IMPRESORA 3D

impresora 3D isabel barbeito lópez-dóriga alba yurena carrizo cortés sonia hernández-gil díaz ángel valero bañuelos

ETSAM_MHab_Taller Composición 2019

La impresora 3D

“El final del siglo XX fue sobre la información haciéndose digital. El siglo XXI será sobre acercar el mundo virtual y el físico”.

Hod Lipson y Metha Kuman

Fig. 01. Colección Kaza Concrete 3D de Walker Zanger. |walkerzanger.com|

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La impresora 3D

ÍNDICE

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Hacia una nueva Revolución Industrial

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Descripción de la máquina ¿Qué es la impresora 3D? ¿Cómo funciona la impresora 3D? Ventajas en el ámbito de la arquitectura

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Evolución histórica Línea del tiempo La impresora 3D a lo largo de la historia

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Influencia en la arquitectura Aplicaciones actuales Aplicaciones en fachadas

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Influencia en otros campos

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Un nuevo paradigma

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Bibliografía

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La impresora 3D

Descripción

HACIA UNA NUEVA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL

DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA | ¿qué es la impresora 3D? |

Nos encontramos en un momento de la historia, y en concreto de la arquitectura, en el que la información, las tecnologias, los métodos de investigación y los modelos de producción están en constante evolución. Si la revolución industrial de finales del siglo XVIII hizo posible la producción en masa de bienes de consumo, cambiando radicamente la economía y la sociedad, ahora surge una nueva tecnología de fabricación que consigue precisamente lo contrario: la fabricación individualizada.

Este nuevo sistema que permite crear según necesidades y gustos, socava las economías de escala, cuestionando la necesidad de fabricar cientos o miles de unidades para abaratar el producto y que finalmente llegue al consumidor. En paralelo está ocurriendo un cambio de roles en los métodos de trabajo, el consumidor se convierte ahora en el productor, lo que supone replantearse el sistema de fabricación, desde como diseñamos, generamos o transportamos los productos, hasta la protección de la propiedad intelectual.

Todo este cambio se ve reflejado en la arquitectura, la cual necesita nuevas soluciones y posibilidades constructivas que permitan expandir sus límites. Como afirma Areti Markopoulou “la arquitectura ya no es meramente habitada, sino que se vuelve interactiva y evolutiva, una interfaz tecnológicamente integrada”. Este es un desarrollo colectivo que permite colaboración entre disciplinas, para un mayor desarrollo de cada una, consiguiendo soluciones frente a grandes desafíos y que la arquitectura no sea rígida sino que interactúe con su entorno y usuarios.

Se trata de una tecnología que permite la creación de piezas tridimensionales a través de un mecanismo de adición de capas, que pueden ser de diferentes materiales. Estos objetos se crean a partir de datos digitales, es decir, un ordenador se encarga de darle órdenes a la impresora 3D para que vaya superponiendo estas capas según un modelo específico.

Hay muchas definiciones y terminologías empleadas para describir la impresión 3D, como es la fabricación aditiva o el prototipado rápido.

| ¿cómo funciona la impresora 3D? | Dentro de la fabricación aditiva, podemos encontrar distintas tendencias de fabricación, con distintos métodos y distintos elementos a utilizar. Todas ellas implican una serie de fases en el diseño del producto y en prototipado rápido que componen un ciclo especifico.

CAD CAD

STL Imp.3D Modelación Digital -> Exportación -> Rebanado -> Conexión -> Acabado |1| |2| |3| |4| |5|

Fig. 02. Esquema de funcionamiento de la impresora 3D. |por los autores|

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1.1

La impresora 3D

Descripción

VENTAJAS

| en el ámbito de la arquitectura |

1. Complejidad no eleva coste: En un proceso de fabricación tradicional, cuanto más compleja es la forma de un objeto, más cuesta crearlo. En una impresora 3D, la complejidad no supone un coste añadido. Para fabricar una forma compleja y ornamentada no hace falta más tiempo, habilidad o coste que para imprimir un simple bloque. Esto rompe completamente con la política de precios tradicionales y cambia el modo de cálculo del coste de fabricación.

En el ámbito de la arquitectura son muy notables y variadas las aplicaciones que estas máquinas de impresión 3D pueden tener y las ventajas que pueden ofrecer a sus usuarios, aunque de momento no se hayan desarrollado en todo su potencial, sino que parezca estén todavía en una fase emergente.

El rol de la impresión 3D detectado hoy en día en el mundo de la construcción se encuentra en dos tipos de escala: la producción de edificaciones completas y la producción de piezas pequeñas/medianas para ensamblar en obra. Con la tecnología actual, la impresión por piezas y su montaje posterior es una mejora del modelo de fabricación convencional, ya que introduce un nuevo factor esencial: la personalización. Incrementa a su vez otras ventajas como la producción en masa y disminuye tiempos de ejecución, desperdicios y mano de obra.

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2. Variedad sale gratis: Una sola impresora puede crear muchas formas.

