La creación de contornos es una tecnología de impresión de edificios que está investigando Behrokh Khoshnevis del Instituto de Ciencias de la Información de la Universidad del Sur de California (en la Escuela de Ingeniería Viterbi) que utiliza una grúa o pórtico controlados por computadora para construir edificios de manera rápida y eficiente con sustancialmente menos trabajo manual. Originalmente fue concebido como un método para construir moldes para piezas industriales. Khoshnevis decidió adaptar la tecnología para la construcción rápida de viviendas como una forma de reconstrucción después de desastres naturales, como los devastadores terremotos que han azotado a su Irán natal.
Usando un material de fraguado rápido, similar al concreto, la elaboración de contornos forma las paredes de la casa capa por capa hasta que se rematan por los pisos y techos colocados en su lugar por la grúa. El concepto nocional requiere la inserción de componentes estructurales, plomería, cableado, servicios públicos e incluso dispositivos de consumo como sistemas audiovisuales a medida que se construyen las capas.
Caracteristicas
La tecnología consiste en la extrusión (extrusión) de una capa después de una capa de concreto especial a lo largo del camino trazado por el programa, haciendo crecer las paredes del edificio, por lo tanto, la tecnología recibió este nombre. En este sentido, es muy similar a la impresión 3D convencional que utiliza la tecnología FDM® de Stratasys (capas del filamento termoplástico calentado de acuerdo con el archivo de trabajo).
Una característica de la tecnología es conectar una herramienta adicional de la máquina: un manipulador que instala en la posición de diseño los elementos estructurales de soporte y soporte, comunicaciones de ingeniería (puentes, vigas de piso / vigas de cubierta, estructuras de armadura, bandejas, chimeneas, canales de ventilación) , etc.).
El material de construcción para la construcción de elementos estructurales de soporte (paredes, pisos) es un concreto de reacción en polvo de rápido endurecimiento, reforzado con acero o microfibra de polímero. Una característica del hormigón de reacción en polvo es la ausencia de agregados gruesos sin pérdida en la proporción de aglutinantes / componente sólido, así como las características de rendimiento más altas. También se pueden usar tipos de concreto más baratos, como el concreto de grano fino y arenoso modificado con aditivos (hiperplásicos, aceleradores de endurecimiento, fibra).
La tecnología de refuerzo puede ser aplicada a las innovadoras estructuras de malla de volumen tejido. En teoría, dichos marcos pueden unirse en una sola estructura durante la construcción.
La ventaja de la tecnología radica en la velocidad de la construcción. Según el automóvil, puede construir un edificio residencial con un área de 150 m2. En 24 horas.
La desventaja es la complejidad y, en algunos casos, la imposibilidad de construir edificios de planta abierta y formas arquitectónicas complejas debido a la necesidad de crear estructuras de soporte.
Historia
Caterpillar Inc. proporcionó fondos para ayudar a apoyar la investigación del proyecto Viterbi en el verano de 2008.
A principios de la década de 2000, los principios teóricos y los primeros comentarios están disponibles, y muchos autores están probando o planificando el futuro de los sistemas de construcción automáticos de edificios completos mediante robots o un único robot multitarea.
En los años 2002 a 2004, el desarrollo de la automatización en la construcción ha sido más lento que en otras áreas (robótica industrial y automotriz en particular), pero se basó en la creación rápida de prototipos al agregar material utilizado en otras ramas de la industria y después de la mejora de los cabezales de extrusión y la adaptación. de materiales (cemento, yeso, cerámica sin curar, utilizando el principio de Adobe, plástico, resina, polímeros o mezclas …) ahora es teóricamente lo suficientemente avanzado como para permitir la construcción aditiva, incluyendo la luna y otros planetas según Khoshnevis de la Universidad del sur de california.
En 2007, se está considerando una alternativa a la grúa aérea: el uso de un cabezal de impresión orientado en el espacio por los movimientos de los cables a los que está suspendido, estos movimientos están controlados por la computadora; esta opción está siendo estudiada por Bosscher y sus colegas en Ohio y mejorada en 2008.
En 2008, la compañía Caterpillar Inc. decidió proporcionar fondos para apoyar los proyectos de investigación Viterbi (verano de 2008).
