Scawo3D desarrolla la impresión de hormigón por inyección de tinta

Es poco probable que alguien involucrado en la impresión 3D se haya perdido la tendencia de las casas impresas en 3D. Nuevas empresas impulsan continuamente el establecimiento de la impresión 3D en el sector. La impresión por extrusión se utiliza a menudo con enormes robots de impresión que crean edificios modernos capa por capa. Sin embargo, Scawo3D adopta un enfoque diferente. Con su tecnología Selective Paste Intrusion, la empresa con sede en Sarntal, en el Tirol del Sur (Italia), ha encontrado una forma de producir componentes de hormigón mediante un proceso de lecho de polvo. La empresa produce un hormigón isotrópico de alta resistencia que también es resistente a la intemperie. Con esta tecnología, no hay límites para la imaginación e incluso se pueden realizar geometrías complejas a unos costes de producción razonables. Hablamos con Philip Schneider, de Scawo3D, para saber más sobre el enfoque innovador de la empresa.

3DN: ¿Podrías presentarte brevemente y contarnos cuál es tu función en Scawo3D?

El equipo de Scawo3D (de izquierda a derecha): Andreas Spiess (programación de máquinas), Kurt Wohlgemuth (propietario de la empresa, inventor) y Philip Schneider (arquitectura y diseño computacional) (créditos de la foto: Scawo3D).

Hola, soy Philip Schneider, estudié arquitectura con especialización en diseño computacional y fabricación digital en la Universidad Técnica de Múnich. Llegué a la impresión 3D en hormigón y a Scawo3D a principios de 2022 a través del diseño de un puente peatonal impreso en 3D durante mis estudios, que finalmente se realizó junto con Scawo3D.

Scawo3D es el inventor del primer cabezal de impresión del mundo para pasta de hormigón para un nuevo proceso de impresión 3D llamado Selective Paste Intrusion (SPI, por sus siglas en inglés). Somos los desarrolladores y únicos fabricantes de este cabezal de impresión, así como proveedores de servicios de impresión 3D de hormigón. Desarrollamos y optimizamos constantemente el proceso con el fin de proporcionar a nuestros clientes las mejores máquinas posibles y hacer que nuestro servicio sea más accesible en términos de precio.

En la empresa, soy responsable de la arquitectura y el diseño computacional, es decir, me ocupo de las posibles aplicaciones del proceso SPI para la industria de la construcción. Dado que nuestro proceso permite realizar incluso las geometrías más complejas en hormigón, existen mayores exigencias en cuanto al software utilizado para el modelado y la planificación. También es mi responsabilidad garantizar que contamos con el software necesario para modelar geometrías complejas y que desarrollamos nuestras propias soluciones para determinadas aplicaciones. Por ejemplo, actualmente estamos trabajando con las empresas Skeno GbR y Timo Harboe ApS en un complemento basado en Rhinoceros y Grasshopper para planificar escaleras complejas de forma libre.

3DN: ¿Por qué decidieron implementar la impresión 3D?

Scawo era originalmente un proceso patentado por nosotros para la producción de encofrados fresados por CNC fabricados en EPS para escaleras de hormigón armado. Sin embargo, al cabo de un tiempo, la clase de protección contra incendios inadecuada del EPS impidió su uso más generalizado en la industria de la construcción. Por lo tanto, la empresa decidió desarrollar un proceso de impresión 3D que pudiera utilizarse para producir hormigón con la clase de protección contra incendios más alta. A partir de ese momento, el proyecto se denominó Scawo3D.

Durante la última década, se desarrolló primero el proceso SCA (abreviatura de Selective Cement Activation, activación selectiva del cemento), en el que se activa selectivamente un lecho de polvo de mortero seco. Sin embargo, solo se podían conseguir propiedades del material insuficientes para piezas que soportaran carga. Finalmente, tras un mayor desarrollo, llegamos al proceso SPI, con el que comenzamos la producción a mediados de 2022. Durante el desarrollo, el encofrado de la escalera siguió siendo el objeto de prueba. La idea era que las escaleras combinaran geometrías complejas y requisitos estáticos. Una vez que la escalera funcionara, pensamos, el proceso también podría utilizarse para otros objetos. Afortunadamente, ahora podemos decir que esta línea de pensamiento era correcta.