Al igual que un artesano humano, una impresora 3D puede fabricar una forma diferente cada vez. Las máquinas de fabricación tradicional son mucho menos versátiles y el espectro de formas que pueden crear es limitado. La impresión 3D evita el sobrecoste que conlleva la formación de los operadores de las máquinas y los cambios necesarios en estas. Una impresora 3D solo necesita un diseño digital diferente y un lote nuevo de materia prima.

3. No precisa ensamblaje: En las fábricas modernas, las máquinas crean objetos idénticos que más adelante son ensamblados. Cuantas más piezas tenga un producto, más costará ensamblarlo y más caro será de fabricar. La impresora 3D, al crear objetos por capas no hace falta ensamblar las partes. Esto acorta las cadenas de suministro, ahorrando costes de mano de obra y transporte, además de contaminar menos.

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1.2

La impresora 3D

Descripción

4. Elaboración bajo demanda: Una

impresora 3D puede imprimir bajo demanda, siempre que un objeto haga falta. Esto hace posible nuevos tipos de servicios empresariales, dado que las impresoras 3D permiten a las empresas crear objetos especializados, a la carta, en respuesta a las peticiones de los clientes. Este “tiempo de fabricación cero” procura minimizar el coste de los envíos a larga distancia.

5. No precisa habilidades manuales: La maquinaria de producción en masa y fabricación asistida por ordenador reducen la necesidad de mano de obra cualificada. La fabricación no cualificada abre la puerta a nuevos modelos de negocio y nuevos sistemas de producción para personas que se encuentran en entornos remotos o circunstancias extremas.

6. Forma Libre: Se ha visto que la FA permite que se puedan diseñar y fabricar elementos constructivos con una libertad geométrica sin precedentes.

Esta tecnología supera en efecto los límites establecidos por la producción industrial tradicional (la cual es mayoritaria en el mundo de la construcción) y también algunas restricciones propias de otros sistemas de fabricación digital (sustractivos y formativos). Para la arquitectura esta libertad abre un horizonte completamente nuevo para el desarrollo de innovaciones hechas a medida, sin las limitaciones impuestas por la industria.

7. Series Cortas y/o Personalización: Imprimir piezas de una en una permite elaborar series cortas o elementos

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únicos sin ninguna complicación. La

impresora 3D ofrece un gran potencial a la hora de materializar elementos decorativos o de ingeniería, para los que se requiere un diseño hecho a medida. Esto puede ser importante tanto en nuevas construcciones como para restaurar y conservar edificios.

8. Materialidad: La tecnología aditiva evoluciona a grandes pasos, con el desarrollo de nuevos métodos y una gama de materiales y acabados cada vez más amplia. La promesa de esta evolución es poder trabajar con varios materiales a la vez y explorar elementos constructivos mucho más sofisticados, que puedan tener cantidades variables de material en distintas regiones de su morfología. Ello serviría para ajustar localmente sus propiedades físicas (estructurales u otras), acorde con esta distribución.

Fig. 03. Esquemas explicativos. |por los autores y “Fabricación digital en fachadas”, Laura Díaz|

Fig. 04. Visualización del proyecto de fachadas impresas en Berlín |”Fabricación digital en fachadas”, Laura Díaz|

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1.3

La impresora 3D

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La impresora 3D

Evolución Histórica

EVOLUCIÓN HISTÓRICA | línea del tiempo |

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2.1

Evolución Histórica

Fig. 05. Colección Kaza Concrete 3D de Walker Zanger. |walkerzanger.com|

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2.2

La impresora 3D

Evolución Histórica

EVOLUCIÓN HISTÓRICA

| la impresora 3D a lo largo de la historia | Durante los últimos 50 años, los arquitectos han ido incorporando progresivamente las herramientas digitales en su trabajo y lo han hecho de diferentes maneras. Su uso ha ido evolucionando en sintonía con el desarrollo de la tecnología.

La primera fase de integración del ordenador a la práctica arquitectónica se concentró en lograr mejorar la producción en cuanto a la realización de dibujos técnicos en dos dimensiones.

La segunda fase de integración del ordenador se caracterizó por la extensa difusión de esta nueva herramienta en la práctica arquitectónica y la mejora de sus prestaciones. Las nuevas herramientas informáticas, aparecidas en los años 80, permitieron utilizar los ordenadores para ilustrar las propuestas arquitectónicas con visualizaciones en tres dimensiones (3D) mucho más sofisticadas y realistas.

Sólo en los años 90 –tres décadas después de las primeras incursiones del ordenador en arquitectura- empezaron a emerger nuevas maneras de utilizar esta herramienta. Así, la tercera fase de su implementación tuvo un impacto mucho más sustancial, porque se empezó a utilizar para la propia concepción del proyecto arquitectónico.

El inicio de la impresión 3D se remonta a 1984, cuando Charles Hull inventa la estereolitografía, un proceso

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de impresión 3D pensado principalmente para la prueba de prototipos antes de pasar a la producción en cadena de estos. Con este fin, creó la empresa 3DSystems, que se convirtió en líder en el mercado y permitió que su sistema de prototipado se extendiera a nivel industrial.

