alcances y perspectivas de la implementaciÓn de …
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ALCANCES Y PERSPECTIVAS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LAS
TECNOLOGÍAS DE CONSTRUCCIÓN ADITIVA EN COLOMBIA
FELIPE RIVERA GARCÍA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA, DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y
AMBIENTAL
BOGOTÁ
2018
ALCANCE DE LA IMPLEMENTACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE CONSTRUCCIÓN
ADITIVA EN COLOMBIA
FELIPE RIVERA GARCÍA
Tesis de grado
Director: Ing. Hernando Vargas Caicedo
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA, DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y
AMBIENTAL
BOGOTÁ
2018
RESUMEN
La construcción aditiva (CA) o impresión 3D en la construcción es una tecnología emergente basada en la automatización de diferentes procesos constructivos con potencial para cambiar sustancialmente la industria de la construcción. La tecnología de CA puede presentar diferentes mejoras respecto al método tradicional: reducción de desperdicios, mayor libertad de formas y de estandarización en los productos, entre otros. Desafortunadamente, el uso de la tecnología de CA aún no se ha masificado en el mundo entero debido a diferentes variables, aunque se espera que eventualmente esto se realice. Ahora bien, siendo esta una tecnología con un enorme potencial, resulta importante determinar las principales barreras que han impedido su masificación. Particularmente, Colombia es un país latinoamericano en el que resulta relevante el estudio de su implementación debido a su importante déficit de vivienda. Por otra parte, un gran segmento de la literatura científica se ha enfocado en el desarrollo de la tecnología sin tener en cuenta su relación con la industria constructiva. La presente investigación tiene como objetivo no solamente evaluar las posibles limitaciones y oportunidades que tiene la implementación de CA en Colombia, sino que también busca plantear determinadas líneas de investigación a partir de las necesidades del sector de la industria constructiva. Para lograr esto, primero se realiza una investigación sobre el estado del arte de la tecnología, luego se indaga de manera directa por medio de encuestas y de entrevistas a personas de importancia destacada en el sector constructor y finalmente se establecen las conclusiones. Se encuentra que entre los encuestados se tiene un nivel de conocimiento medio, y que, aunque se tienen grandes perspectivas futuras de la tecnología, aún su uso comercial está restringido por su capacidad técnica actual. Por otra parte, se mencionan dos técnicas de construcción aditiva que parecen tener mejores perspectivas a futuro en Colombia y finalmente se establecen diferentes líneas de investigación.
DEDICATORIA
Quiero dedicar el presente trabajo las dos personas más importantes en mi vida, a
mis padres: María Clemencia y Carlos. Son mi motivación y realmente les debo
todo. Este trabajo es dedicado a ustedes.
AGRADECIMIENTOS
Primero, quiero agradecer a mis padres por el apoyo incondicional que me han
dado y también por sus aportes intelectuales en la elaboración de la tesis.
Quiero agradecer también a Hernando Vargas, mi director de tesis, que además
de su valiosa guía y de sus constantes aportes en este trabajo, fue un puente
fundamental para poder contactar a los destacados profesionales que fueron
encuestados y entrevistados.
Por último, quisiera agradecer a todas las personas encuestadas y entrevistadas,
sin su vital aporte este trabajo no se hubiera podido realizar.
6
Tabla de contenido
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 9
1. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 10
1.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................... 10
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS..................................................................................................... 10
2. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................. 11
2.1 DEFINICIONES .................................................................................................................... 11
3. TECNOLOGÍA DE IMPRESIÓN 3D EN LA CONSTRUCCIÓN ...................................................... 12
3.1. GENERALIDADES ............................................................................................................... 12
3.1.1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA .............................................................................................. 12
3.1.2. PROCESO DE FABRICACIÓN ADITIVA .............................................................................. 13
3.1.2.1. HISTORIA ................................................................................................................. 14
3.1.2.1.1. EN EL MUNDO ................................................................................................... 14
3.1.2.1.2. EN SUR AMÉRICA .............................................................................................. 16
3.2 ESTADO DEL ARTE ........................................................................................................ 17
3.2.1. PROCESOS SEGÚN TIPO DE MATERIAL ....................................................................... 17
3.2.1.1. PROCESOS BASADOS EN MATERIALES DE TIPO VISCOSO ...................................... 18
3.2.1.2 PROCESOS BASADOS EN MATERIALES EN POLVO .................................................. 20
3.2.2. METODOLOGÍAS DE IMPRESIÓN ................................................................................ 22
3.2.2.1. TIPOS DE IMPRESORAS 3D PARA LA CONSTRUCCIÓN ADITIVA .............................. 22
3.2.2.2. METODOLOGÍAS DE FABRICACIÓN ADITIVA CON POTENCIAL EN LA CONSTRUCCIÓN
......................................................................................................................................... 23
3.2.2.3. APLICACIONES DE LA CONSTRUCCIÓN ADITIVA .................................................... 26
3.2.3. VENTAJAS, DESVENTAJAS Y LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN ........................................... 27
3.2.3.1. VENTAJAS ............................................................................................................ 27
3.2.3.2. DESVENTAJAS....................................................................................................... 28
3.2.3.3. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN ................................................................................... 29
4. METODOLOGÍA .................................................................................................................... 31
4.1. ENCUESTAS ....................................................................................................................... 31
4.2. ENTREVISTAS .................................................................................................................... 32
5. RESULTADOS ........................................................................................................................ 34
7
5.1. RESULTADOS ENCUESTAS ................................................................................................. 34
5.1.2. Primera parte ............................................................................................................. 34
5.1.3. Segunda parte ............................................................................................................ 34
5.1.3. Tercera parte ............................................................................................................. 36
5.1.3. Cuarta parte ............................................................................................................... 38
5.1.4. Quinta parte............................................................................................................... 40
5.2. RESULTADOS DE ENTREVISTAS ......................................................................................... 43
5.2.1. Introducción ............................................................................................................... 43
5.2.2. Diagnóstico de problemas actuales ............................................................................ 43
5.2.3. Manufactura aditiva en la biomedicina...................................................................... 43
5.2.4. Las ventajas de la construcción aditiva ...................................................................... 43
5.2.5. Las desventajas de la construcción aditiva ................................................................. 44
5.2.6. Líneas de investigación sugeridas .............................................................................. 44
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES ....................................................................... 46
7. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 47
ANEXOS ....................................................................................................................................... 50
8
Tabla de ilustraciones
Ilustración 1: Proceso típico de impresión 3D .................................................................. 14
Ilustración 2: Esquema del funcionamiento del Contour Crafting .................................... 19
Ilustración 3: Esquemas de las diferentes técnicas de MA basadas en lecho de polvo .... 22
Ilustración 4: Perfil de los encuestados ............................................................................ 34
Ilustración 5: Nivel de conocimientos previos sobre la información dada ......................... 35
Ilustración 6: Medio por el que conocieron la información ................................................ 36
Ilustración 7: Aplicaciones reales para construcción aditiva .¡Error! Marcador no definido.
Ilustración 8: Importancia relativa de las posibles ventajas de la construcción aditiva...... 38
Ilustración 9: Importancia relativa de las posibles desventajas de la construcción aditiva 38
Ilustración 10: Viabilidad de materiales con miras a su aplicación en la CA ..................... 40
Ilustración 11: Factibilidad en el desarrollo de políticas públicas encaminadas a la
reglamentación de la CA .................................................................................................. 40
Ilustración 12: Líneas de investigación más importantes a seguir .................................... 42
Ilustración 13: Métodos de construcción más importantes para desarrollar ..................... 42
9
INTRODUCCIÓN
El sector de la construcción es esencial para hacer crecer la economía, el
desarrollo urbano y progreso industrial. Cumple importantes funciones al impulsar
el desarrollo y al satisfacer las necesidades de vivienda, de lugares de
esparcimiento y de sitios de trabajo de la población.
