3D.

Modelado 3D digital

El modelado 3D es un paso clave en el flujo de trabajo de impresión 3D, y la variedad de softwares de modelado 3D disponibles en el mercado ha seguido creciendo en los últimos años. Se puede utilizar para diseñar prototipos de una pieza, estructuras reales o modelos a escala de un proyecto. Algunas empresas prefieren utilizar varios programas de software diferentes para lograr los mejores resultados. Romain Duballet, cofundador de la empresa francesa AM XtreeE, dijo: “Usamos varios programas, Rhino y Grasshopper, por supuesto, algunos programas de Autodesk, algunos programas de análisis físico y optimización. Para aplicaciones específicas, codificamos nuestros propios programas. Esto nos ayuda a generar geometría más compleja, por un lado, y administrar fácilmente la producción, por otro”. Una vez que se renderiza el archivo digital, los diseñadores generalmente delegan en los ingenieros para comenzar a imprimir en 3D el prototipo.

Créditos: Studio One Eleven

Creación de prototipos

La creación de prototipos es fundamental en la arquitectura y es la etapa que está siendo más afectada por las tecnologías de impresión 3D. Anteriormente, la creación de modelos 3D requería mucho tiempo además de ser una labor intensa, mientras que las versiones 2D no eran tan útiles. Hoy en día, la impresión 3D reduce significativamente el tiempo y el esfuerzo. Debido a la naturaleza flexible de las impresoras 3D, se pueden producir modelos de construcción o estructuras simples y complejas en horas en lugar de semanas o incluso meses. Una vez se tiene el modelo, se puede comenzar las conversaciones con los clientes, lo que a su vez ahorra tiempo y dinero, reduce el riesgo de errores costosos y acelera todo el proceso de diseño a acuerdo.

Con sede en los Estados Unidos, māk studio se especializa en la ingeniería y fabricación de características arquitectónicas complejas y muebles de interiores comerciales para la industria del diseño y la construcción. El estudio se dio cuenta rápidamente de que la impresión 3D era ideal para la creación de prototipos y la prueba de modelos conceptuales. Hoy en día, la firma utiliza su impresora 3D Gigabot para prototipar las etapas iniciales de casi todos sus proyectos.

“No hace mucho, diseñamos un mostrador de recepción que tenía una geometría compleja. Una vez que tuvimos un diseño, imprimimos en 3D varias versiones pequeñas que luego se compartieron con algunos de nuestros clientes actuales para obtener sus comentarios. Una pequeña prueba del producto nos ayuda a conseguir el mercado adecuado antes de pasar a gran escala. ¡Algunos clientes nos pidieron que construyéramos el tamaño completo para sus proyectos! Así que no tuvimos que invertir demasiado tiempo en I + D por adelantado y estamos a punto de lanzarlo como un producto al mercado”, afirma el cofundador y director ejecutivo, José Aguilar. Para obtener más información sobre el proceso de la empresa, puedes ver el video a continuación en el que los diseñadores hablan sobre un muro personalizado que crearon para re: 3D.

Infraestructura Urbana

La impresión 3D está revolucionando la planificación urbana en más de una forma. En primer lugar, los arquitectos tienen la capacidad de imprimir en 3D un modelo de un pueblo o ciudad completa. Esto es algo que se puede lograr en cuestión de horas con el equipo y los materiales de impresión adecuados. Pero aún más interesantes son los proyectos reales que se han completado o están en marcha. La impresión 3D de infraestructura urbana es a menudo una colaboración entre una empresa de arquitectura de impresión 3D y la ciudad o el gobierno, aunque también puede ser un proyecto comercial. Las estructuras generalmente van desde puentes impresos en 3D hasta fachadas decorativas de edificios y paradas de transporte.

Con sede en los Países Bajos, el Studio RAP está trabajando en varios proyectos arquitectónicos impresos en 3D. Con el Ayuntamiento de Rotterdam como cliente, la empresa ha desarrollado una parada de taxi acuático diseñada paramétricamente que aplica tecnología de impresión de hormigón de última generación. El cofundador, Wessel van Beerendonk, explica: “El diseño consta de dos superficies entrelazadas (tejidas) que guían los cables de postesado a lo largo de la estructura. Se apilarán seis piezas impresas de hormigón una encima de la otra para asegurar un voladizo de 3,5 metros”.

Parada de taxi acuático diseñada paramétricamente para la ciudad de Rotterdam con tecnología de impresión 3D de hormigón aplicado | Créditos: Studio RAP

Escaneo 3D en la arquitectura

Los urbanistas a menudo se comunican con otros profesionales como ingenieros y arquitectos para crear o mejorar ciudades. Al hacerlo, a menudo proporcionan medidas de objetos físicos, como adiciones a un edificio. Sin embargo, las mediciones inexactas podrían ralentizar la construcción, dando como resultado errores que hacen que los proyectos se excedan del presupuesto. Afortunadamente, el escaneo 3D es una forma más rápida y precisa de medir dimensiones en comparación con los métodos tradicionales. Un buen ejemplo sería la reconstrucción de la estación central de Michigan por Ford Motor Co. Con el objetivo de garantizar la precisión del diseño histórico del edificio icónico, la empresa utilizó escáneres 3D de triangulación láser de Creaform para generar modelos 3D precisos de varios elementos de la estación.