En 1987, Carl Deckard desarrolla el sistema de impresión mediante SLS (Selective Laser Sintering, tecnología en la que un láser es utilizado para fundir las partículas del material en polvo para que se unan y formen un objeto, generalmente con materiales plásticos, con una gran capacidad de resistencia y flexibilidad). Sin embargo, la primera máquina de impresión de SLS no será fabricada hasta 2006.

Unos años más tarde y en paralelo, S. Scott Crump funda Stratasys, empresa con la que desarrolla el modelado por deposición fundida (FDM), método basado en la creación de objetos mediante la superposición de capas consecutivas de un mismo material hasta conseguir la forma deseada. Este método, debido a su menor coste, permitió la difusión de la impresión 3D, permitiendo a pequeños usuarios acceder a estas nuevas tecnologías.

Fig. 06. Charles Hull creando sus prototipos con la impresora 3D. |sculpteo.com|

Fig. 07. Carl Deckard.|sculpteo.com|

Es a partir de la década de los noventa cuando la impresión 3D se concibe como una revolución en los mercados.

Fig. 08. S. Scott Crump.|sculpteo.com|

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2.3

Influencia en la arquitectura

La impresora 3D

INFLUENCIA EN LA ARQUITECTURA

MOLDES

PROTOTIPOS

| aplicaciones actuales |

3. Como proceso de trabajo algunas empresas ya han comenzado a utilizar las impresoras 3D para la creación de prototipos (piezas previas a la pieza final) que les permita mostrar el acabado de los productos con fines comerciales, entablar discusiones con sus clientes, o como metodología de trabajo donde se podrían ensayar, detectar y corregir posibles errores del producto antes de obtener una pieza final del mismo.

MODELOS A ESCALA

Fig. 11. Molde de inyección impreso en 3D por Stratasys para bloque desinfectante Domestos.|google.com|

Fig. 09.Maqueta impresión 3D del estudio Daniel Libeskind. |libeskind.com|

Fig. 10. Maqueta impresión 3D del estudio Sergio Torres Arquitectos. |sergiotorresarq.com|

1. Las impresoras 3D domesticas que emplean plásticos como material de impresión son las más empleadas para este tipo de trabajos en los que el usuario puede obtener maquetas de sus proyectos en la escala deseada con un alto nivel de detalle. Sin embargo, estas impresoras son demasiado lentas y tardarían horas en conseguir una maqueta de las dimensiones y características con las que se manejan los arquitectos en el ámbito profesional y docente. Este puede ser el motivo por el cual las impresoras 3D aun no son más que utilizadas por un pequeño número de profesionales y estudiantes del sector.

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2. Las impresoras 3D domesticas que emplean plásticos como material de impresión son las más empleadas para este tipo de trabajos en los que el usuario puede obtener maquetas de sus proyectos en la escala deseada con un alto nivel de detalle. Sin embargo, estas impresoras son demasiado lentas y tardarían horas en conseguir una maqueta de las dimensiones y características con las que se manejan los arquitectos en el ámbito profesional y docente. Este puede ser el motivo por el cual las impresoras 3D aun no son más que utilizadas por un pequeño número de profesionales y estudiantes del sector.

Esto permite agilizar los procesos de diseño y mejorarlos notablemente pues antes era más difícil cambiar cualquier eslabón de un diseño, sin embargo, puede llegar el caso en el que el diseño 2D se vaya dejando de lado y cobre mayor importancia el testado del prototipo, lo cual tendría sus ventajas e inconvenientes.

Fig. 12. Prototipo de un sillón diseñado por Lilian van Daal.|google.com|

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3.1

Influencia en la arquitectura

La impresora 3D

MOBILIARIO

ARQUITECTURA PARAMÉTRICA

FACHADAS

Fig. 14. Celosía de DUS Architects |houseofdus.com|

6. La fachada conforma la imagen visual de un edificio para el visitante exterior, pero a su vez supone la frontera entre el espacio interior y el exterior, con todos los aislamientos acústicos y térmicos que debe conllevar. Actualmente las fachadas más desarrolladas en las últimas construcciones son las fachadas ventiladas, donde la hoja exterior es la más flexible y la más cuidada por los arquitectos en muchas ocasiones, conforma, la imagen final de edificio. Hasta ahora se han desarrollado fachadas de hoja exterior de bloques cerámicos piezas fotovoltaicas, vidrio, bloque de hormigón, etc.

4. La arquitectura no solo son rascacielos, grandes edificios híbridos o incluso pequeñas ciudades, la arquitectura también tiene un nivel de pequeña escala donde intervienen productos como carpinterías, mobiliarios, griferías, lámparas, mecanismos…

Estos elementos no pertenecen exclusivamente a la rama del diseño, sino que también han de tener buenas cualidades arquitectónicas que los hagan aptos para su finalidad dentro de un proyecto de mayor escala.

5. Una celosía es algo fácil de ima-

ginar si se piensa como estructura bidimensional. Sin embargo, la celosía como objeto tridimensional no ha sido posible hasta el desarrollo de la impresora 3D. Las celosías son estructuras entramadas que sirven para multitud de aplicaciones En el campo de la arquitectura, sobre todo, en la actualidad, son muy utilizadas en fachadas, cubriciones de conductos y maquinarias de instalaciones, barandillas, elementos de protección, etc. Estas celosías están formalizadas por algoritmos informáticos que generan un patrón repetible o aleatorio, de geometrías precisas rectas y angulares o de formas orgánicas complejas.