En un mundo cada vez más globalizado y caracterizado por la continua innovación
tecnológica, resulta llamativo que, si bien se han dado continuos avances en los
procesos constructivos, la industria de la construcción no ha sido modificada de
forma sustancial por avances tecnológicos revolucionarios. En efecto, aunque se
hayan logrado progresos en la implementación de metodologías novedosas o de
software especializado, muchas técnicas de construcción han prevalecido
relativamente estables a través de los años.
La tecnología de impresión 3D ha sido llamada la „nueva revolución industrial‟.
Este nombre lo recibe no solamente por sus logros en la optimización de la
manufactura, sino también por sus aportes y las perspectivas que abre para poder
superar el desfase que se presenta generalmente entre el diseño y el proceso
constructivo.
En el caso de la construcción, diferentes publicaciones registran continuamente
los avances hechos con ayuda de esta nueva tecnología en diferentes ámbitos: en
2014, se construyeron 10 casas modelo en China, en 2016 se construyó un
puente peatonal en España, dos años después, en 2018, se construyeron las
primeras viviendas en Francia y en España, y, para este año, se espera construir
100 casas en El Salvador. Si bien estas experiencias constructivas son
relativamente escasas e incipientes, se advierte un creciente interés en muchas
empresas en todo el mundo por explorar nuevos desarrollos e implementar
iniciativas que consoliden esta tecnología constructiva.
Por otra parte, Colombia tiene un déficit importante de viviendas: para finales del
año pasado (2017), 2.2 millones de personas no habían solucionado su problema
habitacional. El gobierno busca cerrar esta brecha mediante diferentes políticas
públicas, sin embargo, el déficit de vivienda que existe actualmente parece ser un
problema que perdurará varias décadas más, y esto ocurre, en gran medida, por
los enormes desafíos que hay que afrontar para brindar soluciones de vivienda a
grupos poblacionales amplios.
En este contexto surge la pregunta: ¿Cuál es el panorama actual del potencial de
implementación de las tecnologías de impresión 3D en la construcción en
Colombia?
10
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
El objetivo general del proyecto es establecer el alcance y las perspectivas de la
construcción aditiva en Colombia y proponer líneas de investigación de la
tecnología pertinentes para la industria de la construcción.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Los seis objetivos específicos son:
- Elaborar un estado del arte de la tecnología de impresión 3D en la
construcción.
- Identificar las perspectivas en la implementación de la impresión 3D en la
construcción en Colombia.
- Identificar las técnicas de construcción aditiva con mayores perspectivas en
Colombia
- Proponer líneas de investigación de la tecnología pertinentes para la
industria de la construcción.
- Identificar la percepción respecto a la construcción aditiva de profesionales
vinculados al sector de la construcción
11
2. MARCO TEÓRICO
2.1 DEFINICIONES
Extrusión de material: es un proceso utilizado en la manufactura aditiva en el que
el material es “dispensado a través de una boquilla” (ASTM, 2009).
Impresión 3D: es la “fabricación de objetos a partir de la deposición de material
usando un cabezal de impresión, una boquilla u otra tecnología de impresión”
(ASTM, 2009).
Fabricación aditiva: es un “proceso de unir materiales para crear objetos a partir
de los datos de un modelo 3D, usualmente capa por capa.” (ASTM, 2009).
Construcción aditiva: es el “proceso de unir materiales para crear una construcción
a partir de un modelo 3D”(Campillo, 2017) y (Labonnote, Ronnquist, Manum, &
Rüther, 2016).
12
3. TECNOLOGÍA DE IMPRESIÓN 3D EN LA CONSTRUCCIÓN
3.1. GENERALIDADES
3.1.1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
Para poder elaborar un buen estado del arte, se realizó una revisión extensa de la
literatura existente sobre la construcción aditiva.
La metodología se basa en dos grandes partes:
La primera parte de la metodología de investigación consistió en una revisión
bibliográfica pertinente, que incluyó consultar investigaciones y documentos
académicos tales como de tesis de grado en español sobre Construcción Aditiva
y/o de la impresión 3D en la construcción.
La segunda parte de la metodología es la búsqueda en dos bases de datos muy
importantes en el mundo entero: Science Direct y Scopus.
Palabras clave: Additive construction y 3D Printing construction.
Se encontraron:
- Science direct: 98 y 8
- Scopus: 48 y 4
Dando un total de 158 papers.
Posteriormente, se quitaron los artículos académicos duplicados.
Dando un total de 120 papers.
Luego, se estableció un proceso de selección al revisar los abstracts de cada uno
de los papers encontrados. Esto se hizo para seleccionar los artículos académicos
que tuvieran una mayor relevancia para su estudio: se incluyeron los estados del
arte más relevantes y se eliminaron las investigaciones sobre desarrollos
específicos.
Finalmente, se seleccionaron 21 artículos científicos.
Además de esto, se revisaron dos libros: 3D Printing 3rd edition de Christopher
Barnatt y Printing Architecture: Innovative Recipes for 3D Printing de Ronald Rael
y Virginia San Fratello.
13
3.1.2. PROCESO DE FABRICACIÓN ADITIVA
La fabricación aditiva (o manufactura aditiva) es una tecnología que puede
revolucionar los procesos industriales a nivel mundial. Tiene características
innovadoras que, entre otras, facilitan la producción de componentes
personalizados de alta complejidad geométrica sin aumentar el costo del producto
(Lowke, Enrico, Perrot, Weger, & Gelen, 2018).
En términos generales, la manufactura aditiva se basa en la posibilidad de
imprimir, capa por capa, objetos en 3 dimensiones. Este proceso de impresión
sigue los siguientes tres pasos:
(1) Creación de un modelo 3D mediante un software dedicado.
(2) Mediante un algoritmo, un programa “corta” el modelo 3D en varias capas 2D.
(3) Finalmente, una impresora construye, capa por capa, el objeto 3D.
(Ma & Wang, 2017)
La impresión de un objeto tridimensional requiere que, previamente, se tenga un
modelo digital 3D. Este modelo se elabora en un formato de archivo CAD
(Computer Aided Desing) pero luego es transformado en otro tipo de formato; en
STL (Standard Triangle Language), que contiene la información tridimensional que
se va a reproducir. A su vez el modelo tridimensional es transformado, a través de
una aplicación, en una diversidad de modelos bidimensionales (en capas de cortes
transversales). Una vez se tienen estas capas de corte, se envían a la impresora
3D para que los fabrique capa por capa hasta completar el objeto tridimensional
imprimido (Hager, Golonka, & Putanowicz, 2016).
De manera gráfica, el proceso de impresión se puede visualizar en la Ilustración 1.
14
Ilustración 1: Proceso típico de impresión 3D
3.1.2.1. HISTORIA
3.1.2.1.1. EN EL MUNDO
La construcción aditiva es una de las aplicaciones de la fabricación aditiva. Debido
a esto, primero se va a tener un panorama de la historia de la fabricación aditiva y
luego, se desarrollará la historia de la implementación de esta tecnología en la
construcción.
La manufactura aditiva o fabricación aditiva nace en 1983, cuando Charles W. Hull
crea el primer objeto a partir de una impresora 3D. Dicha impresora utilizaba el
método de estereolitografía y fue empleada para lograr una rápida fundición de
partes de metal utilizadas en compañías de automóviles (Kietzmann, Pitt, &
Berthon, 2015). La manufactura aditiva se diferencia radicalmente del método de
construcción tradicional al no ser sustraído de un molde, sino que, por el contrario,
es construido capa por capa (Labonnote, Ronnquist, Manum, & Rüther, 2016).