Escalera terminada. (Créditos de la foto: Tschanen/André Wäspi).

3DN: ¿Podrías explicarnos el proceso SPI con más detalle?

SPI es un nuevo proceso para la impresión 3D de hormigón. Se diferencia de la impresión 3D por extrusión conocida hasta ahora, que se utiliza a menudo directamente en la obra. Nuestro sistema es estacionario y se basa en un lecho de polvo. El principio funciona de la misma manera que otros procesos de lecho de polvo, como el proceso SLS para la impresión 3D de plástico. La única diferencia es que nuestro lecho de polvo se llena con áridos y se imprime hormigón o mortero.

Durante el proceso de impresión, el lecho de polvo se llena capa por capa. El agregado suelto y la pasta de cemento se aplican alternativamente a cada capa. La pasta de cemento, compuesta por cemento, agua y superplastificante, se aplica de forma selectiva mediante nuestro cabezal de impresión con varios cientos de boquillas y une el agregado localmente. A continuación, se aplica una nueva capa de grano suelto y se repite el proceso hasta completar la impresión. Durante todo el proceso de impresión y curado, el grano suelto sirve de encofrado para las piezas impresas. Esto nos permite imprimir cualquier geometría sin restricciones debidas a ángulos de saliente o cavidades.

Izquierda: La cama de presión de 4 x 2,5 x 1,5 m durante la producción del encofrado de la escalera. Derecha: Elementos de encofrado para un tramo de escaleras de 3,5 m de altura. (Créditos de la foto: Scawo3D).

La cámara de construcción de nuestra impresora grande tiene una capacidad de 15 metros cúbicos con unas dimensiones de 4 x 2,5 x 1,5 metros y actualmente funciona con una altura de capa de 3 milímetros. Esta combinación de baja altura de capa y gran número de boquillas nos permite producir componentes de hormigón con una resolución muy fina de 3 milímetros para la construcción. A pesar de la alta resolución, seguimos produciendo con relativa rapidez. Podemos imprimir 15 metros cúbicos en ocho horas. Sin embargo, una mayor optimización de la máquina reducirá pronto este tiempo a cuatro horas.

Dado que el material resultante tiene propiedades similares al hormigón normalizado de las clases de resistencia C25/30 – C60/75, la tecnología puede utilizarse en una amplia gama de aplicaciones. La alta resistencia a la compresión permite el uso de piezas impresas con SPI con función portante, que también pueden estar expuestas a la intemperie en nuestras latitudes. Esto significa que se pueden fabricar componentes como muros de carga y techos abovedados, así como fachadas. Por supuesto, también se pueden producir objetos para uso interior y exterior, como muebles de jardín o esculturas.

3DN: ¿Cuáles son las ventajas de la impresión de hormigón por inyección de tinta en comparación con la extrusión?

Probablemente, la mayor diferencia entre el proceso de extrusión y el proceso SPI es que nuestro proceso es significativamente menos complejo. Por un lado, esto se debe a que fabricamos exclusivamente en la fábrica, al menos por el momento, y no directamente en la obra. Esto puede considerarse una ventaja o una desventaja. En cualquier caso, la ventaja es que trabajamos en condiciones constantes, es decir, no tenemos que adaptar la máquina o el material a diferentes entornos con temperaturas o humedad fluctuantes. Por lo tanto, el material con el que imprimimos es sencillo y solo contiene cemento, agua y, aparte de una pequeña cantidad de superplastificante, ningún producto químico. Esto también es posible porque el tiempo entre capas es siempre el mismo: solo unos segundos. Por lo tanto, el tiempo de apertura del cemento convencional es perfectamente adecuado.