Fig. 13. Silla Solid C2 M (2004) del diseñador Patrick Jouin.|Malé-Alemany, Marta. “El potencial de la Fabricación Aditiva en la Arquitectura: Hacia un nuevo paradigma para el diseño y la construcción”|

Gracias a su impresión tridimensional los limiten en cuanto al diseño de estas celosías ya no son tales, sino que la diferencia de coste entre imprimir un tipo de celosía y otro es nula.

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Sin embargo, las limitaciones en cuanto a la forma y, por tanto, en cuanto a la imagen final de la envolvente de un edificio siguen presenten. Las piezas que conforman está hoja exterior de la fachada suelen ser, por lo general prismáticas, con diversas proporciones cuadrangulares o rectangulares. Sin embargo, la impresora 3D podría abrir un amplio abanico de posibilidades en esta materia ya que, entre algunas de las ventajas de emplear estas técnicas se encuentra el hecho de poder generar piezas únicas, objetos sin necesidad de molde.

Fig. 15. Fachada Shed realizada por el estudio Emerging Architects. Esta diseñada para que en esta superficie crezcan plantas y se convierta en una fachada vegetal. |houseofdus.com|

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3.2

Influencia en la arquitectura

La impresora 3D

MATERIALES DE IMPRESIÓN 7. Existen una gran variedad de materiales de origen natural o artificial empleados como material prima en proyectos, pruebas o prototipos. Complementando a estos dos grupos establecemos el concepto de “multimaterialidad” de elementos constructivos.

MATERIALES NATURALES 7.1. Piedra | Arena. La arena se mezcla con un aglutinante inorgánico y se va depositando originando capas una sobre otra. El material petrificado que se obtiene se comporta como un mineral a esfuerzos de compresión y tensión, comparables a la piedra artificial, , los conglomerados o el hormigón.

7.2. Tierra. La tierra se mezcla con agua y forma una pasta que al pasar por una boquilla es depositada capa por capa. Tras el secado del agua se produce el edurecimiento de la masa, haciendo posible la superposición de la siguiente capa.

Fig. 16. El Radiolaria Pavilion |desamanera. com|

7.3. Madera. Se hace a partir de polvo de madera con una sustancia liquida, que origina una pasta de madera que convierte el resultado en un filamento apto para su impresión. Este compuesto está destinado a servir para la impresión de muebles o pequeños objetos de decoración.

7.4. Sal. Se mezcla la sal con un aglutinante. Se puede considerar que la sal puede llegar a esfuerzos mecánicos que exige la arquitectura.

7.5. Residuos biológicos. La base plástica del material ha sido una sustancia ligante combinada con restos biológicos (por ejémplo: piel de naranja).

Fig. 17. Proyecto realizado en Terraperforma |iaacbloc.com|

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MATERIALES ARTIFICIALES 7.6. Hormigón | Cemento. El hecho de utilizar materiales como el yeso o el hormigón permite que este proceso sea trasladable a estructuras de gran tamaño. Para ello, hay que tener en cuenta la superficie de impresión de la impresora, esto se soluciona mediante un pórtico móvil.

Fig. 18. Bonne Chair de Joris Laarman Lab|jorislaarman.com|

7.7. Metal. Es necesario fundirlo, lo que exige que los moldes a emplear tengan una adecuada resistencia frente a las altas temperaturas. Todos los proyectos desarrollados con este material son de escala pequeña, por tanto, las aplicaciones en la arquitectura se han centrado en la creación de mobiliario aprovechando la libertad formal que proporciona.

7.8. Vidrio. Los vidrios empleados en la arquitectura son normalmente flotados, es decir, originados por deposición fundida del material. Este proceso sólo es capaz de originar vidrios con superficies muy planas. Pero, la fabricación aditiva facilita la posibilidad de producir formas más complejas.

7.9. Plástico. Hasta ahora el plástico ha sido dedicado a carpinterias, instalaciones, aislamientos e impermeabilizaciones. Pero por el contrario, es el material más empleado en la fabricación aditiva. Una de las ventajas de este tipo de fabricación es el poder de reciclaje ya que es posible crear filamentos biodegradables.

Fig. 19. Pilares de vidrio desarrollados en el proyecto Glass II. |(Pre)fabricación Aditiva en la arquitectura, Valero Ángel|

Fig. 20. Imágen del proyecto 3D Print Canal House, Amsterdam.|dprintcanalhouse. com|

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3.3

Influencia en la arquitectura

La impresora 3D

INFLUENCIA EN LA ARQUITECTURA | aplicaciones en fachadas |

PICOROCO BLOCK

METODOLOGÍA La impresión 3D se encuentra en una fase emergente o de desarrollo de investigación, aunque existen ya bastantes ejemplos de su utilización en nuestro campo, sigue muy limitada por su tamaño, ya que se requiere un despliegue de medios inmenso. Por ello en este punto del trabajo se buscan impresiones más asequibles, de un tamaño mediano más manejable, modulares y con una posible adaptación a una posible revestimiento mas que a un elemento estructural.

