¿Son las casas hechas con impresoras 3D el futuro? ¿O son un callejón sin salida?
La revolucionaria impresión 3D es una de las tecnologías que más ha dado que hablar en la última década. Algunos consideran que supone el inicio de una nueva revolución industrial, mientras que otros insisten en señalar las limitaciones de esta técnica. Por tanto, ¿cuán innovadora es la impresión 3D? ¿Sentará las bases del diseño del hogar en el futuro? Analizamos la fase en la que se encuentra a nivel mundial, ahondando en proyectos como el mayor pabellón hecho con este sistema, vigas curvas de hormigón y edificios que piensan.
¿EN QUÉ CONSISTE LA IMPRESIÓN 3D?
La tecnología de impresión 3D fue un invento de Chuck Hull, un ingeniero americano. Inicialmente, bautizó este proceso como estereolitografía y lo patentó en 1986. Se trata de una técnica que permite unir moléculas mediante el uso de luz láser ultravioleta para crear formas sólidas a partir de líquido fotopolimérico.
Cuando esta tecnología se introdujo en el mercado, sectores como el automovilístico la empezaron a utilizar para lo que comenzó a denominarse como prototipado rápido. Su mayor ventaja es que no requiere moldes y, por tanto, no produce residuos, a diferencia de las técnicas empleadas hasta la fecha, en las que se da forma a un material y el excedente se descarta.
En la impresión 3D, los objetos se construyen capa por capa, idea que proviene de la impresión con tinta, la cual se aplica también por capas encima del papel. Si repitiéramos el proceso de impresión tradicional una y otra vez, pero con materiales más sólidos en lugar de tinta y con ligeros desplazamientos para crear movimiento en las capas obtendríamos una impresión 3D.
Los materiales que se utilizan actualmente en el proceso van desde las resinas y los plásticos sintéticos más comunes hasta el acero y el hormigón. Algunas empresas ya están experimentando con materiales naturales como el bambú, la madera o la piedra. Son muchos los estudios de diseño, escuelas y viviendas particulares que cuentan a día de hoy con modelos pequeños de impresoras 3D.
Sin embargo, se sospecha que algunos materiales sintéticos que se emplean para este tipo de impresión pueden emitir toxinas. Durante un experimento, una estudiante de doctorado de la Universidad de California, en Riverside, descubrió que su pez cebra estaba muriendo debido al contenedor que ella misma había imprimido. Un equipo de investigación realizó una serie de pruebas con los productos de dos de las impresoras 3D más comunes del mercado y constató que los niveles de toxicidad de ambos eran bastante alarmantes. Actualmente, investigadores en todo el mundo trabajan para dar con materiales y técnicas seguras y advierten que las impresoras deben utilizarse siempre en lugares bien ventilados.
CHINA LLEVA LA IMPRESIÓN 3D AL LÍMITE
En China los superlativos son sinónimos de progreso. Por lo tanto, no debería sorprendernos que la mayor pieza arquitectónica impresa en 3D se haya creado en este país. Se conoce por el nombre de Vulcan, un pabellón que se presentó el año pasado en la Semana del Diseño de Pekín.
Los arquitectos encargados de su diseño fueron Xu Feng y Yu Lei. Sin embargo, cabe destacar que no se imprimió de una sola pieza. Su forma curva se compone de 1.023 piezas individuales impresas con tecnología 3D y mide 8,08 m de largo por 2,88 m de alto.
Aunque este logro fue premiado con una entrada en el Libro Guinness de los récords, también muestra los límites que presenta la tecnología de impresión 3D en la actualidad. Para construir edificios enteros de una pieza, las impresoras deberían ser de un tamaño colosal o bien necesitarían moverse sobre enormes andamios. Por tanto, la escala es el principal motivo por el que la impresión 3D se encuentra todavía en un estado embrionario en el sector de la arquitectura.
¿SE PODRÁN IMPRIMIR CASAS ENTERAS?
En Ámsterdam el estudio DUS Architects está desarrollando un proyecto de impresión 3D de una casa junto a un canal, que se está construyendo capa por capa mediante el uso de bioplásticos fabricados con aceite vegetal del 80%. El proyecto, que tiene como objetivo ser renovable y sostenible, está programado para terminarse en 2017.
