Impresión 3D en la Construcción

Por ibon iribar, Investment and Open Innovation Advisor en CEMEX Ventures.

La impresión 3D es uno de los grandes avances tecnológicos e innovaciones del siglo XXI. Su valor en el mercado global alcanzó los USD $190 millones en 2021 y se espera aumente a $680 millones USD para el 2030. Los factores que más influencian este crecimiento son el aumento en las preocupaciones ambientales con respecto a los residuos generados por el sector, la posibilidad de personalización y flexibilidad arquitectónica utilizando esta tecnología, y la creación rápida de modelos y prototipos.

A medida que la tecnología se continúa desarrollando, las posibilidades de adopción y crecimiento aumentan y se espera que para el 2028 su tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR, por sus siglas en inglés) sea de un 91.5% en comparación con el 2021.

¿Cómo funciona la impresión 3D en la construcción?

La tecnología alrededor de la impresión 3D se ha puesto en duda muchas veces desde la década de 1980. Sin embargo, esta ha ganado mayor relevancia gracias a la mejora de la propia técnica que permite la creación de un objeto tridimensional mediante la superposición de capas sucesivas de material. Este método de construcción es muy versátil y permite crear desde componentes específicos de un proyecto hasta diversos tipos de estructuras complejas en su totalidad, como casas o espacios habitacionales, oficinas, puentes, paredes, estructuras modulares, moldes de refuerzo, columnas, mobiliario urbano y hasta elementos decorativos. ¿Cómo es posible?

En la construcción, gran parte de la información necesaria para que esta tecnología funcione proviene del proceso de diseño. Como la industria ya tiene experiencia en el proceso de fabricación asistida por computadora y el BIM continúa en auge en el sector constructivo, la integración de tecnologías de impresión 3D es menos complicada. Mediante un programa de CAD o BIM, una impresora 3D recibe la información de lo que necesita imprimir y las máquinas comienzan a sobreponer los niveles de material de acuerdo con las indicaciones. Esto puede realizarse con varios materiales, siendo el más común una mezcla de concreto, geo polímeros, fibra y arena.

La evolución de la impresión 3D ha sido tan favorable en la última década, que su valor en el mercado de la construcción se espera que alcance hasta los USD $1,034,096.7 mil para 2028, según estudio de Research and Markets. Esto supone un aumento de 91.5% en su tasa de crecimiento anual compuesto entre el 2021 y 2028.

Beneficios de la impresión 3D en la construcción

La impresión 3D aporta grandes beneficios a la industria de la construcción, siendo una solución que toca casi todas las áreas de la cadena de valor del sector. Desde aportes a la sostenibilidad, incremento en la productividad y ayuda a los retos en la cadena de suministro, esta tecnología llegó para revolucionar la manera en la que construimos.

Reducción de tiempos

Mediante métodos de construcción tradicionales, un proyecto puede tardar muchos meses en completarse, siendo la norma que grandes proyectos demoren un 20% de tiempo más de lo esperado y añadiendo hasta un 80% en sobrecostes sobre el presupuesto inicial. Sin embargo, la impresión 3D permite reducir hasta un 70% del tiempo y el proyecto puede ser finalizado en solo horas o días, dependiendo de su magnitud. Por tanto, los contratistas pueden trabajar en más proyectos y, por consiguiente, incrementar su fuente de ingreso.

Más costo-efectiva y sostenible

La impresión 3D permite utilizar la cantidad precisa de material para levantar una estructura, permitiendo que se generen hasta 60% menos residuos en el lugar de la obra. Igualmente, no habrá un excedente en la compra de materiales, suponiendo una reducción en costes tanto en su compra como posterior almacenamiento.

Al reducir tiempos y costes, las compañías verán un incremento exponencial en los beneficios de esta tecnología, que también supone una gran ayuda en localizaciones donde hay necesidad de proyectos y escasez de mano de obra. Al automatizar mediante las impresoras 3D la creación de una estructura, las empresas pueden ver una reducción en costes de mano de obra de hasta un 80%.

 

Más segura

La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de Estados Unidos (OSHA por sus siglas en inglés), reporta que 1 de cada 10 trabajadores en obras de construcción resulta lesionado cada año, siendo las principales causas las caídas y contacto erróneo con el equipo.

Uno de los beneficios más importantes que ha traído la impresión 3D a la construcción es en la salud y seguridad de los empleados en el lugar de la obra. Al conocer cómo trabajar eficazmente con las impresoras, los trabajadores pueden realizar su labor de manera más fácil y reducir las lesiones ocurridas en el terreno. 

Flexibilidad en el diseño

Los cambios de último momento en el diseño ya no serán un problema ni dilatarán el proceso de construcción. La impresión 3D permite personalizar la obra hasta justo antes de comenzar la impresión de la estructura, eliminando todos los dolores de cabeza que suponen estos cambios.