Nos basamos en la recopilación de información relevante tras un estudio de casos de diferentes construcciones o soluciones modulares realizadas mediante la impresión 3D que se han detectado dentro del ámbito de la arquitectura.

En segundo lugar, se ha seleccionado un proyecto para un análisis más exahustivo. Para seleccionar los casos a estudiar se han seguido los siguientes criterios: posibilidad de aplicación como revestimiento de fachada ventilada y que reaccione con su entorno: que el módulo tenga alguna propiedad o característica que le permita interactuar con su entorno, tanto con el usuario como con el medio.

Se elabora un listado de los parámetros, distinguiendo entre aquellos que estudian el proyecto existente (formales y de utilización) de los que estudian sus posibilidades (de impresión y valoraciones). Los parámetros formales elegidos para la correcta comprensión son: el numero de módulos total, la forma y dimensión de esos módulos, los elementos que lo componen y el tipo de anclaje entre ellos. Con estos datos y los portados por el proyectista se elaboran unos parámetros de utilización, para terminar de entender el comportamiento del proyecto, estos serían: su interacción con el entorno, la complejidad formal, su puesta en obra, sus materiales y cualidades y su adecuación a la climatología.

Fig. 21. Picoroco Block de Emerging Architects |emergingarchitects. com|

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Todo ello nos permite valorar esta aplicación a través de dos factores que incluyen las nuevas técnicas o aportaciones que nos ofrece ese caso concreto.

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3.4

Influencia en la arquitectura

La impresora 3D

PARÁMETROS FORMALES El bloque Picoroco fue diseñado por la empresa californiana Emerging Objects, creada por los arquitectos Rael y San Fratello. Este módulo lo han aplicado a varios proyectos experimentales como “Picoroso Wall in translucent orange” o “Shed”.

El módulo tiene unas dimensiones de 480x480x60 mm y está compuesto a su vez por cuatro piezas o módulos de menor escala, cuadrados también y con una dimensión de 240x240x60 mm.

En cuanto a su morfología diferenciamos una primera base cuadrada de 2cm de espesor con una compartimentación formal parecida a una de panel de abejas. En total, 12 divisiones interiores que culminan en forma de pirámide truncada abierta por arriba. El desarrollo en altura de estas pirámides es de 4cm.

La unión entre los módulos se realiza a través de unos anclajes en forma de H que actúan como clips entre ellos. Estos se imprimen a la vez que la base de cada módulo y están situados en los vértices de cada pieza. Es necesario un mecanismo secundario de anclaje mecánico para terminar la unión.

PARÁMETROS DE UTILIZACIÓN Interacción con el entorno Las aberturas del módulo están destinadas a permitir la entrada de luz gradualmente. El bloque actúa como filtro solar gracias a su forma perforada, ya que se intenta conseguir juegos de luces y sombras al otro lado del módulo.

En algunas de las aplicaciones de este módulo por Emerging Objects, esas perforaciones se plantean para la colonización de la vegetación. El módulo deja de ser celosía para convertirse en estructura soporte del medio natural.

Fig. 22. Ficha Parámetros formales |por los autores y “Fabricación digital en fachadas”, Laura Díaz|

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3.5

Influencia en la arquitectura

La impresora 3D

Complejidad formal La compartimentación a base de hexágonos y pentágonos puede ser variable, siempre y cuando se mantengan los mismos límites y dimensiones perimetrales. Esto permite mayores variables como la posibilidad de adaptar el módulo a cualquier curvatura o variar la abertura del agujero para regular la conexión exterior interior.

Puesta en obra Estos módulos se imprimen con los anclajes. En cada esquina sobresale un anclaje con forma de H que actúa como clip y se encaja con el contiguo. Es necesario un elemento secundario ajeno a la impresión que los fije, como un tornillo. Este proceso es más parecido a un montaje convencional, aunque se reducen considerablemente los residuos producidos, pero los tiempos y la mano de obra se mantiene igual.

Fig. 23. Diferentes porosidades visuales |emergingojects.com|

Materiales y cualidades Los módulos son impresos con un filamento de 1,75 mm de diámetro de PLS con fibras cerámicas, este material se suele escoger respecto al resto de termoplásticos cuando no se necesitan grandes resistencias mecánicas y se buscan mejores acabados y detalles. El PLS es el termoplástico más utilizado en las impresiones FDM, siendo un material muy estable bajo diversas condiciones atmosféricas y el más sencillo y rápido con el que imprimir. Al añadir las fibras cerámicas se consigue el acabado requerido y aporta cualidades como mayor resistencia térmica y mecánica.

Como todas las impresiones por deposición fundida, la adhesión entre capas no es buena debido al carácter anisotrópico de la técnica, siendo los acabados vistos y necesitando siempre de procesamientos posteriores con vapor de acetona para difuminar el rastro de las capas.