En el momento de su creación, la tecnología era sumamente costosa y su
producción en el mercado general no era factible (Attaran, 2017). Ahora bien, a
partir de esta fecha (1983) no solamente se han creado diferentes técnicas de
impresión 3D, sino que, además, se han estandarizado diferentes procedimientos.
Los avances tecnológicos han reducido los costos de la impresión 3D. Todo esto
ha permitido que, paulatinamente, esta tecnología vaya adquiriendo un papel cada
vez más relevante en la sociedad. En efecto, el mercado de la manufactura aditiva
15
fue avaluado en 7,9 miles de millones de dólares en el año 2016 y su proyección
para finales de 2022 es de 33,58 miles de millones de dólares (Reuters, 2017).
La industria de la manufactura aditiva se ha desarrollado de tal manera que
actualmente ya se comercializan en el mundo entero diferentes tipos de
impresoras 3D para la elaboración de elementos de un tamaño reducido (Wang &
Ju, 2017).
A medida que la fabricación aditiva se desarrolla y mejoran sus procesos,
diferentes industrias han comenzado a utilizar esta herramienta. Entre las más
relevantes se encuentran las siguientes industrias: aeroespacial, automovilística,
de producción de maquinaria, de la salud, de la odontología, de la comida y de la
construcción (Attaran, 2017).
En el sector de la construcción, la industria ha implementado y ha creado
diferentes técnicas de fabricación aditiva.
En 1997 comenzaron las primeras exploraciones de la aplicación de la
construcción automatizada. Esta tecnología estaba en sus inicios y se basaba en
el principio de depositar cemento portland en una capa basada en arena (Pegna,
1997).
Posteriormente, en 1998 el profesor Berokh Khoshnevis de la Universidad del Sur
de California desarrolló el primer proceso de construcción aditiva que se ha
estandarizado: Contour Crafting. Este, es un proceso automatizado de
construcción que requiere de una máquina controlada por un computador y que
está dirigida a construir casas monolíticamente utilizando la extrusión de concreto
(Wang & Ju, 2017).
En 2007, Enrico Dini construyó lo que para la época era la impresora más grande
del mundo: la D-Shape. El proceso empleado en esta impresora se basaba en la
técnica de lecho de polvo o (powder feed) creada en 1993; a diferencia de las
impresoras que partían de la extrusión de materiales, esta tecnología procura
aglutinar materiales de construcción en polvo para formar objetos tridimensionales.
Sin embargo, su aplicación en la construcción requería un cambio importante en el
tamaño de los objetos creados, lo que en sí resulta en el desarrollo de una
tecnología propia (Lowke, Enrico, Perrot, Weger, & Gelen, 2018).
A partir de estas innovaciones se ha desarrollado toda una industria: se han
logrado aplicar los principios de la fabricación aditiva a la construcción y se han
conseguido nuevos avances tecnológicos. Entre algunas de las técnicas
desarrolladas están la Stone Spray, la C-Fab y la Big Delta (Wang & Ju, 2017).
Además de esto, diferentes empresas han realizado aportes al desarrollo de la
construcción aditiva; entre otras, se pueden destacar las siguientes: Qindago
16
Unique Techonolgy, WinSun Decoration Design Engineering Co, Contour Crafting,
Be More 3D, Apis Cor y DUS Architects (Hamidreza, Corker, & Fan, 2018).
La industria de la construcción aditiva se ha desarrollado en los principales polos
de desarrollo tecnológico en el mundo: China, Estados Unidos, Rusia, países
europeos y Emiratos Árabes Unidos.
En particular, China es el país con mayores avances a nivel comercial de la
construcción aditiva. En efecto, para 2017, las constructoras Winsun Decoration
Design Engineering Co y Huashang Tengda lograron construir un edificio de 5
plantas, 10 viviendas de pequeño tamaño y dos „Villas‟ (Massie, 2015) (3ders,
2016).
Por otra parte, el emirato de Dubái se ha interesado particularmente en el
desarrollo de esta tecnología ya que no solamente inauguraron en 2016 la
denominada “primera oficina impresa en 3D” (Dubai Future Foundation, s.f.) sino
que además el gobierno lanzó recientemente la „Estrategia de impresión 3D de
Dubai‟ o Dubai 3D Printing Strategy, que estipula que para 2025 “al menos un 25%
de toda edificación nueva debe ser impresa con esta tecnología” (Dubai Future
Foundation, 2017).
3.1.2.1.2. EN SUR AMÉRICA
En el caso de América del Sur, esta tecnología no se ha constituido, a la fecha, en
una herramienta de amplio uso en la industria de la construcción. En contraste con
el relativamente escaso interés y precario desarrollo de esta tecnología en esta
región, de manera excepcional, en Chile y en Brasil existen empresas que
implementan esta tecnología. En Chile, la empresa Baumax se ha enfocado
exclusivamente en la construcción aditiva (Fernández, 2016). Por otra parte, en
Brasil, InnovaHouse3D se ha centrado en la implementación de la tecnología para
“imprimir piezas de diseño y de decoración” en concreto (Xando, 2018).
Por su parte, si bien en Colombia poco a poco se han desarrollado tecnologías de
manufactura aditiva en algunos sectores como el de la salud, aún no se ha
implementado comercialmente en la construcción (Camara de Comercio de
Bogotá, 2018). No obstante, la Constructora Conconcreto ya comenzó a realizar
prometedores ensayos de construcción aditiva. Hasta la fecha la constructora se
encuentra en una fase experimental del desarrollo de esta tecnología, pero ha
logrado interesantes avances (Conconcreto, s.f.) (Rojas, 2017).
En la Universidad de Los Andes, el departamento de Arquitectura y Diseño cuenta
con tres impresoras 3D de pequeña escala en su FabLab (ver Fotografía 1). Dos
17
de ellas utilizan la técnica de extrusión mientras que la otra utiliza la de fotocurado
(ambos conceptos se trataran en mayor detalle en los siguientes puntos). Entre
sus principales usos se destaca la elaboración de prototipos y la fabricación de
moldes.
Fotografía 1: (2018) Impresora 3D Stratasys - Universidad de Los Andes
3.2 ESTADO DEL ARTE
El estudio de la construcción aditiva se puede dividir en tres líneas de
investigación: primero, el estudio de los materiales para cada proceso de
impresión; segundo, el desarrollo de técnicas y de tecnologías de impresión;
tercero, las restricciones y oportunidades de diseño.
3.2.1. PROCESOS SEGÚN TIPO DE MATERIAL
Tal y como se ha mencionado anteriormente, la construcción aditiva se basa en la
deposición de diferentes materiales con el fin de elaborar, capa por capa, un
18
objeto sólido. Ahora bien, es importante resaltar que el material que va a ser
depositado tiene propiedades físicas y químicas previas a la deposición que son
diferentes a las del objeto final.
Como el objetivo de este trabajo es presentar las perspectivas reales y
comerciales del uso de las técnicas de construcción aditiva, se va a hacer énfasis
en las metodologías de impresión 3D que se pueden usar hoy en día. Si bien
existen más técnicas de fabricación aditiva, por lo anterior, se clasifican en dos los
tipos de procesos utilizados comercialmente en la construcción aditiva según el
estado del material: las que emplean materiales viscosos y las que utilizan
materiales tipo polvo.
3.2.1.1. PROCESOS BASADOS EN MATERIALES DE TIPO VISCOSO
El uso de los materiales de tipo viscoso implica la extrusión del material a través
de una boquilla de impresión. El material debe poder desplazarse por la manguera
y posteriormente debe solidificarse mediante un proceso de curado (Labonnote,
Ronnquist, Manum, & Rüther, 2016).
