La impresión 3D ofrece un nuevo enfoque para construir edificios, aplicable también en otros planetas y lunas del Sistema Solar

Una Tecnología desarrollada en MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts) podría permitir una construcción más rápida, barata y adaptable

Los investigadores del MIT han diseñado un sistema que puede imprimir en 3-D  la estructura básica de un edificio completo. El sistema consta de un vehículo oruga que lleva un gran brazo robótico industrial, que tiene a su vez, un brazo robótico de precisión más pequeño en su extremo.  Foto: Steven Keating, Julian Leland, Levi Cai, y Neri Oxman / Mediated  Matter Group. Ver video.

La lista de materiales que pueden ser producidos con impresión 3D ha crecido para incluir no sólo plásticos sino también metales, vidrio y alimentos. Ahora los investigadores de MIT están ampliando la lista, con el diseño de un sistema que puede hacer la impresión 3D de la estructura básica de una construcción completa.

Las estructuras construídas por este sistema pueden ser producidas más rápido y baratas de lo que los métodos tradicionales de construcción lo hacen. Una construcción podría ser también completamente adaptada a las necesidades de un lugar particular o a los deseos de su constructor. Incluso la estructura interior podría ser modificada de una manera nueva; diferentes materiales podrían ser incorporados a medida que el proceso avanza y la densidad del material podría variarse para lograr una combinación óptima de resistencia, aislamiento y otras propiedades.
En definitiva, dijeron los investigadores, este enfoque podría permitir el diseño y construcción de una nueva clase de construcciones que no serían posibles con los métodos tradicionales de construcción.
El sistema robótico es descrito esta semana en el journal Science Robotics, en un “paper” de Steven Keating, Doctorado en el 2016, un Ingeniero Mecánico e Investigador afiliado al grupo de Mediated Matter en el MIT Media Lab; Julian Leland y Levi Cai, ambos Investiagodores Asistentes en el grupo de Mediated Matter; y Neri Oxman, Director del grupo y Profesora Asociada de Arte con Medios, y Ciencias.
El sistema consiste de un vehículo con orugas que transporta un gran brazo robótico industrial, que tiene en su extremo un brazo robótico de precisión, más pequeño. Este brazo altamente controlable, puede ser usado para orientar cualquier tobera, tradicional o no, de construcción, como las usadas para el vertido de concreto o la aplicación mediante spray de material aislante, así como cabezales con heramientas digitales de fabricación, como por ejemplo una cabeza de fresado.
A diferencia de los sitemas tradionales de impresión 3D, muchos de los cuales utilizan una estructura fija,  tipo cerrada  como soporte de las toberas y se limitan a la construcción de objetos que quepan dentro del cerramineto, estos sistemas con movilidad libre pueden construir un objeto de cualquier tamaño. Como prueba del concepto, los investigadores emplearon un prototipo  para construir la estructura básica de las paredes de un domo de 15 metros de diámetro  y 3.6 metros de alto, proyecto que fue completado en menos de 14 horas de tiempo de impresión.
Para estos test iniciales, se fabricaron con el sistema los moldes de espuma aislante empleados para formar una estructura de concreto terminado. Este método constructivo, en el cual los moldes de espuma de poliuretano son llenados con concreto, es similar a las técnicas comerciales tradicionales de econfrados de concreto aislante. Siguiendo este enfoque en su trabajo inicial, los investigadlores señalaron que el sistema puede ser fácilmente adaptado a los sitios de construcción y equipos existentes, y que puede cumplir con  los códigos de construcción existentes sin requerir un conjunto de nuevas evaluaciones, explicó Keating.
Básicamente, el sistema fue diseñado para ser autosuficiente. Está equipado con una cuchara (pala) que puede ser usada tanto para preparar la superficie de construcción como para tomar materiales en el lugar, tal como tierra para una construcción de tierra, para la construcción misma. El sistema completo se operaría eléctricamente,  propulsado por un sistema de paneles solares. La ida es que tales sistemas puedan ser instalados en regiones remotas, por ejemplo en el mundo en desarrollo, o en áreas de socorro luego de una gran tormenta o terremoto, para proveer rápidamente un albergue durable.
La visión final es “en el futuro, de tener algo totalmente autónomo, que usted podría enviar a la Luna, Marte o la Antártida, y el sistema  podría ir al terreno y hacer estas construcciones para muchos años,”dice Keating, quien dirige el desarrollo del sistema como su trabajo de tesis doctoral.
Pero mientras tanto , dice él, “nosotros también quisimos mostrar que podríamos construir algo  que pudiese ser usado mañana”. Eso es  lo que hizo el equipo con la plataforma móvil inicial. “Con este proceso, nosotros podemos reemplazar una de las partes principales de hacer una construcción, ahora mismo,” dijo. “El sistema puede ser integrado mañana en un lugar de construcción.”