Montaje del encofrado de la escalera en la obra. (Créditos de la foto: Skeno/Scawo3D).

La siguiente ventaja se deriva del tiempo constante entre capas. Independientemente de la complejidad de la geometría que se vaya a imprimir o de lo lleno que esté nuestro espacio de construcción, el tiempo de impresión para una impresión de 15 metros cúbicos siempre es el mismo. Por lo tanto, podemos controlar el precio con la utilización de la capacidad de una cámara de construcción. Por último, pero no por ello menos importante, la producción en fábrica tiene la ventaja de que la tecnología también es adecuada para construir en edificios existentes. En estos casos, a menudo nos encontramos con obras de difícil acceso. Con el proceso SPI, no es necesario disponer de espacio en la obra para una gran impresora de pórtico, sino que las piezas pueden dimensionarse para adaptarse a la obra. En resumen, la «impresión de hormigón por inyección de tinta» simplemente ofrece más libertad al diseñador.

3DN: ¿Cuáles han sido los proyectos más impresionantes que han realizado con la impresión 3D hasta ahora?

Me gustaría mencionar dos proyectos: «Bridge the Gap» se desarrolló en colaboración con el Centro de Investigación Colaborativa «Fabricación aditiva en la construcción» (AMC TRR 277) y la Universidad Técnica de Múnich. El proyecto fue el primero en demostrar cómo el hormigón impreso en 3D en un lecho de polvo puede servir como estructura de soporte. Se trata de un prototipo de puente peatonal con vanos de carga de 5 x 2,5 metros, que se imprimió en 21 piezas y luego se unió en seco, es decir, sin mortero ni otro material de compensación en las juntas. Los detalles de diseño de los elementos de tensión integrados también se tuvieron en cuenta en la fase de planificación, también sin una unión permanente. Esta configuración permitió montar todo el puente en un solo día y montarlo y desmontarlo varias veces sin tener que dañar o destruir ninguna pieza. El proyecto muestra cómo utilizar un material de forma eficaz, el hormigón tiene una alta resistencia a la compresión, pero solo una baja resistencia a la tracción, y cómo hacerlo con un material de origen único para facilitar el reciclaje o el downcycling.

Primer montaje del puente sobre una subestructura especialmente desarrollada en Sarnthein. (Créditos de la foto: AMC TRR 277 / Ema Krakovska).

El segundo proyecto, la escalera H., es la escalera más grande que hemos construido hasta la fecha con nuestro encofrado impreso en 3D: una escalera de forma libre con una planta elíptica y un diámetro de más de tres metros en dos plantas. La empresa constructora Tschanen AG de Suiza se puso en contacto con nosotros porque las alternativas habrían superado el presupuesto disponible. Gracias a la buena cooperación entre los proyectistas, la empresa constructora y nosotros como productores, también pudimos demostrar con este proyecto que el proceso SPI es adecuado para diversas aplicaciones. Una ventaja particular de este proyecto fue el sencillo transporte de piezas manejables, en contraste con el pesado transporte de una escalera prefabricada completa, y el rápido montaje in situ en pocos días. Mientras Scawo3D aún estaba montando el primer tramo de escaleras, Tschanen AG ya estaba bien preparada para la instalación del segundo tramo y lo completó con la misma rapidez. Las piezas impresas en 3D también proporcionan una buena base para el posterior tratamiento de la superficie: el yesero pudo aplicar el yeso directamente al encofrado sin tener que nivelar grandes irregularidades.

3DN: ¿Qué puede ofrecer la impresión 3D a la arquitectura? ¿Y cuáles son los retos?