Una metodología que utiliza este tipo de material es la del Contour Crafting. La
Ilustración 2 permite observar esquemáticamente el funcionamiento de la boquilla
de impresión del material.
Inicialmente el concreto en estado semilíquido (o cualquier material que vaya a ser
imprimido) ingresa a través de un sistema de alimentación (generalmente una
tolva) y es presionado hasta que sale por una boquilla (nozzle). La impresora
cuenta con una llana o paleta (trowel) controlada a través del computador, que
hace que el material extruido pueda ser moldeado para generar superficies más
suaves y pulidas.
19
Ilustración 2: Esquema del funcionamiento del Contour Crafting (Wu, Wang, & Wang, 2016)
Los materiales viscosos permiten la construcción de diferentes tipos de objetos,
entre ellos los componentes esenciales de las construcciones: muros, columnas, y
encofrados permanentes (Buswell, Silva, Jones, & Dirrenberger, 2018).
La composición de estos materiales viscosos se hace a partir de la combinación
de pasta y de materiales de granel. La pasta se refiere a compuestos de
cementos provenientes de la mezcla de óxido de calcio, sílice y aluminio y de
mezclas de polímeros. Por otro lado, los materiales de granel consisten en
compuestos de cuatro tipos: agregados naturales (tierra, arena, grava natural,
arcilla o barro), agregados reciclados (generados de la construcción, demolición o
deshechos de la excavación), agregados manufacturados (escoria y cenizas) y
finalmente fibras naturales (celulosa y fibra de madera reciclada) (Labonnote,
Ronnquist, Manum, & Rüther, 2016).
Los materiales de tipo viscoso (o materiales extruidos) concentran la mayor parte
de la literatura de construcción aditiva y el 50% de los procesos. Por este medio,
20
se pueden elaborar tres tipos de familias de elementos: componentes, muros y
columnas in situ y encofrados permanentes. Ahora bien, aunque estos materiales
concentran la mitad de las investigaciones, el avance técnico es precario y aún no
se tiene un proceso relativamente robusto (Buswell, Silva, Jones, & Dirrenberger,
2018).
Las propiedades de los materiales previas a la extrusión son diferentes a las
propiedades que tienen después de ser extruidos.
Antes de ser extruido, el material está en estado fresco y para este proceso de
manufactura se deben tener en cuenta cinco factores. El primer factor que se debe
considerar es la evaluación de tres parámetros de calidad fundamentales: la
„bombeabilidad’, la „extruabilidad’ y la „constructividad’. La bombeabilidad se define
como la “facilidad con la que el material se transporta desde la bomba hasta la
boquilla”, la extruabilidad, por su parte, se define como la “facilidad con la que el
material es extruido por la boquilla” y, finalmente, la constructividad se define
como la “facilidad de construir varias capas superpuestas” (Le, y otros, 2012). Por
otra parte, el segundo factor que hay que tener en cuenta es el tiempo de
apertura, relacionado con un lapso temporal en el que un determinado volumen
debe ser extruido y su relación con los primeros dos parámetros de calidad
(‘bombeabilidad’ y ‘extruabilidad’). El tercer factor para seguir es el tiempo de ciclo
y su relación con la constructividad. El tiempo de ciclo corresponde a la franja
temporal existente entre capas de material y determina el tiempo de producción y
la unión entre capas. Por otra parte, el cuarto factor a tener en cuenta es la
deformación del material provocada por las cargas asociadas al proceso de
agregar capas de material unas sobre otras. Finalmente, el quinto factor a
considerar es el seguimiento constante de las propiedades reológicas del material
para hacer correcciones en tiempo real de diferentes factores de tal manera que
se eviten diferentes defectos en el objeto final (Buswell, Silva, Jones, &
Dirrenberger, 2018).
3.2.1.2 PROCESOS BASADOS EN MATERIALES EN POLVO
El uso de la tecnología de “lecho de polvo” implica la deposición del material y su
posterior solidificación. En principio, la solidificación del material se obtiene al
fundirlo, sinterizarlo o someterlo a un proceso de curado (Labonnote, Ronnquist,
Manum, & Rüther, 2016).
En el proceso de lecho de polvo o powder-bed se utiliza este tipo de materiales
para la fabricación de objetos 3D. La metodología de impresión sigue dos pasos
fundamentales: primero se depositan determinadas partículas secas y
21
posteriormente se realiza un proceso de „baño de fusión‟ en la superficie. Luego,
después de repetir este paso hasta la fabricación del objeto deseado, las
partículas que no fueron adheridas se remueven por medio de un proceso
denominado de-powdering process. Finalmente, existen dos procesos opcionales
de post-impresión que permiten aumentar la resistencia del objeto: la infiltración y
el tratamiento de calor (Lowke, Enrico, Perrot, Weger, & Gelen, 2018).
Para producir componentes de concreto se pueden abordar tres estrategias
diferentes: por un lado, se puede realizar la construcción de los componentes
finales, por otra parte, se puede imprimir un encofrado que se puede rellenar de
concreto y que se pueda retirar, y finalmente, la construcción de un encofrado que
no se pueda retirar.
Ahora bien, dependiendo de los diferentes materiales, se aplican tres técnicas
diferentes: Selective Binder Activation, Selective Paste Intrusion y Binder Jetting.
En la primera técnica se utiliza como lecho de polvo un agregado muy fino (de
menos de 1 mm) y un aglutinante. El posterior baño se da al agregar agua y
aditivos, lo que genera una matriz cementante alrededor de los agregados. En la
segunda técnica se utiliza como lecho de polvo un agregado mediano (de menos
de 5mm) pero esta vez sin aglutinante. En este caso se le agrega agua y aditivos
al lecho de polvo por medio de boquillas y se llenan con pasta de cemento los
vacíos entre las partículas. La última técnica se concentra en la elaboración de
encofrados y se basa en aplicar una resina líquida como aglutinante al lecho de
polvo (Lowke, Enrico, Perrot, Weger, & Gelen, 2018).
Esquemas de las tres técnicas mencionadas anteriormente se pueden observar en
la Ilustración 3
22
Ilustración 3: Esquemas de las diferentes técnicas de manufactura aditiva basadas en lecho de polvo (Lowke, Enrico, Perrot, Weger, & Gelen, 2018)
3.2.2. METODOLOGÍAS DE IMPRESIÓN
3.2.2.1. TIPOS DE IMPRESORAS 3D PARA LA CONSTRUCCIÓN ADITIVA
Las impresoras 3D requeridas para la construcción aditiva deben ser elaboradas
de tal manera que puedan asegurar la fabricación de piezas de grandes
dimensiones. En efecto, para cumplir con las solicitudes de la industria de la
construcción, se han ideado tres grandes soluciones: de pórtico grúa, de
plataforma con suspensión por cables y las de brazo robótico (Labonnote,
Ronnquist, Manum, & Rüther, 2016).
Las impresoras basadas en la solución de pórtico grúa implican una ampliación a
gran escala de las técnicas de manufactura aditiva basada en la extrusión de
material y enfocada a la construcción, con el consecuente incremento en el
tamaño de los componentes involucrados. En este caso, la boquilla de impresión,
controlada por programas informáticos, se desplaza en cualquier dirección definida
por los ejes cartesianos X, Y y Z. Una de las principales tecnologías que utilizan
estas impresoras es la de Contour Crafting.
Las impresoras basadas en la solución de plataforma con suspensión por cables
se basan esencialmente en tener un cabezal unido a un marco que es suspendido
por un sistema cableado controlado totalmente por computadora. El movimiento
del cabezal se asegura por medio de la extensión o retracción de los cables. Esta
solución permite una mayor facilidad para la logística del transporte de la
impresora y de su montaje y desmontaje.