Adecuación a climatología Este módulo es más indicado para climas donde se necesita la protección solar ya que actúa como filtro y permite la circulación del aire a través del mismo.

Fig. 24. Shed House aplicación del bloque Picoroco como módulo vegetal|emergingojects.com|

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La impresora 3D

PARÁMETROS DE IMPRESIÓN Se realiza una aproximación a los parámetros de impresión del módulo base mediante la técnica FDM (modelado por deposición fundida), aunque no es la técnica original en la que el estudio Emerging Objects diseñó el primer prototipo, si que lo utilizó en el proyecto de “Picoroco Wall in translucent orange”. Para considerar otro tipo de materiales se imprimirá con un filamento cerámico.

Con la ayuda del software MaketBot Print, desarrollado por la compañía MakerBot (especializada en impresoras por deposición fundida) se ha insertado el módulo analizado en el programa.

Respecto al filamento empleado se utiliza un filamento PLA cerámico de diámetro 1.75 mm cuyo precio de mercado ronda los 42 euros/ kg (compañía Treed). Al ser una impresión usando la técnica FDM, partimos de unas característiccas estándar que elige el programa, como una altura de capa de 0.2 mm, 2 caparazones perimetrales y el 10% del relleno. Se le añaden dos tipos de soporte base bedio a la forma de la pieza, un soporte base, para la correcta adhesión de la pieza a la plataforma de construcción, y un soporte de puentes para construir las pirámides sobre la base.

La velocidad y temperatura del extrusor son las preestablecidas por el programa. Con todo ello obtendríamos una pieza de 399 capas y un tiempo de impresión por pieza de un máximo de 14 horas. El programa hace una estimación del material que va a necesitar, en este caso es de 366 gramos (siendo el precio del módulo de 20.5 euros), al tener partes sólidas al gasto de material es mucho mayor, tambien siendolo el del filamento.

Fig. 25. Ficha Parámetros de impresión |por los autores y “Fabricación digital en fachadas”, Laura Díaz|

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La impresora 3D

INFLUENCIA EN OTROS CAMPOS Comúnmente se ha utilizado en la prefabricado de piezas o componentes, en sectores como la arquitectura y el diseño industrial. En la actualidad se está extendiendo su uso en la fabricación de todo tipo de objetos, modelos para vaciado, piezas complicadas, alimentos, prótesis médicas, etc. Prácticamente todo lo que podamos imaginar puede hacerse con la impresión 3D. Estos son algunos de los sectores en los que la impresión 3D ya ha sido introducida, mejorando la eficiencia de los procesos, y creando oportunidades que sin la impresión 3D serían imposibles:

SALUD

Fig. 27. Imágen tomada de la exposición “3D Imprimir el mundo”.

Fig. 28. Prototipo de corazón impreso en 3D.|sonda-mcolatam.com|

Cualquier órgano formado por un tejido blando puede ser impreso de forma personalizada para un paciente, gracias a la impresión de biomateriales en forma de gel (Rael & San Fratello, 2011).

Y no sólo eso, la creación de implantes metálicos, plantillas ortopédicas, que se realizan perfectamente a cada paciente. La impresión 3D ha permitido en la medicina un nivel de individualización altísimo, mejorando la calidad del tratamiento de los pacientes.

Hay soluciones médicas más personalizadas para cada paciente. Cualquier órgano de tejido blando, como una oreja, dedo o riñón, puede ser producido en 3D. También se han fabricado implantes metálicos, implantes de cadera, de cráneo, plantillas ortopédicas, aparatos ortopédicos corporales y trasplantes de mandíbula.

Fig. 26.Cosas que puedes hacer con una impresora 3D |“Prefabricación en la arquitectura: impresión 3D en hormigón” Miriam Campillo, 2017 |

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Influencia en la arquitectura

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MODA

ALIMENTACIÓN ¿Cómo sería la ropa si se comportara como nuestra piel? Ésta es la pregunta que se hizo la arquitecta y diseñadora Behnaz Farahi y cuya investigación ha concluido en “Caress of the Gaze”. Realizado con impresión 3D que, utilizando un algoritmo de seguimiento facial y una cámara oculta en el tejido, detecta el sexo, la edad y la dirección de la mirada de la persona que está observando la prenda.

Figs. 29. Traje diseñado por Behnaz Farahi con el apoyo de Autodesk Pier 9 y Madworkshop. |behnazfarahi.com|

Este diseño fue elaborado gracias a la ayuda de Autodesk, Pier 9 y USC. Fabricada por la impresora Objet Connex500 3D. Fue inspirado en la piel humana que reacciona a diferentes estímulos. Abre las posibilidades de nuevos avances en el mundo de la moda, el diseño y la arquitectura.

AUTOMOCIÓN Y AEROESPACIAL

La capacidad de impresión de todo tipo de materiales líquidos y en polvo de las impresoras granulares hace de los azúcares, harinas y todo tipo de componentes alimenticios un material excelente para ser impreso. Foodini, de la start-up catalana Natural Machines, es la primera impresora alimenticia, preparada para imprimir cualquier alimento fresco en formato líquido o granular.