En 2009, los estudiantes graduados de la Universidad de Singularity (una universidad no oficial de Silicon Valley) establecieron un proyecto ACASA, con Khoshnevis como director del proyecto, para comercializar la técnica «Contorno de la elaboración» (CC).
En 2010, Khoshnevis dice que así podrá construir un robot (House-Bot) en un día con una grúa o un pórtico eléctrico (puede ser alimentado por una fuente de energía limpia, segura y renovable para la electricidad verde) produciendo muy poco Residuos de materiales de construcción. Si se cumple este desafío, esta técnica podría limitar fuertemente el impacto ambiental y la huella de carbono y la huella ecológica de la construcción de viviendas.
Ese mismo año 2010, Khoshnevis anuncia que la NASA está evaluando la posibilidad de usar Contour Crafting para la construcción de bases en el planeta Marte y / o la Luna, que también requiere la capacidad de recolectar, transportar y preparar el material lunar a costos razonables, un Pregunta estudiada dos años antes por Zacny et al. y Zeng al (2007).
En 2013, basándose en un trabajo anterior (2005) y en vista de una posible construcción in situ de un laboratorio lunar, la NASA controla un pequeño estudio en la Universidad del Sur de California para refinar esta técnica de impresión 3D al considerar, entre las aplicaciones potenciales, la construcción. de estructuras o infraestructuras que podrían construirse en la Luna en modo ISRU (utilización de recursos in situ), es decir, con un material que contenga al menos el 90% de los materiales lunares y no más del 10% del material importado de la Tierra.
El primer edificio francés impreso en 3D (YHNOVA, vivienda social, anunciado en marzo de 2017, debe nacer en Nantes, sobre la base de una técnica «Batiprint3D», patentada por la Universidad de Nantes, y concebida con el CNRS, la Escuela Central, Inria e IMT Atlantique, y patentada por la Universidad de Nantes).
Khoshnevis declaró en 2010 que la NASA estaba evaluando Contour Crafting para su aplicación en la construcción de bases en Marte y la Luna. Después de tres años, en 2013, la NASA financió un pequeño estudio en la Universidad del Sur de California para desarrollar aún más la técnica de impresión 3D Contour Crafting. Las aplicaciones potenciales de esta tecnología incluyen la construcción de estructuras lunares de un material que podría construirse con un 90 por ciento de material lunar con solo el diez por ciento del material transportado desde la Tierra.
En 2017, la Contour Crafting Corporation (de la cual Khoshnevis es el CEO) anunció una asociación con Doka Ventures y una inversión. En el comunicado de prensa, afirman que «comenzarán a entregar las primeras impresoras a principios del próximo año».
Principio
La casa está diseñada en la computadora y los datos se envían a la impresora 3D. La impresora 3D es un robot pórtico completamente automático que es más grande que el edificio; El concreto especial de endurecimiento rápido y el concreto normal se suministran a través de contenedores de concreto.
Primero, el robot de pórtico vierte una estructura de capa por capa utilizando el concreto especial de rápido endurecimiento. Su boquilla de pulverización controlada por computadora coloca pequeños rastros de concreto en el suelo, que son traídos a su forma final por dos paletas laterales. Entonces el marco se llena con hormigón normal. Además, los marcos de acero acabados o similares se pueden introducir con. Por lo tanto, un edificio se crea exactamente después del dibujo de la computadora.
Este principio de creación rápida de prototipos fue desarrollado por el investigador estadounidense Behrokh Khoshnevis, profesor de la Universidad del Sur de California, Los Ángeles.
Métodos
En general, los sistemas automatizados permiten una gestión aditiva, formativa o sustractiva del material. También pueden combinar – in situ – estos 3 enfoques.
El método CC (Contour crafting) se adapta a las necesidades de un gran software de construcción y herramientas de hardware creadas para mecanizar o producir moldes para producir piezas industriales para fundiciones, vidrio o plásticos y luego para impresoras 3D.
Desde mediados de la década de 1990, Khoshnevis ha ido adaptando gradualmente estas tecnologías a un proyecto de construcción de viviendas rápido, que podría implementarse, por ejemplo, después de desastres naturales devastadores (tsunamis, terremotos) como el terremoto. golpeó su tierra natal, Irán) o incluso en otros planetas en el contexto de la exploración espacial con presencia humana. En Europa, el italiano Enrico Dini ha creado su propia máquina llamada D-Shape, que deposita capas de arena endurecida por un aglutinante inorgánico para producir objetos de hasta seis metros de altura (en 2014).