23
Finalmente, las impresoras basadas en la solución de brazos robóticos utilizan
sistemas que pueden reproducir los movimientos que realiza el hombro y la mano
de los humanos. Estos brazos robóticos, aparte de extruir el material directamente,
pueden realizar tareas complementarias en aspectos relacionados con la
construcción tales como pintar. De acuerdo con (Campillo, 2017), este tipo de
impresora tiene hasta 7 grados de libertad en sus movimientos.
Las impresoras basadas en la solución de pórtico grúa y de plataforma con
suspensión por cables están limitadas por su tamaño, ya que agrandar el marco
de la impresora no soluciona necesariamente los problemas de escala. Es más
probable que las de brazos robóticos sean más adaptables a la construcción
aditiva en el corto plazo ya que esta tecnología ha sido más desarrollada
recientemente.
Ahora bien, es importante mencionar que no hay una solución ideal para todos los
proyectos y que alguna impresora en particular puede ser ideal para una situación
en particular pero que otra se adapte mejor a otra circunstancia. Debe tenerse en
cuenta el tipo de objeto a construir, la ubicación de la construcción y la técnica de
ensamblaje de los componentes (Labonnote, Ronnquist, Manum, & Rüther, 2016).
3.2.2.2. METODOLOGÍAS DE FABRICACIÓN ADITIVA CON POTENCIAL EN LA
CONSTRUCCIÓN
Tal y como se ha mencionado anteriormente, la construcción aditiva es una de las
aplicaciones de las tecnologías de fabricación aditiva. Muchas de las técnicas que
actualmente se utilizan en la construcción son fundamentalmente técnicas de FA
llevadas a gran escala. Por ende, es necesario primero evaluar algunas de las
posibles metodologías utilizadas en la FA que pueden ser utilizadas en el campo
de la construcción. Van Woensen et al. (2018) mencionaron en su artículo Printing
architecture: an overview of existing and promising additive manufacturing
methods and their application in the building industry, las diferentes metodologías
de la FA que son y que pueden ser aplicadas en la construcción.
A continuación, se hace una breve presentación de cada una de las metodologías
mencionadas en el paper, basada en el artículo Printing architecture: an overview
of existing and promising additive manufacturing methods and their application in
the building industry (Remco, Teun, & Hermans, 2018):
Primero, es importante mencionar que de las 15 metodologías diferentes de la
manufactura aditiva que tienen potenciales aplicaciones en la construcción se
seleccionaron las 10 con mayor potencial. Se clasifican en cuatro grandes grupos:
Extrusión de material, Binder Jetting (BJ), Vat Photolopymerization (VP) y Powder-
Bed Fusion (PBF).
24
Extrusión de material
La extrusión es el proceso más común de manufactura aditiva en el que un
material semilíquido atraviesa una boquilla de impresión y construye objetos por
capas sucesivas.
Contour Crafting (CC) es una técnica inventada en 1998 por el profesor de la
Universidad del Sur de California Berokh Khoshnevis que combina las técnicas de
extrusión y de llenado. CC utiliza una impresora de tipo pórtico grúa y su principal
enfoque era el desarrollo de vivienda social y de viviendas en desastres naturales.
Usa dos boquillas que imprimen concreto con un ancho de 13 mm y dan forma a
los bordes del objeto a imprimir. Posteriormente, luego de llegar a una altura de 13
cm, los bordes impresos funcionan de molde que es rellenado de concreto por una
tercera boquilla. Aunque esta tecnología lleva 20 años, aún no está comercializada
ya que presenta varias limitaciones que no la hacen competitiva frente al método
constructivo tradicional (Barnatt, 2016). Existen limitaciones en el tamaño de la
estructura construida, en la necesidad de una estructura de soporte y en la
complejidad de las geometrías.
Concrete Printing (CP) fue desarrollada en 2006 por el equipo de Free Form
Construction Project de la Universidad de Loughborough. La boquilla de la
impresora se ubica al final de un brazo robótico, lo que le permite tener una mayor
libertad de movimientos. Ahora bien, aunque es similar al CC, el CP difiere
principalmente en tres aspectos: primero, utiliza una estructura reutilizable,
segundo, está enfocado a la elaboración de prefabricados (dimensiones máximas
de 2m x 2,5m x 2,5m) y que se tiene un tiempo de ciclo específico para aumentar
la fuerza de las uniones entre capas.
Cellular Fabrications (C-Fab) fue desarrollada por Branch Technology y permite
imprimir estructuras hechas de resinas de plástico y fibra de carbón por medio de
la extrusión. C-Fab utiliza una impresora de tipo brazo robótico con el que permite
elaborar estructuras con formas extremadamente complejas y además no requiere
de una estructura de soporte. Esta tecnología no ha sido empleada para construir
la edificación „en una pieza‟ sino que se ha enfocado en la realización de
prefabricados de particiones y de muros (Kidwell, 2017). Se espera que esta
tecnología tenga grandes aplicaciones futuras en la construcción.
Fused Deposit Modeling (FDM) ha sido desarrollada desde 1991 por la empresa
Stratasys y permite la elaboración de estructuras basadas principalmente en
polímeros, aunque permite el uso de una gran diversidad de materiales. Esta
técnica hace variar la temperatura para cambiar el estado del material de tal
manera que, cuando el material llega al cabezal de impresión, se calienta por
encima del punto de fusión. FDM requiere de la presencia de una estructura de
25
soporte y además es un proceso muy costoso debido a su gran resolución de
impresión.
Freeze-form Extrusion Fabrication (FEF) fue desarrollada en la Universidad de
Ciencia y Tecnología de Missouri. Esta técnica se basa en la extrusión
principalmente de cerámica, aunque se ha utilizado también con metal. La
metodología es similar al FDM, sin embargo, en este caso se congela cada capa
del material extruido para que se solidifique. La tecnología presenta diferentes
ventajas tales como la facilidad de producir materiales funcionalmente gradados,
es amistoso con el medio ambiente y no es tan costoso.
Binder Jetting
Binder Jetting (BJ) es un proceso en el que se expulsan gotas líquidas de
aglutinante por una boquilla en un lecho de polvo para crear cada capa de
material. El material aglutinante reacciona con las partículas de polvo para que se
solidifiquen y, una vez solidificada la capa, se repite el proceso hasta que se forme
el objeto en su totalidad. Una de las ventajas de este método es que, al igual que
muchos de los procesos de impresión 3D basados en el aglutinamiento de
material en polvo, no requiere de estructuras de soporte durante el proceso de
fabricación.
D-Shape (DS) es una metodología desarrollada desde 2004 por Enrico Dini y se
centra en la construcción de grandes dimensiones y utiliza como materia prima la
arena. La plataforma sobre la que se realiza el proceso de manufactura es del tipo
“lecho de polvo” y consiste en una capa de material granular fino que es utilizada
por la impresora. DS primero agrega aglutinante al material que constituye el lecho
de polvo y posteriormente lo compacta con un rodillo. Después de que se lleva a
cabo el proceso de impresión se retira la capa de material granular restante. Esta
técnica permite utilizar materiales que se consiguen fácilmente en el lugar de la
construcción y le da una gran libertad geométrica al diseñador, pero
desafortunadamente es un proceso lento y de escasa capacidad para soportar
cargas.
Vat-Photopolymerization
Vat-Photopolymerization (VP) es un proceso de manufactura aditiva en el que
resinas líquidas de polímeros sensibles a la luz UV (llamados también
fotopolímeros) son solidificados capa por capa mediante una fuente de luz. Al final
se requiere un proceso de curado final con luz UV.