Fig. 31. Impresoras 3D destinadas a la alimentación diseñadas por Foodini. |ainia.es|

LA IMPRESIÓN 3D LLEGA A LA LUNA La impresión 3D permite fabricar piezas de vehículos e incluso coches enteros (Strati). Empresas como Bentley ya han demostrado la viabilidad de utilizar la impresión 3D de piezas pequeñas y complejas.

La ESA da nuevos pasos encaminados al establecimiento de una futura base habitable en la Luna. Con la idea de construir un entorno habitable hecho a base de módulos impresos con materiales del propio satélite, y con la ayuda de robots constructores.

Se ha fabricado una estructura de asiento de avión mediante impresión 3D, además de una nueva gama de motores para sus helicópteros, llamada Anteo-1K.

Fig. 30. STELIA Aerospace es un especialista aeroespacial francés que recurrió a la fabricación aditiva para diseñar un panel de fuselaje metálico autoreforzado. |3Dnatives. com|

En cuanto a la disponibilidad de ingredientes y programa de recetas, a medida que aumente el mercado, más y más grandes empresas de ingredientes ofrecerán sus productos bajo el formato de cápsulas o sistemas alternativos de modo que la disponibilidad de ingredientes y recetas crecerá.

En 2015 Stratasys, uno de los gigantes de la impresión 3D; dieron a conocer otra de las aplicaciones de la impresión 3D en la aeronáutica, el primer avión no tripulado con propulsión a chorro que consiguió sobrevolar los aires a 240 km/h.

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Este bloque de 1,5 toneladas (Fig 00) ha sido imprimido en 3D a partir de polvo lunar simulado, para demostrar la viabilidad de construir una base lunar utilizando materiales locales de construcción.

Fig. 32. Base lunar impresa en 3D. |europapress.es|

Producido utilizando una sal de enlace como “tinta”, su diseño se basa en una estructura de celda cerrada hueca, que combina fuerza con bajo peso, similar a los huesos de las aves.

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4.2

Influencia en la arquitectura

La impresora 3D

UN NUEVO PARADIGMA ¿Cómo afecta todo esto a la arquitectura?

Una primera aportación básica a destacar es que la FA tiene la capacidad de hacer posible la construcción de propuestas arquitectónicas innovadoras -ligadas a soluciones geométricas muy complejas- que sólo puedan ser construidas con esta tecnología. Este tipo de propuestas, más que plantear edificios formalmente complejos ‘desde el exterior’ -los cuales ya se pueden construir con otros métodos de fabricación digital- pueden, por ejemplo, plantear soluciones técnicas muchos más eficientes ‘desde el interior’ que requieran componentes (como tuberías y otros sistemas de instalaciones) optimizados para mejorar o ampliar sus funciones, que sean fabricados a medida y con una complejidad inalcanzable por otros medios.

Un segundo eje de transformaciones impulsadas por la FA es la optimización de recursos, maximizando la eficiencia. En comparación con las tecnologías existentes, la FA ofrece una capacidad potencial muy significativa de ahorrar material, disminuir el peso de los componentes y reducir los residuos. Por otro lado -a pesar de que la producción por FA pueda implicar de entrada un mayor gasto energético- esta tecnología puede ofrecer soluciones constructivas innovadoras que maximicen la eficiencia de una edificación y reduzcan su gasto energético, de forma que el balance global resulte positivo, desde el punto de vista del ahorro energético a más largo plazo. La FA abre también la puerta a una materialidad de nueva generación.

Fig. 33. Dibujo del Project 3D Print Canal House de DUS Architects. |houseofdus.com|

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Otro polo de transformación con potenciales efectos disruptivos es la descentralización de la producción. El resultado de este fenómeno es que se trata de un sistema de fabricación cada vez más accesible y con una paleta de procesos cada vez más amplia, que es aplicable a diferentes niveles y condiciones económicas. Por otro lado, al poder funcionar con materiales alternativos -naturales, cultivados, reciclados o residuales- la FA contribuye igualmente a plantear soluciones productivas adaptables a entornos muy diversos.

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5.1

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La impresora 3D

A la hora de analizar la impresora 3D como un posible nuevo paradigma decidimos compararlo con otro acontecimiento que hubiese supuesto asimismo cambios socioeconómicos y en la producción, como fue la Revolución Industrial.

En ella se introdujo el uso de patrones, moldes y matrices para la producción en masa de objetos, lo que generó una estandarización del producto. Por el contrario, en el campo formal, la fabricación aditiva libera el diseño arquitectónico de la gran mayoría de condicionantes que tenía hasta ahora. Antes de la introducción de esta tecnología, la posibilidad de elaborar formas y objetos estaba determinada por los requisitos de los procesos de fabricación sustractivas o formativa existentes, que limitaban la capacidad de materialización de las ideas. Esta nueva situación plantea la posibilidad de recuperar formas antiguas que hasta este momento no había sido posible reproducir, llegando a cobrar más importancia la elección de formas a copiar que la invención de otras nuevas.

