RESUMEN:
Este artículo narra la experiencia del nacimiento de la primera impresora 3D de gran formato en Colombia, mostrando la versatilidad que posee esta tecnología y su aplicación productiva de acuerdo con modelaciones actuales como BIM y la primera aplicación que se tuvo en el país en cuanto a construcción de vivienda.
*Artículo escrito por Ana María Mesa, Gerente de Innovación, Gestión y Sostenibilidad, Constructora Conconcreto.
La manufactura aditiva o impresión 3D en Colombia es el resultado del esfuerzo compartido entre los sectores académico y empresarial que, después de realizar una misión a Silicon Valley, (2013) – el lugar que aglutina las compañías más innovadoras del mundo- deciden asumir el desafío de transformar la construcción. Para ello, crearon un programa que les permitió explorar los procesos similares que se estaban gestando en otras partes del mundo, así como las patentes existentes.
En 2016, con la información recogida y la ingeniería nacional, se da inicio al proyecto para desarrollar esta tecnología en el país.
El proyecto estuvo liderado y conformado por un equipo multidisciplinario, entre los que se destacan ingenieros mecatrónicos, civiles, físicos, de materiales y demás, a quienes se asignó la misión de emprender la planeación de la hoja de ruta, el diseño, ensamble y desarrollo de la primera impresora 3D de gran formato en Colombia en un tiempo récord menor a seis meses.
El principal desafío consistió en lograr que la impresora pudiese elaborar piezas a escala real, para lo cual fue necesario desarrollar, perfeccionar, mejorar, avanzar e investigar.
El equipo líder del proyecto afrontó la construcción y puesta en marcha de la primera impresora 3D gran formato en el país, trabajando tanto el hardware como el software del equipo, de manera intensa para su realización.
Evaluando las alternativas técnicas y económicamente viables, finalmente se seleccionaron proveedores internacionales tanto para el sistema controlador como para el sistema de movimiento o pórtico; un grupo de investigación de carácter local desarrolló el software y un equipo de investigación externo elaboró uno de los componentes del diseño.
El resultado es una tecnología que permite reconocer el software de diseño, interpretar los planos requeridos en el lenguaje de programación, enviar la señal a la máquina y ejecutar el trabajo programado “imprimiendo” dosis exactas de concreto con movimientos milimétricos. El controlador permite plasmar en un entorno digital, las formas que se quieran llevar a la producción, ya sea para altos volúmenes o para piezas individuales.
Su versatilidad es tal que permite ajustar la forma que se quiere, visualizarla en 3D en una pantalla HMI (Human Machine Interface) y crear comandos para ejecutar y producir lo que se tiene diseñado en el modelo digital BIM (Building Information Modeling).
Otro desafío fue el desarrollo de la extrusión, puesto que fue necesario combinar la tecnología propia de este proceso con la necesidad de obtener piezas de la forma y condición necesarias para que al imprimirlas se lograra la rigidez requerida a la par con la flexibilidad de la geometría.
Concreto: tinta de impresión para la I3D
Simultáneo al desarrollo de la máquina impresora, se inició la actividad de la tecnología de la tinta de impresión, optando por el concreto. Considerando la experiencia en procesos constructivos y la experiencia con el material por parte de los ingenieros del equipo del proyecto, se realizaron formulaciones de mezcla de base cementicia. El desarrollo de la tinta implicó diseñar un gran número de mezclas que contaran con las características de resistencia, fluidez, consistencia, estabilidad y reología necesarias.
Con la impresora marchando y la mezcla en punto, se converge en la totalidad de la impresora 3D (I3D) gran formato. Luego de múltiples impresiones con resultados positivos se da un nuevo paso en el camino de la impresión aditiva y se decide desarrollar el primer prototipo de módulo habitable en Colombia: un módulo habitable impreso con la I3D gran formato.
Este nuevo desafío retó al equipo a adelantar el proyecto denominado Casa Origami e incluir en la solución habitacional el diseño, la fabricación y la logística de componentes estructurales y no estructurales.
Casa Origami: primer prototipo de vivienda impreso en 3D
El proyecto Casa Origami se construyó en Medellín, Colombia y concluyó con éxito. Se trata de un módulo habitacional de 23 m2, impreso en concreto. Su impresión tardó 27 horas y se realizaron adecuaciones al mismo como la inclusión de paneles solares para la generación y abastecimiento de energía directa, además de una cubierta verde y arcillas livianas para mejorar el confort térmico.
Esta es una tecnología que, además de generar piezas adaptadas a las necesidades del mercado de la construcción, permite la estandarización del proceso de impresión de elementos y sus aplicaciones al prototipo de vivienda (módulo habitable), enfocada a componentes de sostenibilidad como el consumo de energía y los aspectos arquitectónicos.
Como principales resultados en el desarrollo del proyecto se alcanzaron:
- Desarrollo de un diseño de mezcla de mortero seco con pigmentos que permiten la impresión de elementos con color.
- La estandarización del proceso de impresión de elementos no estructurales, con base en el equipo de impresión actual.
- El acondicionamiento del prototipo de módulo habitable en aspectos arquitectónicos y de sostenibilidad.
- Desarrollo de un sistema de impresión 3D de concreto para la manufactura de piezas personalizadas con geometrías complejas.
- Metodología colaborativa para procesos de diseño de proyectos de construcción bajo esquemas BIM, integrados a la impresión 3D gran formato.
Vienen desafíos como la de los diseños de mezcla de mortero seco con inclusión de fibras sintéticas de refuerzo, para dar mayor resistencia a los elementos impresos. Las fibras permitirán reducir y/o evitar la adición de acero de refuerzo en los elementos, sin comprometer las condiciones estructurales de los mismos.
Los beneficios de la industria 4.0 para el sector de la construcción colombiana con la automatización, la digitalización y más recientemente con el internet de las cosas, han logrado dar un valor agregado diferente al sector constructor que históricamente ha tardado en asumir la transformación y la productividad de sus actividades.
Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.
Esta es una tecnología que, además de generar piezas adaptadas a las necesidades del mercado de la construcción, permite la estandarización del proceso de impresión de elementos y sus aplicaciones al prototipo de vivienda (módulo habitable), enfocada a componentes de sostenibilidad como el consumo de energía y los aspectos arquitectónicos.
CONCLUSIÓN
Los desarrollos realizados con base en la tecnología de manufactura aditiva tienen el potencial de entregar alternativas al mercado de viviendas. Explorar mercados como la prefabricación de piezas y muros divisorios, entre otros, dando paso a la producción de piezas de mayor valor agregado respecto a las que se han desarrollado en etapas anteriores.