Stereolitography (SLA) es una técnica inventada en 1987 por Charles Hull, y
aunque en sus inicios fue diseñada para construir objetos pequeños, en la
actualidad puede imprimir a una escala de más de dos metros. Entre sus
principales ventajas, la SLA cuenta con una alta precisión de impresión, permite
26
elaborar superficies suaves y elabora objetos que presentan un comportamiento
isotrópico. Sin embargo, la gran limitante que presenta son los elevados costos de
los materiales.
Powder-Bed Fusion
Powder-Bed Fusion (PDF) es un proceso de manufactura aditiva basado en la
deposición de sucesivas capas de polvo que son solidificadas con una fuente de
energía.
Selective Laser Sintering (SLS) es una técnica desarrollada en 1992 por DTM y
se utiliza un rayo láser para sinterizar el material en polvo. En este caso, se
requiere que el lecho de polvo de unas décimas de milímetro se encuentre en un
recipiente previamente calentado de tal manera que el material se encuentre a una
temperatura cercana (pero por debajo) al punto de fusión. SLS produce elementos
de baja escala a partir de cerámicas, vidrios, polímeros y metales.
Selective Laser Melting (SLM) es una técnica similar al SLS, pero, en este caso,
el lecho de polvo debe ser calentado a una temperatura mayor a la del punto de
fusión. SLM trabaja principalmente con metales y posiblemente es la metodología
que tiene mayores perspectivas futuras para la construcción de fachadas.
Electron Beam Melting (EBM) es una técnica que utiliza un haz de electrones
para calentar el lecho de polvo. En términos generales, el uso del haz de
electrones hace que esta metodología sea más eficiente en términos de costo y de
energía que las dos primeras (SLS y SLM).
3.2.2.3. APLICACIONES DE LA CONSTRUCCIÓN ADITIVA
A continuación, se presenta una selección de diferentes aplicaciones reales de la
construcción aditiva:
Apis Cor. Es una empresa rusa que diseña impresoras que pueden construir
casas de „una sola pieza‟ (Apis Cor, s.f.) (Campillo, 2017).
(2017)
- Impresora híbrida entre pórtico grúa y brazo robótico - Casa residencial de 38 m2 - Material: concreto reforzado con fibras y aditivos - Metodología: extrusión - Producto: Impresión de muros portantes - Coste estimado: $ 265 / m2
27
WinSun Decoration design Engineering. Empresa china que está a la vanguardia
de la construcción aditiva en el mundo (Campillo, 2017) (Navarro, 2014).
(1) Viviendas unifamiliares de pequeño tamaño (2014)
- Impresora tipo pórtico grúa de 10 x 6,6m - 10 casas residenciales para un total de 200 m2 - Material: concreto, fibra de vidrio y material de demolición - Metodología: extrusión - Producto: Impresión de componentes portantes ensamblables - Coste estimado: $ 25 / m2 - Reducción sustancial en el tiempo: Impresión y ensamblaje en 24 horas
(2) Edificio de 5 plantas (2017)
- Impresora tipo pórtico grúa de 10 x 6,6m - Edificio de 1500 m2 - Material: concreto, fibra de vidrio y material de demolición - Metodología: extrusión - Producto: Impresión de componentes portantes ensamblables - Coste estimado: $ 108 / m2 - Reducción sustancial en el tiempo: construcción en 30 días
aproximadamente
Dubái Future Foundation (2016) (Dubai Future Foundation, 2017) (Dubai Future
Foundation, s.f.) (Beyhan & Selçuk, 2018)
- Impresora tipo brazo robótico - Edificio de 250 m2 - Material: concreto reforzado, fibra de vidrio y yeso reforzado - Metodología: extrusión - Producto: impresión de componentes del edificio - Coste estimado: (sin datos, pero presenta una reducción del 50% en costos
laborales) - Reducción sustancial en el tiempo (impresión en 17 días, instalación en 2
días y desarrollo de la fachada y del interior en 2 meses)
3.2.3. VENTAJAS, DESVENTAJAS Y LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
3.2.3.1. VENTAJAS
28
Las ventajas de la construcción aditiva con respecto al método tradicional son las
siguientes:
- Permite construir objetos únicos o de producción limitada con mayor
rapidez (Hager, Golonka, & Putanowicz, 2016).
- Permite producir objetos personalizados y adaptados a los requerimientos
del usuario final (Barnatt, 2016).
- Posibilita tener un mayor detalle en cada uno de los objetos elaborados
(Gaviria, 2018).
- Reduce considerablemente los riesgos laborales (Hager, Golonka, &
Putanowicz, 2016)
- Permite tener una reducción en los costos de producción (Hamidreza,
Corker, & Fan, 2018).
- Genera una menor cantidad de desperdicios de materia prima ya que es un
proceso aditivo y no sustractivo (Campillo, 2017).
- Permite optimizar la distribución de los materiales (Barnatt, 2016).
- Posibilita fabricar elementos con una libertad geométrica sin precedentes
(Malé-Alemany, 2015).
- Posibilita fabricar elementos en ambientes únicos dónde la mano de obra
puede ser extremadamente costosa (Barnatt, 2016).
- Imprime concreto completamente homogéneo (Gaviria, 2018)
- Tiene el potencial para cambiar radicalmente la industria de la construcción
(Labonnote, Ronnquist, Manum, & Rüther, 2016).
- No requiere formaletas, evitando diferentes problemas e ineficiencias
asociadas a su uso (Rael & Fratello, 2018).
3.2.3.2. DESVENTAJAS
Por otra parte, se mencionan las desventajas de la construcción aditiva. Se
pueden resumir en los siguientes:
- Aún no existen estándares nacionales e internacionales que regulen su
utilización (Labonnote, Ronnquist, Manum, & Rüther, 2016).
- Se deben limitar determinadas arquitecturas para que la tecnología pueda
resultar competitiva frente al método tradicional (Labonnote, Ronnquist,
Manum, & Rüther, 2016)
- Se requieren operarios calificados para poder aplicar la tecnología (Barnatt,
2016).
- Existen diferentes dudas sobre la aceptación por parte del cliente final
(Anjum, Dongre, Misbah, & Nanyam, 2017)
- Requiere de un modelo virtual inicial (Hager, Golonka, & Putanowicz, 2016)
29
- Implica una inversión inicial elevada (Hamidreza, Corker, & Fan, 2018).
- La tecnología aún presenta una falta de robustez en el diseño y la
manufactura ya que cualquier cambio en el material o falla en el proceso
puede generar problemas considerables en el objeto final (Buswell, Silva,
Jones, & Dirrenberger, 2018)
- Posible impacto en la empleabilidad, pero que se evidenciaría en el largo
plazo (Barnatt, 2016).
- Limitaciones en la escalabilidad y la altura de los elementos construidos
(Hamidreza, Corker, & Fan, 2018)
- En los objetos con geometrías libres la presencia de voladizos es
recurrente. En términos prácticos, hay algunas técnicas que requieren el
uso de estructuras de soporte (Labonnote, Ronnquist, Manum, & Rüther,
2016).
3.2.3.3. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
- Es posible que las metodologías/materiales que actualmente son utilizados en la construcción aditiva vayan a ser reemplazadas por otras técnicas y/o materiales que vuelvan esta tecnología mucho más competitiva (Labonnote, Ronnquist, Manum, & Rüther, 2016) y (Barnatt, 2016). Por este motivo, es indispensable seguir desarrollando nuevas metodologías y explorar nuevos materiales.
- Los procesos deben aumentar la especialización de determinados componentes para sus aplicaciones (Buswell, Silva, Jones, & Dirrenberger, 2018)
- Estandarización de las propiedades de los diferentes materiales (Buswell, Silva, Jones, & Dirrenberger, 2018).