“También se están llevando a cabo proyectos de este tipo en China”, asegura Jane Burry, profesora adjunta en el Laboratorio de Arquitectura de Información Espacial de la Universidad RMIT, en Melbourne, “aunque se encuentran en fase inicial”. Con esto, hace referencia a un proyecto de la empresa china Winsun, que consiste en la impresión de casas a partir de hormigón y materiales de construcción reciclados. Es una de las referencias que más expectación genera en este contexto. El fabricante declara que el ahorro es considerable: si lo comparamos con el promedio de un proyecto de construcción tradicional de una vivienda, se necesita un 60% menos de material, el 70% menos de tiempo y un 80% de mano de obra. La impresora está instalada en una fábrica y es de proporciones gigantescas: 6,1 m de alto, 10,1 m de ancho y 40,2 m de largo.
¿O NOS TIRARÁN ABAJO EL SUEÑO?
Benedikt Hotze, consultor de comunicación para Bund Deutscher Architekten (la asociación de arquitectos alemanes), muestra poco entusiasmo al ser preguntado por su opinión acerca de la impresión en 3D en el sector de la arquitectura. “La idea de imprimir viviendas de una sola pieza es una utopía; nunca va a ser posible. En cambio, sí será factible la fabricación de componentes de construcción por medios digitales, proceso que se llevará a cabo en las fábricas y, posteriormente, cada elemento se transportará al lugar correspondiente. Los ejemplos que vemos a menudo en China me parecen esfuerzos innecesarios cuyo único objetivo es llamar la atención”.
La profesora Jane Burry, de la Universidad de RMIT, explica: “La ventaja más importante de esta tecnología es la facilidad que ofrece para fabricar diseños personalizados, lo que fomentará la variedad en lugar de la fabricación masiva. Por eso, en RMIT estamos estudiando las posibilidades que ofrece la impresión con metal, así como la posibilidad de imprimir diseños de nodos estructurales hechos a medida para determinados puntos de la estructura de un edificio. Mediante la reducción de los materiales en el nodo, se puede reducir también el peso y la subestructura que sirve de apoyo para la construcción, lo que implica un ahorro de energía. Eso supondría un tremendo avance, ya que resulta muy costoso producir estas estructuras mediante otros medios, como es el caso de la fundición, y se podrían incluso imprimir piezas a medida para llevar a cabo reparaciones y restauraciones”.
Benedikt contempla el entusiasmo por las viviendas impresas con pragmatismo: “Me recuerda a los viajes espaciales tripulados: es factible, pero no necesario. Eso sí, a día de hoy, las campañas publicitarias del reloj Speedmaster de Omega siguen girando en torno al hecho de que estuvo en la luna”.
Sin embargo, tanto el estudio de arquitectura británico Foster & Partners como la Agencia Espacial Europea podrían estar en desacuerdo con Benedikt en cuanto a los viajes a la luna, ya que se están desarrollando ideas para la impresión 3D de una estación lunar, que forma parte de un proyecto conocido como Lunar Habitation, el cual esperan tener finalizado en 2024.
DE VUELTA A LA TIERRA
Aunque no sea tan ambicioso como el de Foster & Partners, el proyecto de construcción de un puente en Ámsterdam, en el que el diseñador Joris Laarman colabora con MX3D (una empresa desarrolladora de impresoras de acero) y con Autodesk (los creadores de CAD), es cuando menos prestigioso.
A pesar de lo que esta imagen pueda sugerir, el puente de acero no se está construyendo en el mismo canal Oudezijds Achterburgwal sino en una sala especialmente dedicada a ello en las instalaciones de MX3D desde el otoño de 2015. Se trata de un proceso de ensayo y error que tiene como meta encontrar diversas maneras de imprimir toda la estructura en una sola pieza. La impresión está programada para completarse en 2017. A partir de ese momento, Ámsterdam contará con el primer puente de acero impreso en 3D totalmente funcional, otra carrera por un récord mundial.
Esta pequeña muestra es un ejemplo del aspecto que tendrá el puente cuando se termine el proceso de impresión. Dos de las principales ventajas de imprimir en 3D con acero son, por un lado, que las formas que se obtienen son más orgánicas y fluyen de manera más natural que las fabricadas mediante producción tradicional y, por otro, que no se requieren moldes, lo que reduce en gran medida el coste de producción.
VIGAS IMPRESAS CON HORMIGÓN EN ITALIA
Fruto de la colaboración entre la Universidad de Nápoles y la empresa de tecnología punta WASP (World’s Advanced Saving Project), se ha conseguido combinar la belleza de la arquitectura italiana con las técnicas de construcción modular para imprimir vigas de hormigón.
