Impresoras 3D para la construcción: una guía detallada

Sorprendentemente, la impresión 3D para la construcción se ha estado desarrollando durante casi tanto tiempo como otras formas de tecnología de impresión 3D. Con las tecnologías de albañilería automatizadas que se experimentaron desde la década de 1950, la impresión 3D para la construcción siempre ha tenido un fuerte enfoque en hacer que el arduo proceso de construcción sea más eficiente.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que casi todas las tecnologías de impresión 3D de construcción actuales solo pueden construir la estructura gris, es decir, las paredes, el piso y, en algunos casos, pueden colocar el techo y bombear los cimientos.

Tal como está, el resto de los componentes que hacen que el esqueleto de un edificio sea habitable, como ventanas, puertas, cableado eléctrico, etc., todos deben hacerse manualmente. Esto se puede comparar con cómo una impresora 3D solo puede imprimir en 3D la forma requerida, pero todas las demás campanas y silbatos deben agregarse después a través del procesamiento posterior.

A diferencia de la impresión 3D de escritorio o incluso la impresión 3D de grado de producción de fábrica, todas las tecnologías de impresión 3D de construcción, excepto una, se basan en la técnica de impresión 3D de tipo extrusión probada y comprobada.

Si bien existen variantes en cuanto a la formulación de la mezcla extruida, así como el diseño de la boquilla de extrusión, el mayor factor diferenciador viene en la forma de cómo se suspende la boquilla de impresión 3D de la impresora 3D de construcción.

A grandes rasgos, esta clasificación es:

  • Impresoras 3D de construcción estilo pórtico
  • Impresoras 3D de construcción basadas en brazos robóticos/mecanizados
  • Las impresoras 3D de construcción estilo pórtico obtienen su nombre de los rieles superiores similares a pórtico que se utilizan para montar la boquilla de extrusión de impresión 3D de construcción.

    La primera, y quizás la más promocionada de las tecnologías de impresión 3D de construcción de estilo pórtico, es la técnica patentada Contour Crafting del profesor Behrokh Khoshnevis.

    Elaboración de contornos

    Originalmente concebida como una forma de competir con las tecnologías de impresión 3D existentes en ese momento, a saber, FDM, SLA y SLS. Contour Crafting fue patentado originalmente en 1995. No fue hasta alrededor de 2000 que el profesor Khoshnevis y su equipo comenzaron a construir un sistema único de construcción autónoma sobre la base de la técnica patentada.

    Técnica de impresión 3D de construcción de elaboración de contornos.

    En pocas palabras, Contour Crafting es básicamente lo mismo que tomar una impresora 3D de escritorio de tipo extrusión y aumentar su tamaño en muchas magnitudes. La tierra aplanada o los cimientos sirven como lecho de impresión. Todos los brazos del eje XY y Z están hechos de vigas y rieles de acero resistentes y rígidos.

    En cuanto al cabezal de impresión, una boquilla de un diámetro adecuado se conecta directamente con una mezcla líquida de hormigón, que se bombea a través de un motor a la velocidad requerida para la deposición de la capa. Esto permite que las paredes de la estructura se construyan mediante impresión 3D de construcción. Este cabezal de impresión está montado sobre la construcción XYZ de estilo pórtico, lo que permite una libertad tridimensional completa para la impresora 3D dentro del área imprimible.

    El edificio impreso en 3D Genesis que está desarrollando Sunconomy en Austin, Texas. Foto cortesía de Sunconomy

    Una vez que las paredes de un piso están todas completas, se usa un accesorio similar a una grúa junto al cabezal de impresión para colocar el techo que serviría como cama de impresión para el segundo piso y así sucesivamente.

    Cabe señalar que, hasta la fecha, Contour Crafting no se ha comercializado y solo se ha demostrado como una prueba de concepto a escala de «laboratorio».

    Debe señalarse además, entonces, que aunque Contour Crafting en sí no se ha comercializado. Todas las impresoras 3D de construcción de estilo pórtico disponibles comercialmente, como la BOD 1 y 2, Vulkan II y especialmente la Winsun, son básicamente un giro en esta misma técnica.

    Incluso se alegó controvertidamente que el Winsun en particular infringía la patente de la técnica Contour Crafting. El hecho de que fuera Winsun quien construyera la oficina futurista de la Fundación Dubai Future es un testimonio de igual medida de la viabilidad financiera y la escalabilidad de Contour Crafting y las técnicas de impresión 3D de construcción estilo pórtico en general.