Oportunidades y retos para la impresión 3D en construcción

Aunque los beneficios de la impresión 3D en la construcción continuarán desarrollándose a medida que más empresas apuesten por esta tecnología, lograr una mayor adopción de este método en el mercado aún supone un reto.

Destacamos los siguientes puntos que intervienen al momento de conseguir que esta tecnología tenga aún más auge entre los profesionales de la industria y que las grandes compañías apuesten por ella:

  • Aunque la impresión 3D en sí es más costo-efectiva al momento de construir, la maquinaria necesaria continúa siendo muy costosa tanto para adquirirla como para operarla y las grandes empresas aún no apuestan por ellas de manera significativa.

  • La industria necesita desarrollar más profesionales capacitados para poder manejar la tecnología detrás de la impresión 3D, capacitados para diseñar modelos a computadora, operar los equipos y brindarles el mantenimiento adecuado.

  • Se necesitan más regulaciones y legislación para la impresión 3D en la construcción que permita tener unas guías claras sobre su utilización y beneficios de su implementación en las nuevas obras de construcción.

Igualmente, los tamaños y desarrollo de las impresoras suponen un reto pues muchos de los modelos que surgen en el mercado limitan su uso al tamaño de la estructura a imprimir.

Además, el material o fórmula de la mezcla en la que se imprime supone una de las principales limitaciones para que la impresión 3D despunte como método de construcción. El material en el que se imprime debe tener la capacidad de impresión deseada para poder ser extruido de la boquilla y la edificabilidad para poder mantener su forma y sostenerse rápidamente. Aunado a esto, toma mucho peso el tiempo abierto, que es el periodo en donde impresión y la edificabilidad son consistentes dentro de las tolerancias aceptables ya que hay un tiempo limitado para imprimir el material. Cualquier retraso en el proceso puede hacer que el concreto se endurezca y entorpezca la labor.

Tipos de impresoras 3D

Brazo robótico

Impresora controlada automáticamente que permite libertad de movimiento y flexibilidad para programar múltiples tareas. El brazo es capaz de imprimir desde múltiples ángulos, permitiendo la realización de geometrías complejas y curvas, y puede imprimir en tamaños más grandes en comparación con otros métodos de impresión 3D.

Sistema de pórtico

El método de elaboración de contornos marca el comienzo de la impresión 3D en la construcción. Este proceso deposita el material de construcción para formar un modelo 3D y crear estructuras a gran escala con un acabado de superficie lisa. Funciona mediante rieles colocados alrededor del suelo del edificio que actúan como guía para dirigir el brazo robótico en la aplicación del concreto capa por capa.

Métodos de impresión 3D

Extrusión

La extrusión es la técnica de impresión 3D más común ya que se puede utilizar en casi todos los entornos. Comúnmente utilizada para aplicaciones de modelado, creación de prototipos y producción, este método crea un objeto colocando material en capas a través de una o más boquillas montadas sobre un brazo robótico, sistema de pórtico o grúa.

Granulado

Contrario a otros métodos de impresión, el granulado utiliza materia prima en polvo como su principal material. Existen dos métodos: “powder bed jetting” y el “binder jetting”. El primero se caracteriza por derretir partículas de polvo con un láser en el objeto deseado, capa por capa, mientras que una hoja de recubrimiento agrega más polvo para cada nueva capa.

Por otro lado, el “binder jetting” utiliza un cabezal de impresión que deposita un agente adhesivo líquido en la cama de impresión en polvo. El líquido une las partículas de polvo para formar cada capa del objeto deseado. Luego se agrega una nueva capa de polvo y el proceso se repite capa por capa. Este segundo permite imprimir con un mayor nivel de precisión y pueden manejar impresiones más complejas.

Rociador

El robot autónomo rocía el material de construcción a presión en la forma deseada y repite el proceso capa por capa. Este método permite rellenar los espacios de la estructura con Concrete. Actualmente se estudia su utilización para aplicaciones verticales y sobresalientes como fachadas o decoraciones de techos.

Impresión 3D en la construcción a nivel mundial

La demanda de construcción y mejores infraestructuras está creciendo, sobre todo en las grandes ciudades. En 1800, solo el 3% de la población residía en áreas urbanas, para 1900 el total de la población que vivía en ciudades aumentó a un 15%. Hoy alcanzamos el 55% de la humanidad residiendo en zonas urbanas y el World Economic Forum prevé que dos tercios de la población vivirá en las grandes ciudades para el 2050.

A escala global hay numerosas medidas gubernamentales que incentivan la implantación de la impresión 3D en construcción. Varias ciudades se postulan para ganar esta carrera y una de las que opta a liderar la lista es Dubái, en donde el 25% de los edificios tienen que ser hechos con tecnología de impresión 3D para el 2030.

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