WASP fue fundada en 2012 por el empresario italiano Massimo Moretti y trata de fomentar los métodos de construcción sostenibles y los procesos de producción en fábrica. Junto con la Universidad de Nápoles han desarrollado un soporte de hormigón fabricado con tecnología de impresión 3D y utilizado en proyectos de construcción.
Domenico Asprone, profesor adjunto en el Departamento de Ingeniería Estructural de la Universidad de Nápoles, fue el ingeniero civil de este proyecto. “Nuestro objetivo es imprimir vigas de hormigón de líneas curvas para aprovechar al máximo la cantidad de hormigón empleada y reducir los costes de producción de los sistemas de encofrado complejos. Esta idea consiste en la partición de la viga en segmentos para que sean impresos por separado y, posteriormente, montados formando un elemento de una sola pieza, con la ayuda de un sistema de refuerzo de acero, como si de una estructura de Lego se tratara. Se espera que este enfoque, en comparación con el proceso tradicional de fundición de hormigón, facilite la producción de elementos curvos con secciones transversales variables y estimule la creatividad de los ingenieros estructurales”, comenta Domenico.
“La viga se imprime por piezas individuales. Una vez que estas se han endurecido, se colocan barras de acero (barras corrugadas) en la parte externa para reforzar la viga y formar un elemento monolítico”, explica Domenico.
Mientras tanto, los expertos de WASP han creado ya una viga de hormigón armado de 3,2 metros mediante esta técnica. Para ello, se empleó un tipo de hormigón de menor viscosidad. “Estos avances están siendo posibles gracias a la innovación en la tecnología del hormigón a lo largo de más de un siglo de historia. Nosotros nos estamos limitando a adaptar esta tecnología a la impresión 3D. Utilizamos cemento y otros materiales aglutinantes, tales como sus versiones ecológicas con base de arcilla o los geopolímeros, que son impermeables y pueden emplearse en sistemas de aguas residuales”, aclara.
En cuanto al siguiente reto de WASP, está planeando llevar a cabo un proyecto de impresión de un puente peatonal similar al que Joris Laarman está desarrollando en Holanda, pero en este caso de hormigón.
DETALLES ORNAMENTALES EN RUSIA
Igual que WASP, la empresa de fabricación rusa Specavia utiliza hormigón e impresoras 3D para la construcción de edificios. Trabajan principalmente para constructoras y su director general, Alexander Maslov, habla acerca de los complejos elementos de construcción que sus impresoras ya son capaces de crear. “Las impresoras de la serie 06044 pueden imprimir componentes individuales de construcción con una longitud de hasta 12,3 metros. Es muy útil para la impresión de formas complejas destinadas a la construcción de todo tipo de torres, arcos, paneles divisorios y elementos decorativos de una vivienda. Hemos estado realizando pruebas de impresión con diversos elementos paisajísticos, como un pequeño estanque o una ciudad de juego para niños. Asimismo, la impresora se puede emplear para construir estufas, chimeneas, barbacoas y otros productos resistentes al fuego fabricados con caolín”.
Alexander asegura que, desde un punto de vista técnico, sería posible imprimir edificios enteros, pero adopta una postura pragmática: “Hablamos, por supuesto, de un proceso de impresión de piezas individuales y montaje in situ. La ventaja de esta metodología es que la fabricación de estas piezas se puede llevar a cabo en interiores, olvidándonos así de factores como los cambios de temperatura, la humedad, etc. No obstante, existen desventajas, como el incremento en el coste del transporte y el tiempo de construcción, que no se deben ignorar. Además, el montaje de los elementos individuales es un proceso tecnológico que requiere de nuevas soluciones de refuerzo”.
A pesar de su pragmatismo, Alexander cree que las técnicas de construcción como las que él utiliza en la actualidad se integrarán de manera estándar en el sector de la construcción en tan solo unos años.
UNA APUESTA INNOVADORA DE FUTURO
El profesor Achim Menges dirige el conocido Instituto de Diseño Computacional de la Universidad de Stuttgart. Tanto en este organismo como en sus proyectos de investigación, las posibilidades que ofrece la tecnología actual ya son una realidad. Es consciente de que la innovación invita a dejar atrás los patrones y corrientes de pensamiento antiguos. “En primer lugar, se utiliza la nueva tecnología para construir objetos de la manera tradicional, como lo demuestra el ejemplo de China, donde se están construyendo casas convencionales con impresoras 3D. No es hasta una segunda fase que se empiezan a diseñar y construir elementos con metodologías adaptadas exclusivamente al nuevo proceso”.