    Si bien las impresoras 3D de construcción de estilo pórtico han tomado la delantera en términos de proyectos comerciales, el gran tamaño de las impresoras 3D de construcción de estilo pórtico significa que el transporte, la instalación y el desmontaje de la impresora 3D de construcción también requiere una gran cantidad de dinero. como esfuerzo técnico.

    Esta es también una de las razones por las que las impresoras 3D de construcción estilo pórtico se han convertido casi en sinónimo de casas prefabricadas impresas en 3D.

    Otro estilo competitivo de impresora 3D de construcción son las impresoras 3D de construcción de brazo robótico o mecanizado, como la línea de impresoras 3D de construcción Cybe, así como la impresionante impresora 3D de construcción Apis Cor.

    Todas las impresoras 3D de construcción Robotic Arm tienen un objetivo: hacer que la impresora 3D de construcción sea más móvil, menos engorrosa y más compacta. Esto permite que las impresoras 3D para la construcción, como la Apis Cor, se transporten en un camión de plataforma en lugar de dentro de un contenedor o contenedores por partes, como sería el caso de las impresoras 3D para la construcción estilo pórtico.

    Beneficio de la impresora 3D de construcción de brazo robótico

    Las impresoras 3D de construcción basadas en brazos robóticos también se benefician de una «resolución» de impresión más alta que permite que la estructura terminada no tenga líneas de capa tan aparentes como las impresoras 3D de construcción estilo Gantry, como COBOD’s BOD 2. Esto hace que el acabado sea un proceso mucho más rápido también.

    Inconveniente de la impresora 3D de construcción de brazo robótico

    La desventaja, por supuesto, es el hecho de que las impresoras 3D de construcción de brazo robótico tienen un alcance limitado en comparación con las impresoras 3D de construcción de estilo pórtico que podrían escalarse fácilmente hacia arriba o hacia abajo según el tamaño de la casa o el edificio que se va a imprimir en 3D.

    D-Shape fue inventado por Enrico Dini originalmente en 2005, y se le otorgó la patente en 2006.

    Pero, ¿qué es exactamente la forma D?

    Simplemente la única impresora 3D de chorro de arena a gran escala jamás concebida.

    Técnica de impresión 3D en forma de D

    Dini diseñó específicamente la impresora 3D para poder sinterizar edificios habitables hechos de arena, agua de mar y epoxi. Sin embargo, después de encontrarse con problemas con el epoxi en la mezcla con fines aglutinantes, Dini modificó su proceso de impresión 3D para incorporar un aglutinante patentado a base de magnesio. Por lo que se le concedió una patente en 2008.

    La impresora en sí consta de un gran marco de aluminio de 6 metros por 6 metros y vigas altas de aluminio sobre las que se unen las boquillas de impresión de chorro de aglomerante.

    Se coloca una gran cantidad de arena que actúa tanto como base como material de construcción durante el proceso de impresión 3D. Una vez que el objeto deseado se ha impreso completamente en 3D, debe excavarse manualmente del exceso de arena con buenas palas antiguas.

    D-Shape se destaca tanto por el proceso que ha mejorado, la inyección de aglomerante, como por ser el único proceso de impresión 3D que ha sido diseñado únicamente para imprimir casas y edificios reales en 3D con arena.

    Las estructuras impresas en 3D resultantes tienen un acabado similar a la piedra arenisca y tienen una calidad de impresión mucho más suave y de mayor resolución. Las estructuras resultantes del chorro de aglutinante carecen de las líneas de capa visibles que básicamente tienen todos los demás procesos de impresión 3D de construcción por extrusión.

    Sin embargo, dicho todo esto, D-Shape aún tiene que producir una casa impresa en 3D habitable real. Aún así, eso no ha reducido las ambiciones de su inventor de ninguna manera, ya que las casas impresas en 3D hechas de arena y agua son en gran medida lo que Monolite UK (fundada por Dini) desea poder hacer en el futuro.

    D-Shape también ha sido elegido como socio potencial de construcción de impresión 3D de la Agencia Espacial Europea para la impresión 3D de bases lunares en la luna a partir de polvo lunar o «regolito» lunar, como también se le conoce.