El escáner 3D de Creaform utiliza 15 cruces láser que capturan la forma de cualquier objeto físico. Mide detalles finos, hasta el grosor de un cabello humano, y captura formas libres para generar archivos de malla digital. Este tipo de escaneo es para superficies contorneadas y geometrías complejas que requieren grandes cantidades de datos para ser procesadas con precisión. En general, el escaneo 3D hace que los proyectos de restauración sean más precisos, ahorra tiempo y permite tomar medidas que de otro modo hubieran sido imposibles de obtener.

Ford está utilizando escáneres 3D de Creaform para restaurar la arquitectura original de la estación central de Michigan.

Materiales

¿Cuáles son las opciones de materiales más populares para los arquitectos y diseñadores innovadores? Lo primero que viene a la mente es el hormigón, ya que es el material de construcción más utilizado, tanto para la fabricación convencional como la aditiva. Naturalmente, el hormigón es modificado o reforzado constantemente por casi todas las empresas de construcción que lo utilizan, por lo que es raro ver a dos fabricantes extruyendo exactamente el mismo tipo de hormigón con sus máquinas. Otro material popular para la impresión 3D en arquitectura es la cerámica. Por ejemplo, para uno de sus proyectos, Studio RAP está imprimiendo en 3D 4.000 baldosas cerámicas para decorar un edificio residencial. Las baldosas cerámicas reinterpretan las cualidades decorativas de fama mundial de la porcelana holandesa Delft Blue.

Para las piezas de interiorismo es más común apostar por los plásticos. Sin embargo, entre los materiales de impresión 3D menos populares, pero quizás más exclusivos, se encuentra la madera. No es frecuente que nos encontremos con una empresa que utilice madera como su principal material de impresión 3D, pero Forust Corporation es una de ellas. Esta empresa estadounidense imprime en 3D con aserrín, que es un subproducto de desecho de la fabricación de muebles, para crear hermosos objetos funcionales para interiores. Recientemente, han podido utilizar el mapeo de texturas y colores para recrear una apariencia de madera realista en objetos hechos de aserrín.

Forust Corp. imprime en 3D piezas de madera de diseño de interiores a partir de aserrín reciclado. | Créditos: Forust Corp.

¿Qué tan sencillo es para las empresas adoptar la impresión 3D en su actividad?

“¡Fue fácil!”, Afirma Jessie Ho de Bercy Chen Studio. Con sede en Austin, Texas y oficinas en Taipei y Ciudad de México, la firma de arquitectura ha estado utilizando Ultimaker 2 y 3 durante 5 años para imprimir modelos en 3D. “Podemos usar el software con el que estamos familiarizados (Sketchup, Rhino, Revit) para modelar el proyecto y luego simplemente exportarlo a Cura para su impresión en 3D. Hay algunos consejos sobre la configuración al exportar los archivos que necesitamos aprender, ¡pero toda la información se puede encontrar fácilmente en Internet!”.

Algunas empresas capacitan a un par de empleados para que se encarguen de las impresoras 3D, mientras que otras alientan a todos los miembros del equipo a aprender a operar con ellas. “Tenemos un equipo de diseñadores y creadores, por lo que casi todos saben cómo operar la impresora 3D, lo cual es una necesidad, ya que siempre estamos creando prototipos y cuantos más miembros del equipo puedan ayudar con ese trabajo, mejor”, dice el CEO de māk estudio.

Los dos principales desafíos en la adopción de la impresión 3D para una empresa de arquitectura son el aspecto técnico del funcionamiento de una máquina de fabricación aditiva, así como la optimización de los parámetros para ciertos materiales. Cuando se les preguntó acerca de los desafíos de la tecnología, Bercy Chen Studio respondió que fueron “principalmente problemas técnicos, como un cabezal de boquilla bloqueado, nivelación de la placa, configuración de parámetros de diferentes materiales”, que aprendieron a resolver con el tiempo. Aguilar nos contó sobre problemas similares enfrentados por māk studio: “Al principio teníamos bastantes errores, pero tenía que ver más con los problemas técnicos con la impresora de ese momento, que con las personas que programaban y ejecutaban el máquina. Con nuestra impresora 3D actual (Gigabot) conseguimos impresiones mucho más precisas”.

Se utilizó la impresión 3D para crear la forma única de la casa Arrowhead. | Créditos: Bercy Chen Studio

¿Es la impresión 3D el futuro de la arquitectura y el diseño?

El cofundador de Studio RAP, Wessel van Beerendonk, cree que la impresión 3D contribuirá a una revolución en la forma en que se diseñan, construyen, mantienen y reutilizan los edificios. “Esta tecnología es uno de los últimos eslabones que faltan para permitir una cadena de suministro digital completa dentro de la industria de la construcción. Además de la eficiencia y la libertad de diseño, también existen beneficios sociales que contribuyen a un campo de juego equitativo en el que empresas e individuos de todo el mundo pueden contribuir y contribuirán en el diseño y la creación de edificios fabricados localmente. Esto ofrece oportunidades para un crecimiento sostenible e inclusivo en todo el mundo. Mejora la nueva estética, repensemos la profesión arquitectónica, la posición que tomamos dentro del proceso de construcción y nuestros modelos de negocio”. Los beneficios de esta tecnología son muy diversos, una cosa está clara: ¡tiene lo que se necesita para alterar la forma en que vivimos!

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