Así, “la tecnología de impresión 3D hará que la complejidad geométrica en la construcción de edificios se pueda llevar a cabo sin demasiado esfuerzo o coste adicional”, asegura Achim. “A su vez, este conocimiento transformará el proceso de diseño”. Igual que el desarrollo de los nuevos programas 3D y el software estático ha cambiado la estética de la arquitectura, lo mismo podría ocurrir con la impresión 3D.
Además, no debemos olvidar que los elementos impresos pueden disponer de un mayor número de capas. “Podremos crear componentes de construcción muy complejos con propiedades hasta ahora prácticamente inviables. Estos podrán tener, por ejemplo, un extremo blando y otro rígido, gracias al uso de diferentes materiales en el proceso de impresión mediante una impresora que permita operar con múltiples materiales”, explica Achim.
¿EDIFICIOS CON LA CAPACIDAD DE PENSAR?
Actualmente, el profesor Menges está desarrollando elementos de construcción que pueden cambiar de forma e imitar así la naturaleza. “Pongamos como ejemplo las piñas de los pinos. Cuando están en el árbol, sus escamas están cerradas, pero al caer al suelo se secan y las escamas se abren. Este efecto se puede reproducir mediante las técnicas de impresión 3D gracias al uso de diferentes materiales, unos suaves y otros duros, que reaccionen de manera distinta a las condiciones ambientales. De esta forma, podemos fabricar elementos de construcción que se ajustan a los cambios climáticos sin la necesidad de implementar mecanismos de control mecánicos o digitales”. La imagen que aquí observamos muestra un prototipo de estas características.
Muchos han llevado esta idea aún más lejos. “Ya se está hablando de la Industria 4.0, lo que equivaldría a una cuarta revolución industrial, una interdependencia entre la materia y el mundo digital por medio de los llamados sistemas ciberfísicos”, asegura Achim. Éstos conectan el software con los componentes mecánicos y electrónicos a través de una infraestructura de datos similar a Internet (su lema es “El Internet de las cosas”). Se trata de un tipo de tecnología de construcción que cambiaría por completo nuestro estilo de vida, nuestro día a día.
¿EUFORIA O CAUTELA?
Los entusiastas aseguran que nos encontramos ante el inicio de una nueva era. Si este tipo de tecnología se comparte y se hace accesible a todo el mundo, lo que se conoce como hardware libre, la impresión 3D podría cambiar el mundo. La fabricación de productos podría llevarse a cabo desde el salón de nuestros hogares, lo que se traduciría en una menor contaminación puesto que se reduciría la necesidad del transporte de mercancías.
No obstante, en lo que a arquitectura se refiere, la magnitud de los proyectos sigue siendo un obstáculo y los materiales necesarios en el sector de la construcción todavía se encuentran en fase de desarrollo para poder ser impresos. Además, también es necesario abordar los problemas relacionados con la seguridad.
Por lo tanto, la doctora Jane Burry se atreve a nominar a otro competidor en la industria de la construcción de edificios. “Imagino que la impresión 3D vendrá de la mano de otras tecnologías en los próximos 10 años, pero yo lo apostaría todo por la construcción con madera como la próxima tendencia estrella”. Según Jane, la madera laminada es como la contrachapada bajo el efecto de esteroides, un poco como ocurre con el hormigón, que puede emplearse en bloques para construir toda la estructura de una vivienda, en lugar de tener que levantar un marco interno. Así, los edificios se pueden construir de manera más rápida y, en un futuro, más económica. “Eso no quiere decir que estas tecnologías no puedan ir evolucionando en paralelo”, añade. “De hecho, incluso ya podemos imprimir materiales con base de madera”.
Lo que está claro es que todavía queda mucho por explorar. Puede que estemos a años luz de empezar a construir casas mediante técnicas de impresión 3D en la luna, pero esta técnica permitirá, sin duda alguna, crear geometrías más complejas haciendo uso de elementos de construcción que se adapten a los cambios climáticos o se fabriquen a partir de distintos materiales. De momento, habrá que seguir atentos a los próximos avances o descubrimientos.