Hasta ahora, los procesos de impresión 3D con hormigón tenían limitaciones en sus ámbitos de aplicación. O bien no se podían realizar todas las geometrías, o bien la resistencia y la resistencia a la intemperie se veían significativamente mermadas por la estructura de capas relacionada con el proceso o por el material. Con el proceso SPI hemos podido superar ambos problemas. Esto da como resultado una libertad total de formas durante el proceso de diseño, lo que no solo permite concebir los componentes de forma diferente desde el punto de vista estético, sino también estructural. Esto significa que ahora los componentes de hormigón pueden optimizarse estáticamente hasta un grado que antes solo era posible con trabajos de encofrado complejos. Por estas razones, creo que la impresión 3D tiene el potencial de desencadenar una revolución en la arquitectura, inspirada en métodos de construcción que han caído en el olvido desde hace tiempo.

La interacción entre las propiedades de los materiales y la libertad de formas permite replantear y optimizar la construcción sólida, por ejemplo, hacia componentes menos complejos, pero que siguen siendo aislantes térmicos y portantes, fabricados con un solo material. Geométricamente, estas piezas pueden ser sin duda más complejas que antes, pero con menos capas estructurales. Como resultado, se pueden construir edificios más sostenibles y que requerirán menos mantenimiento en el futuro debido a su mayor durabilidad. La estática de los techos abovedados también podría aprovecharse al máximo mediante métodos asistidos por ordenador, lo que reduciría significativamente la cantidad de material utilizado en la construcción de techos, que, por cierto, constituyen la mayor parte del material de un edificio. Se podría empezar por mejorar el paisaje urbano alemán, a veces algo aburrido, aquí y allá con fachadas ornamentales o arte en los edificios.

Montaje del encofrado de la escalera en la obra: primer tramo de escaleras completamente instalado sin balaustradas. (Créditos de la foto: Skeno/Scawo3D).

Por otro lado, el mayor reto es poner en práctica este proceso relativamente nuevo a mayor escala. Llevamos tiempo recibiendo y aceptando pedidos de objetos de diseño o artísticos y construcciones manejables, como escaleras. Sin embargo, vemos más potencial en el proceso SPI. Aunque los romanos ya conocían los aglutinantes hidráulicos, hubo que esperar hasta el siglo XIX y la industrialización para que el cemento se aceptara más ampliamente. Lo que quiero decir es que estamos en los comienzos y que lleva tiempo.

La fabricación aditiva en la construcción ha tenido un buen comienzo. Hay escasez de trabajadores cualificados, mientras que es necesario crear rápidamente más espacio habitable, lo que finalmente está dando más atención al debate sobre la sostenibilidad, que es tan urgente. En principio, se dan las condiciones para una nueva tecnología que puede utilizarse para construir de forma diferente y más rápida. La desventaja es que la industria, especialmente en Alemania, sigue estando estructurada por normas que no son muy transparentes y se basan en un conjunto de conocimientos que no necesariamente hacen justicia a las exigencias actuales, pero tampoco a las posibilidades actuales de la arquitectura.

A través de proyectos y resultados de investigación, la Universidad Técnica de Múnich mostró dónde y cómo se puede utilizar la fabricación aditiva de forma más eficaz en la industria de la construcción. Por lo tanto, se están produciendo muchos avances en la investigación. Y poco a poco se está haciendo evidente que algunos de estos hallazgos se están trasladando a la práctica, por ejemplo, a través de iniciativas como «Building Type E» en Alemania. Al flexibilizar las normas, los proyectistas y los propietarios de edificios deberían tener más libertad para construir de forma más sencilla, más eficiente en cuanto a recursos y, en el mejor de los casos, más rentable.

No obstante, estamos esperando a que clientes ajenos al sector de la investigación demuestren el valor y, en un primer momento, la voluntad financiera para adoptar una nueva tecnología como el proceso SPI. Hemos demostrado y seguiremos demostrando que es posible la construcción a gran escala en forma de componentes portantes. Puede obtener más información sobre Scawo3D en nuestra página web.

Producción de Scawo3D en Sarnthein, Tirol del Sur. (Créditos de la foto: Scawo3D).

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*Foto de portada: Stand de Scawo3D en la feria BAU 2025 en Múnich, (créditos de la foto: Skeno/Scawo3D).