- Necesidad de diseños cada vez más racionales y optimizados debido a la complejidad de formas y a la distribución del material que permite la tecnología (Buswell, Silva, Jones, & Dirrenberger, 2018) y (Labonnote, Ronnquist, Manum, & Rüther, 2016)
- La construcción de elementos con formas libres va a ser una realidad siempre y cuando se refuerce el material en áreas críticas de tal manera que se puedan contrarrestar las cargas gravitacionales (Labonnote, Ronnquist, Manum, & Rüther, 2016).
- Necesidad de una investigación holística, es decir, que logre integrar la ciencia de materiales, el desarrollo propio de la ingeniería y el diseño del edificio (Labonnote, Ronnquist, Manum, & Rüther, 2016).
- Fabricación de piezas “inteligentes”, unidas mediante cosido y entrelazado de piezas menores (Campillo, 2017)
- El éxito comercial pasa por mejorar la robustez del diseño y de la manufactura (Buswell, Silva, Jones, & Dirrenberger, 2018)
30
- Identificación y desarrollo de nichos de mercado para esta tecnología
(Barnatt, 2016)
31
4. METODOLOGÍA
Como la investigación realizada en Colombia sobre la construcción aditiva está
muy poco desarrollada, se decidió establecer una metodología basada en la
recolección de información de diferentes fuentes tales como entrevistas y
encuestas a diferentes profesionales con gran conocimiento y experiencia en el
sector de la construcción y/o a destacados académicos cuyo campo de experticia
se relacione con temas afines a la construcción. La metodología adoptada se
apoya en un estudio adelantado en India llamado Purview of 3DP in the Indian
Built Environment Sector (Anjum, Dongre, Misbah, & Nanyam, 2017). Con las
herramientas de investigación empleadas, no solamente se asegura un contacto
directo entre la academia y la industria de la construcción para entender los logros
y las posibles líneas de investigación de la construcción aditiva, sino que además
se logra establecer una primera aproximación de las posibilidades y dificultades
que se tiene en la adopción de esta tecnología en Colombia. Es importante
mencionar que posteriormente los resultados van a ser analizados y confrontados
con la investigación realizada anteriormente.
4.1. ENCUESTAS
Para poder obtener información sobre la situación actual, las perspectivas y
dificultades de la construcción aditiva, se decidió realizar encuestas a diferentes
grupos poblacionales de interés. Entre estos se incluyen fundamentalmente
profesionales que se desempeñan cargos directivos en el campo de la
construcción y académicos con formación en temas relacionados con la
construcción. Mediante un instrumento de recolección de información que emplea
un medio digital (www.surveymonkey.com), se encuestaron tanto académicos
pertenecientes a las ramas de arquitectura e ingeniería civil de las más
reconocidas universidades de Colombia, como a profesionales que desempeñan
un papel importante en la industria de la construcción en el país.
La encuesta elaborada cuenta con 14 preguntas y se divide en cinco grandes
partes:
- La primera parte (preguntas 1 y 2) busca recolectar los nombres y categorizar por grupos poblacionales a cada una de las personas encuestadas.
- La segunda parte (preguntas 3 y 4) cuenta con un breve resumen de los avances tecnológicos en la construcción aditiva en el mundo entero para establecer una base común de conocimientos entre los encuestados.
32
Además de esto, se busca poder confrontar esta información obtenida con la información previa que se tenía.
- La tercera parte (preguntas 6, 7,8 y 9) busca brindar información sobre la percepción que se tiene de la tecnología, estableciendo las ventajas y desventajas que tienen un mayor impacto en la industria de la construcción.
- La cuarta parte (preguntas 5 y 10) busca aportar información sobre la percepción que se tiene respecto a la posible implementación de la construcción aditiva en Colombia.
- La quinta parte (11, 12 ,13 y 14) busca identificar elementos y formular unas posibles líneas de investigación de la tecnología para que se pueda acelerar su implementación.
4.2. ENTREVISTAS
Por otra parte, se elaboraron entrevistas a diferentes profesionales que ocupan
cargos importantes en el medio empresarial y/o académico relacionado con la
construcción en Colombia. Se buscó profundizar y complementar las encuestas
realizadas formulando interrogantes puntuales y particulares según el perfil del
entrevistado. Las transcripciones de las entrevistas se pueden encontrar en los
anexos.
Las personas entrevistadas se presentan a continuación:
- Fernando Ramírez, profesor titular de Ingeniería Civil de la Universidad de Los Andes. Ha realizado diferentes investigaciones en simulación computacional, desarrollo de materiales y biomecánica.
- Diego Ospina, profesor de cátedra de Ingeniería Civil de la Universidad de Los Andes y gerente de construcción de una importante constructora del país.
- Ana María Meza, gerente de Innovación, Gestión y Sostenibilidad de Constructora Conconcreto.
- Juan Carlos Briceño, profesor titular de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Los Andes y director de la Escuela de Posgrados de Ingeniería.
- Benjamín Ibarra-Sevilla, profesor asistente de Arquitectura y Conservación Histórica de la Universidad de Texas.
- Oscar Parada, técnico encargado de los laboratorios FabLab de la Universidad de Los Andes.
33
- Daniel Duque, gerente de Investigación y Desarrollo de importante cementera colombiana.
34
5. RESULTADOS
5.1. RESULTADOS ENCUESTAS
Los resultados de las encuestas se presentan a continuación y se dividen en las
cinco partes previamente mencionadas:
5.1.2. Primera parte
La encuesta fue realizada a un total de 43 personas que desempeñan roles
importantes dentro del entorno de la construcción en Colombia. Tal y como se
observa en la Ilustración 4, los perfiles de los encuestados fueron: académicos de
la carrera de arquitectura (32%) y de ingeniería civil (21%), arquitectos (16%),
contratistas (12%) y consultores (19%).
La muestra estadística se repartió entre partes iguales de académicos (51%) y
profesionales (49%).
Ilustración 4: Perfil de los encuestados
5.1.3. Segunda parte
35
Los encuestados, en su mayoría, tienen conocimientos medios sobre la
información planteada. En efecto, tal y como se ve en la Ilustración 5, de los 43
encuestados, 13 tienen un conocimiento medio - bajo, 10 uno medio y 11 uno
medio – elevado. El promedio de las respuestas corresponde a un nivel medio: 3
de 5.
Ilustración 5: Nivel de conocimientos previos sobre la información dada
La ilustración 6 muestra que la tecnología se da a conocer en el medio
principalmente por noticias (25%) y por internet (42%). Sin embargo, hay una parte
importante de las personas que han estudiado el tema (12%) o que han obtenido
información por medio de conferencias (10%; casi la mayoría de los que llenaron
la casilla de “otros”). Por otra parte, es importante mencionar que una fracción
reducida de personas desconocían el tema (7%) o trabajan en el desarrollo de la
tecnología (2%).
36
Ilustración 6: Medio por el que conocieron la información
5.1.3. Tercera parte
En la tercera parte se presentan tres informaciones esencialmente: primero, se
habla de las aplicaciones reales de la construcción aditiva, luego, se establece la
importancia relativa de cada una de las posibles ventajas y también de cada una
de las posibles desventajas de la tecnología.
Inicialmente, la ilustración 7 muestra las diferentes aplicaciones de la construcción
aditiva. Los encuestados respondieron que la principal aplicación, con una
considerable diferencia respecto a las demás, es la fabricación de elementos no
estructurales con formas inusuales (60,47%). Los modelos arquitectónicos
(46,51%) le siguen y, finalmente, le ven una menor aplicación a la impresión de
elementos prefabricados (37,21%) y a la impresión total de la estructura (34,88%).