Entre las consecuencias del cambio tecnológico y cultural que supone la introducción de la impresora 3D se encuentra el hecho de que todos los agentes implicados en el producto pueden ahora, al menos en teoría, participar en el diseño y la fabricación desde el inicio del proceso. Esta participación democrática da pie a un nuevo tipo de autoría ‘genérica’, una nueva manera de diseñar, conformada digitalmente y gestionada de manera colectiva, que podría suponer la desaparición de la figura del diseñador/arquitecto, al igual que la Revolución Industrial supuso la desaparición de la figura del artesano.

Fig. 34. Esquema relación Revolución Industrial - Impresión 3D. |por los autores|

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Fig. 35. Gráfica relación de comunicaciones informaticas. |gapminder.org|

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La impresora 3D

La tecnología que nos ofrece la impresión 3D ofrece una gran cantidad de materiales distintos, al igual que la Revolución Industrial supuso la introducción de nuevos materiales en el sector de la construcción, como el hormigón armado o el acero inoxidable. Esta apertura a hacia una materialidad avanzada podrá responder a muchos más condicionante o requisitos que los materiales actuales.

La multiplicación de herramientas que está experimentando la fabricación aditiva -tanto para el software como para el hardware- no tiene precedentes en otros métodos de fabricación anteriores. Además, la misma tecnología aditiva ofrece la posibilidad de producir casi todas las piezas necesarias para ensamblar otras máquinas del mismo tipo, lo que multiplica su capacidad disruptiva -al proporcionar un sistema de fabricación controlable por el usuario y expandible- de forma totalmente descentralizada. El resultado de este fenómeno es que se trata de un sistema de fabricación cada vez más accesible.

En comparación con otras teconologías existentes, la fabricación aditiva ofrece una capacidad potencial muy significativa de ahorrar material, disminuir el peso de los componentes y reducir los residuos. Por otro lado, esta tecnología puede ofrecer soluciones constructivas innovadoras que maximicen la eficiencia de una edificación y reduzcan su gasto energético, de forma que el balance global resulte positivo.

Fig. 36. Esquema relación Revolución Industrial - Impresión 3D. |por los autores|

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Fig. 37. Gráfica relación emisiones CO2 de las industrias de la construcción desde 1960 hasta 2014. |gapminder.org|

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Bibliografía

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BIBLIOGRAFÍA LIBROS • Berchon, Mathilde; Luyt, Bertier. “L’impression 3D. Edición en español: La Impresión 3D. Guía definitiva para makers, diseñadores, estudiantes, profesionales, artistas y manitas en general”. Editorial Gustavo Gili, SL, Barcelona, 2016.

• Kurman, Melba; Lipson, Hod. “Fabricated: The New World of 3D

Printing. Edición en español: La Revolución de la Impresión 3D”. Editorial GRUPO ANAYA, S.A. Madrid, 2015.

ARTÍCULOS •“El reciclaje en la impresión 3D”. TRSD: https://impresiontresde. com/el-reciclaje-en-laimpresion-3d

• Ruskin, John. “Las siente lámparas de la arquitectura. Capítulo: la lámpara de la verdad”, 1849.

PÁGINAS WEB • Apis Cor: https://www.apis-cor.com • Behnazfarahi: http://behnazfarahi.com/caress-of-the-gaze • Digital Building Tecnologies (dbt): http://dbt.arch.ethz.ch • DUS Architects: http://houseofdus.com • ETH Zurich: https://www.ethz.ch/en.html • Emerging Objects: https://www.emergingobjects.com • FABbots: https://fabbots.wordpress.com • Gap Minder: https://gapminder.org/tools • Gramazio Kohler Architects: http://www.gramaziokohler.com • I’MNOVATION #hub: https://www.imnovation-hub.com/es • Joris Laarman Lab: https://www.jorislaarman.com • Plataforma Arquitectura: https://www.plataformaarquitectura.cl/cl • 3D Natives: https://www.3dnatives.com/es/impresion-3d-en-la-aeronautica-010320182

Madrid, España.

• Campillo Mejías, Miriam. “Prefabricación en la Arquitectura: Impresión 3D en Hormigón”. Trabajo de Fin de Grado, 2017. Universidad Politécnica de Madrid (UPM), Madrid, España.

• Díaz Vizoso, Laura. “Fabricación Digital en Fachadas. Difuminación

de los Límites Constructivos Mediante La Impresión 3D”. Trabajo de Fin de Grado, 2018. Universidad Politécnica de Madrid (UPM), Madrid, España.

• Valero Bañuelos, Ángel. “(Pre)fabricación Aditiva en la arquitectu-

ra: Aplicaciones en fachadas ajardinadas”. Trabajo de Fin de Grado, 2018. Universidad Politécnica de Madrid (UPM), Madrid, España.

TÉSIS DOCTORALES • Malé-Alemany, Marta. “El potencial de la Fabricación Aditiva en la Arquitectura: Hacia un nuevo paradigma para el diseño y la construcción”. Tesis Doctoral, 2015. Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), Barcelona, España.

TRABAJOS DE FIN DE GRADO • Gil Gil, Irene. “Impresión 3D y sus Alcances en la Arquitectura”. Trabajo de Fin de Grado. 2015, Universidad Politécnica de Madrid (UPM),

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