En el primer caso, un material de fraguado rápido, como el hormigón de la arena y el cemento, se utiliza con una forma de «acelerador de ajuste», capa por capa, las paredes y los elementos de una casa, hasta los pisos, techos y techos establecidos por la grúa de pórtico. o grúa.
Los vacíos necesarios para la inserción de la plomería, el cableado eléctrico y de computadoras, la ventilación o los materiales aislantes se proporcionan aguas arriba en el plano computarizado, pero el robot y su pórtico teóricamente también pueden instalar tuberías o algunos elementos secundarios de la estructura, o elementos decorativos y de protección. Como teselaciones, azulejos, yeso, pinturas, etc.
Alternativas o variantes ecológicas.
Buscan usar materiales básicos que estén ampliamente disponibles y tengan una pequeña huella ecológica (arena, grava, arcilla, etc.) y usar una fuente de energía gratuita y segura, como la energía solar (transformada en electricidad y en forma de calor). ) ..
Recientemente (2012-2013), los experimentos artísticos y / o técnicos han utilizado máquinas para construir objetos o decoraciones en arena, a veces de gran tamaño. Este es el caso por ejemplo de:
Conjuntos o elementos de arquitectura impresa (o «arquitectura computacional») producidos por los arquitectos Michael Hansmeyer y Benjamin Dillenburger, con el Departamento de Arquitectura de ETH Zurich 36. En este caso, la impresora 3D fabricó objetos grandes (columnas, paredes, habitaciones) hechos de arena. Las piezas se formaron a partir de algoritmos que apuntan a producir rápidamente objetos arquitectónicos complejos y decorativos que son casi imposibles de lograr por medio de la escultura clásica, que debería exhibirse en Francia en el FRAC en Orléans en 2014.
Esculturas u objetos de utilidad construidos por un «Robot de rocío de piedra» controlado por computadora, capaz de imprimir en múltiples direcciones a la vez (en dos planos, vertical y horizontal) para producir formas complejas, posiblemente autoportantes (muebles, paredes, esculturas … Construido sobre arena aglomerada con pegamento (aglomerante ecológico certificado LEEED (Leadership in Energy and Environmental Design), con una fuente de alimentación que es un panel fotovoltaico. Este robot fue producido por Shergill, Anna Kulik y Petr Novikov, supervisado por Jordi Portell. Marta Male Alemany y Miquel Iloveras del IAAC (Instituto Catalán de Arquitectura Avanzada (Instituto de Arquitectura Avanzada de Cataluña);
Objetos en arena fundida; la fusión se produce mediante la concentración de un haz de luz solar en una capa renovada de arena del desierto; Fue Markus Kayser quien desarrolló el primer prototipo muy simple, probado con éxito en el desierto del Sahara, utilizando una simple lente de Fresnel manejada por una computadora alimentada por paneles solares («Proyecto Solar Sinter»). La lente concentra el calor del sol sobre la arena agregada en la máquina capa por capa, la forma se programa como un modelo digital.
El P r Behrokh Khoshnevis, con la Universidad del Sur de California y los fondos de la NASA y el Instituto Cal-Earth, prueba en 2014 una «impresora 3D gigante» con el proyecto de construir una casa en 24 horas. La impresora es aquí un robot que extruye el concreto de acuerdo con un plan almacenado en la computadora que lo controla.
De acuerdo con los defensores de esta técnica, dichos robots podrían construir en el futuro, con materiales recolectados (o reciclados) en el lugar, edificios civiles y militares, pistas de aterrizaje, caminos, hangares o muros de radiación, así como posiblemente estructuras habitables en la luna, marcha o Otros ambientes extraterrestres. Las pruebas se realizan en un laboratorio ubicado en el desierto de la NASA (D-RATS). Este proceso se ha probado o se ha probado en pequeña escala (proyecto «Iniciativa de política urbana / del futuro» (2004) y es considerado por la industria durante varios años.
El proyecto «3D Print Canal House» utiliza una impresora de tamaño intermedio, que opera en un contenedor, llamado «Kamermaker», fácil de colocar en el sitio (prueba en curso en los Países Bajos 49), elementos de paredes que luego se ensamblan fácilmente en la plaza; En este caso, el plástico utilizado está hecho con un 75% de aceite vegetal, pero se experimentan otros tipos de plásticos.
