En la arquitectura, rara vez surgen nuevos materiales. Durante siglos, la madera, la mampostería y el cemento formaron la base de la mayoría de las estructuras de la Tierra.
En la década de 1880, la adopción de la estructura de acero cambió la arquitectura para siempre. El acero permitió a los arquitectos diseñar edificios más altos con ventanas más grandes, lo que dio lugar a los rascacielos que definen el horizonte de las ciudades actuales.
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Desde la revolución industrial, los materiales de construcción se han limitado en gran medida a una gama de elementos producidos en masa. Desde vigas de acero hasta paneles de madera contrachapada, este juego de piezas estandarizado ha informado el diseño y la construcción de edificios durante más de 150 años.
Eso puede cambiar pronto con los avances en lo que se llama "fabricación aditiva a gran escala". Desde la adopción de la estructura de acero no ha habido un desarrollo con tanto potencial para transformar la forma en que se conciben y construyen los edificios.
La fabricación aditiva a gran escala, como la impresión 3D de escritorio, implica construir objetos capa por capa. Ya sea arcilla, cemento o plástico, el material de impresión se extruye en un estado fluido y se endurece hasta su forma final.
Como director del Instituto de Estructuras Inteligentes de la Universidad de Tennessee, he tenido la suerte de trabajar en una serie de proyectos que implementan esta nueva tecnología.
Si bien todavía existen algunos obstáculos para la adopción generalizada de esta tecnología, se puede prever un futuro en el que los edificios se construyan completamente con materiales reciclados o materiales obtenidos en el sitio, con formas inspiradas en las geometrías de la naturaleza.
Prototipos prometedores
Entre estos se encuentra el Trillium Pavilion, una estructura al aire libre impresa con polímero ABS reciclado, un plástico común utilizado en una amplia gama de productos de consumo.
Las superficies delgadas de doble curvatura de la estructura se inspiraron en los pétalos de la flor homónima. El proyecto fue diseñado por estudiantes, impreso por Loci Robotics y construido en el Parque de Investigación de la Universidad de Tennessee en Cherokee Farm en Knoxville.
Otros ejemplos recientes de fabricación aditiva a gran escala incluyen Tecla, un prototipo de vivienda de 450 pies cuadrados (41.8 metros cuadrados) diseñado por Mario Cucinella Architects e impreso en Massa Lombarda, una pequeña ciudad de Italia.
Los arquitectos imprimieron Tecla con arcilla procedente de un río local. La combinación única de este material económico y la geometría radial crearon una forma de vivienda alternativa de bajo consumo.
De regreso en Estados Unidos, la firma de arquitectura Lake Flato se asoció con la firma ICON para imprimir muros exteriores de concreto para una casa llamada "Casa Cero" en Austin, Texas.
La casa de 2000 pies cuadrados (185.8 metros cuadrados) demuestra la velocidad y la eficiencia del hormigón impreso en 3D, y la estructura muestra un agradable contraste entre sus paredes curvilíneas y su estructura de madera expuesta.
El proceso de planificación
La fabricación aditiva a gran escala involucra tres áreas de conocimiento: diseño digital, fabricación digital y ciencia de materiales.
Para comenzar, los arquitectos crean modelos informáticos de todos los componentes que se imprimirán. Estos diseñadores pueden usar software para probar cómo responderán los componentes a las fuerzas estructurales y ajustar los componentes en consecuencia. Estas herramientas también pueden ayudar al diseñador a descubrir cómo reducir el peso de los componentes y automatizar ciertos procesos de diseño, como suavizar intersecciones geométricas complejas, antes de imprimir.
Una pieza de software conocida como cortadora luego traduce el modelo de computadora en un conjunto de instrucciones para la impresora 3D.
Puede suponer que las impresoras 3D funcionan a una escala relativamente pequeña: piense en fundas para teléfonos móviles y soportes para cepillos de dientes.
Pero los avances en la tecnología de impresión 3D han permitido que el hardware se amplíe de manera importante. A veces, la impresión se realiza a través de lo que se llama un sistema basado en pórtico: un marco rectangular de rieles deslizantes similar a una impresora 3D de escritorio. Cada vez más, los brazos robóticos se utilizan debido a su capacidad para imprimir en cualquier orientación.
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Todo esto abre ventanas de oportunidad, lo que permite a los diseñadores implementar geometrías que son difíciles de producir con otros métodos de construcción, pero que son comunes en la naturaleza.
* Director del Instituto de Estructuras Inteligentes, Universidad de Tennessee.
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