“La industria de la construcción está todavía haciendo las cosas en la forma en que lo hizo durante cientos de años,” dijo Keating. “Las construcciones son rectilíneas, fundamentalmente de materiales unitarios, unidos por encastres y clavos,” y mayormente construídos a partir de proyectos estándarizados.
Pero, Keating se preguntaba,  ¿qué sucedería se toda construcción pudiese ser individualizada y diseñada utilizando los datos medioambientales del lugar?. En el futuro, los pilares de soporte de una construcción tal, podrían ubicarse en lugares óptimos, sobre la base del análisis del sitio basado en radares de penetración del terreno, y las paredes podrían variar su espesor dependiendo de su orientación. Por ejemplo, una construcción podría tener paredes gruesas más aislantes en su lado norte en climas frios (se refiere al hemisferio norte donde el Sol ilumina siempre la cara sur de una construcción, a diferencia de lo que sucede en el hemisferio sur), o paredes que se estrechan desde la base a la parte superior a medida que los requirimientos debidos a la carga decrecen, o curvas que ayudan a la estructura a soportar los vientos.
La creación de este sistema, al cual los investigadores denominan Plataforma de Construcción Digital (DCP por Digital Construction Platform), fue originada por la visón general del grupo de Mediated Matter, de diseñar construcciones sin partes. Una tal visión incluye, por ejemplo, combinar “la estructura con la piel (lo visible), “las vigas con las ventanas, en un único proceso de poducción, adaptando múltiples procesos de diseño y construcción en el camino, a medida que se construye la estructura.
Desde la perspectiva arquitectónica, Oxman dice, que el proyecto”desafía las tipologías tradicionales de construcción, tales como paredes, pisos, o ventanas, y propone que un sistema particular podría ser fabricado usando la DCP que puede variar las propiedades continuamente para crear elementos tipo pared que se fusionan en forma contínua con las ventanas.
Con este objetivo, las toberas de este nuevo sistema de impresión 3D pueden ser adaptadas para variar la densidad del material que está siendo vertido, y aún para mezclar materiales diferentes durante el proceso. En la versión utilizada en las pruebas iniciales, el dispositivo creó una cáscara aislante de espuma que sería dejada en el lugar después de que el concreto sea vertido; los materiales de terminación exteriores e interiores pueden ser aplicados directamente a la superficie de espuma.
El sistema puede incluso crear formas complejas y también salientes, las cuales fueron mostradas incluyendo una ancha tarima incorporada en el domo prototipo. Cualquier cableado o tendido de cañerías puede ser insertado dentro del molde antes del vertido del concreto, proveyendo una estructura de pared terminada de una sóla vez. Puede incluso incorporar datos del lugar recolectados durante el proceso, usando sensores incorporados de temperatura, luz, y otros parámetros para hacer ajustes a la estructura a medida que se construye.
Keating dice que el análisis realizado por el equipo indica que el nuevo método de construcción podria producir una estructura más rápido y a un costo menor respecto  al método tradional, y sería también más seguro. (La industria de la construcción es una de las ocupaciones más peligrosas, y el nuevo sistema requiere menos mano de obra.)  Adicionalmente, ya que las formas y espesores pueden ser optimizados para las necesidades estructurales, más que tener que usar, de entre las piezas prefrabricadas existentes, aquellas que mejor cumplan los requisitos necesarios,  el total de material necesario podría ser reducido.
Mientras la plataforma representa un avance de ingeniería, Oxman destaca: “hacerlo más rápido, mejor y más barato es una cosa. Pero la habilidad de diseñar y fabricar digitalmente estructuras multifuncionales en una única construcción implica un cambio desde la época de las máquinas a la época biológica, de considerar la construcción como una máquina para vivir en ella, hecha de partes estandarizadas, a la concepción de la construcción como un organismo, el cual es desarrollado computacionalmente, manufacturado aditivamente, y posiblemente aumentado biológicamente.”
“Entonces para mí no es meramente una impresora,” dijo ella, “sino una manera completamente nueva de pensar sobre cómo hacer las cosas, que facilita el cambio de paradigma en el área de la fabricaión digital, pero también en el diseño arquitectónico. …. Nuestro sistema señala hacia una visión futura de la construcción digital que permite nuevas posibilidades en nuestro planeta y más allá.
Fuente del artículo: MIT   Artículo original: “3-D printing offers new approach to making buildings.”
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