Comercializacion
Caterpillar Inc. ha financiado el proyecto de la Escuela Viterbi desde 2008.
Khoshnevis también dice que la NASA está evaluando la construcción de esquemas como un método para construir bases para la colonización de Marte y la Luna.
En 2009, estudiantes de pregrado de la Universidad de Singularidad establecieron el proyecto ACASA con Khoshnevis como CTO para comercializar la construcción por contornos.
Anterioridad
El concepto de fabricación aditiva existe entre los modeladores que usan arcilla, cera y arquitectura en artesanos o decoradores que usan yeso o estuco. La construcción de paredes en capas de adobe (banchage) consolidada o no por la cal, la paja, las fibras, etc. existe desde la antigüedad, pero ahora sería potencialmente completamente automatizada, acelerada y ya no requeriría encofrado.
Implementación
Uno de los sistemas más exitosos para la construcción de contornos es D-Shape, cuyo desarrollador es Enrico Dini. D-Shape te permite realizar edificios sin intervención humana. En este caso, D-Shape utiliza una tecnología especial para convertir arena en un mineral con características microcristalinas, cuyas propiedades son superiores al cemento Portland. Según algunas afirmaciones, dicho material no requiere refuerzo. Se observa que D-Shape le permite acelerar el proceso de construcción hasta cuatro veces en comparación con los métodos tradicionales.
En 2009, el sistema D-Shape ya había erigido un edificio de 3 metros de altura.
En 2014, se inició un gran avance en el campo de la construcción de edificios utilizando la impresión 3D de contornos con hormigón.
Durante 2014, la compañía de Shanghai WinSun anunció, primero, la construcción de diez casas impresas en 3D, erigidas en 24 horas, y luego imprimió una casa de cinco pisos y una mansión.
La Universidad del Sur de California pasó las primeras pruebas de una impresora 3D gigante que puede imprimir una casa con un área total de 250 m² por día.
Futuro
Varios modelos más o menos experimentales se crearon a fines del siglo xx y ayudaron a producir gradualmente piezas cada vez más grandes, generalmente de un solo material y del mismo color.
La impresora tridimensional fue inicialmente ciencia ficción (Arthur C. Clarke evocó una «máquina de replicación» en la década de 1960, una máquina que replicaba objetos al imprimir libros, lo que tendría un efecto profundamente positivo en la sociedad: «la humanidad se adaptará como en el pasado «o cómics (en 1972, en la caricatura Tintin y Shark Lake, el profesor Tournesol inventa una fotocopiadora tridimensional inmediatamente codiciada por Rastapopoulos para la fabricación de falsos mediante la duplicación de obras de arte robadas de los principales museos).
Las soluciones técnicas existentes en la década de 1990 sugieren la posibilidad de una construcción rápida y totalmente automatizada de un edificio o conjunto de edificios, con pintura automatizada, instalación robótica de azulejos y otros elementos decorativos o funcionales como tuberías de agua, gas, aire acondicionado o Aireación, integración de cableado eléctrico, electrónico o de fibra óptica, etc.
En 2014, existen cirujanos robot, incluida la cirugía cerebral. Algunos robots médicos pueden controlarse de forma remota (tele) y los modelos en desarrollo ya pueden adaptarse en tiempo real a los movimientos respiratorios o los reflejos de un paciente. Sugieren que la precisión de la impresión 3D aplicada a la arquitectura puede progresar aún más.
Del mismo modo, es probable que las tipologías de materiales aumenten en el futuro como progreso técnico. También se consideran materiales reactivos o «inteligentes» estructurados para almacenar o conducir o filtrar aire, agua, humedad, calorías o frigoríficos, información, etc.
El biomimético podría inspirar a los ingenieros y arquitectos y ofrecer nuevas ideas para viviendas ecológicas con una huella ambiental muy baja, sin «huella hídrica» o huella de carbono, o con probabilidad de pagar su deuda ecológica. Tales construcciones podrían, por ejemplo, estar inspiradas en el modelo constructivo de ciertos montículos de termitas, organismos bioconstructivos y / o fotosintéticos, etc., utilizando micro-robots capaces de producir posiblemente un material nanotructurado con características novedosas.