Por otra parte, al indagar sobre la importancia relativa de las posibles ventajas que
tiene la construcción aditiva y pedir que le asignen a cada una un puntaje del 1 a
5, en la ilustración 8 se encontró que la diferencia no es muy grande entre las
variables. En efecto, entre los valores que adopta la variable con mayor
importancia, reducción en el tiempo (4,27) y los valores que adopta la variable que
tiene menor relevancia, la reducción en los costos de producción (3,75), no existe
una gran diferencia. Ahora bien, de las 7 variables presentadas, existen 5 con una
importancia elevada y similar: reducción en el tiempo (4,27), reducción de
37
desperdicios (4,24), mayor estandarización (4,22), mayor complejidad de formas
arquitectónicas (4,20) y mayor reducción de riesgos laborales (4,15). Con menor
importancia relativa percibida están las variables de personalización e
individualización del diseño arquitectónico (3,90) y la reducción de los costos de
producción (3,75).
Finalmente, al indagar de manera similar sobre la importancia de las posibles
desventajas de la construcción aditiva, la ilustración 9 muestra que hay una gran
diferencia entre las variables. En efecto, de las 9 variables presentadas hay tres a
las que le atribuye una gran importancia: falta de estándares nacionales e
internacionales (4,07), inversión inicial elevada (4,05) y falta de conocimiento
técnico (3,9). Posteriormente, siguen cuatro con un nivel de importancia medio:
limitación en altura (3,66), aceptación por parte del usuario final (3,54), falta de
robustez en el proceso constructivo (3,45) y falta de operarios calificados (3,44).
Por último, las variables con menos importancia corresponden a las limitaciones
en el diseño arquitectónico (2,53) y a los requerimientos de un modelo virtual
(2,37).
Ilustración 7: Aplicaciones reales para la construcción aditiva
38
Ilustración 8: Importancia relativa de las posibles ventajas de la construcción aditiva
Ilustración 9: Importancia relativa de las posibles desventajas de la construcción aditiva
5.1.3. Cuarta parte
La cuarta parte corresponde a la percepción que se tiene respecto de la
implementación de la tecnología en el caso particular de Colombia.
39
La información está contenida en la ilustración 10, en la ilustración 11 y en
respuestas abiertas condensadas en los anexos.
Tal y como se ve en la ilustración 10, al preguntarle a los encuestados sobre la
viabilidad de distintos materiales y pedir que le asignen a cada uno un puntaje de
1 a 5, el material al que le ven una mayor viabilidad es al uso de polímeros (4,31) y
de concreto (3,74). A las cerámicas (3,38) y al metal (3,33) le atribuyen una
viabilidad algo menor, mientras que al uso de arenisca (3,11) y al vidrio (3,18) son
a los que menos perspectivas de aplicabilidad le atribuyen.
Por otra parte, la ilustración 11 muestra la percepción que se tiene sobre la
factibilidad en el desarrollo de políticas públicas encaminadas a la reglamentación
de la construcción aditiva en el país. En términos generales, la percepción que se
tiene es mala ya que 29 de los 43 encuestados les parece muy poco o poco
probable, mientras que tan solo a dos personas les parece probable o muy
probable que se desarrollen estas políticas públicas.
Finalmente, a partir de la información recolectada en la pregunta 10, se advierte
que los encuestados tienen en términos generales una percepción negativa sobre
las posibilidades de lograr, a corto plazo, una implementación de la construcción
aditiva en Colombia. En efecto, aunque varias personas manifestaron creer en el
gran potencial que tiene la tecnología, parecen escépticos respecto a su adopción
en el corto o mediano plazo. Las razones que se mencionan son principalmente
que falta por desarrollar la tecnología actual, aún en los países que van a la
vanguardia y que, además, en Colombia generalmente no existen condiciones
para adoptar inmediatamente las nuevas tecnologías desarrolladas recientemente,
sino que se requiere de un período mayor para implementarlas con posterioridad.
40
Ilustración 10: Viabilidad de materiales con miras a su aplicación en la construcción aditiva
Ilustración 11: Factibilidad en el desarrollo de políticas públicas encaminadas a la reglamentación de la construcción aditiva
5.1.4. Quinta parte
La quinta parte corresponde a las sugerencias dadas por los encuestados
respecto a las líneas de investigación a seguir.
41
La información está contenida en la ilustración 12, en la ilustración 13 y en las
preguntas abiertas 12 y 14 que piden una explicación a cada decisión tomada en
las figuras.
Para los encuestados, la línea de investigación más importante a seguir es
definitivamente la estandarización de los procesos y asegurar una mayor robustez
de los mismos (41,86%). En efecto, estos dos factores parecen ser indispensables
en el correcto desarrollo de la ingeniería estructural en zonas sísmicas. Por lo
anterior, resulta indispensable asegurar la estabilidad, seguridad y reglamentación
de los elementos construidos mediante esta tecnología. Por otra parte, asegurar
una mayor calidad en el producto final (23,26%) es la segunda línea de
investigación a la que mayor peso le dan. Las razones más mencionadas son las
que tienen que ver con volver atractivo este sistema constructivo para la industria
y a que desde la calidad del producto se derivan las demás líneas de
investigación.
Por otra parte, al enfrentar a los encuestados para que elijan entre los dos
métodos de construcción aditiva (de una pieza entera y de elementos
prefabricados), los resultados muestran una clara diferencia. En efecto, tal y como
se ve en la ilustración 13, la mayoría de las personas eligieron los elementos
prefabricados (78,05%) por encima de la construcción „de una sola pieza‟
(21,95%). En términos generales, la justificación es que parece una aproximación
más viable en el corto y mediano plazo y que permite aumentar la escala de la
construcción con mayor facilidad. Por otra parte, a los que les parece más
importante el desarrollo de una pieza entera mencionan que la prefabricación
puede generar inconvenientes en las uniones y en general en tener una menor
ventaja comparativa respecto a los métodos tradicionales. Se menciona que,
aunque sea más lenta su implementación, es en este campo que se tienen las
verdaderas ventajas.
42
Ilustración 12: Líneas de investigación más importantes a seguir
Ilustración 13: Métodos de construcción más importantes para desarrollar
43
5.2. RESULTADOS DE ENTREVISTAS
5.2.1. Introducción
Aunque las entrevistas completas se encuentran anexadas al final del documento,
los puntos más importantes se presentan en esta sección. Las entrevistas
comienzan por hacer un diagnóstico de los problemas más importantes que se
presentan en los proyectos de construcción, posteriormente se centran en la
aplicación que tiene la manufactura aditiva en otra industria, la biomedicina, luego,
se enfocan en las ventajas y desventajas de la tecnología y, finalmente, se
exploran diferentes líneas de investigación.
5.2.2. Diagnóstico de problemas actuales
Primero, el diagnóstico realizado por los entrevistados permite concluir que los
principales problemas identificados en los proyectos de construcción son la
dificultad para cumplir los plazos definidos, no superar los presupuestos
establecidos y realizar un adecuado control de calidad. En últimas, la raíz de todos
estos problemas parece ser la “baja productividad y la baja innovación” que tiene
este sector industrial. El problema es propio de la construcción ya que, a diferencia
de otras industrias, “al comienzo de la obra aún no se han establecido muchos
aspectos importantes” lo que provoca varias ineficiencias y problemas en los
procesos.
5.2.3. Manufactura aditiva en la biomedicina
Analizando el caso de la industria de la biomedicina, la manufactura aditiva ha
tenido un éxito sin precedentes debido a la facilidad que tiene para desarrollar
medicina personalizada, es decir, específica para cada paciente. En efecto, tal y
como menciona un entrevistado “en la experiencia de más de 40 años visitando
hospitales, nunca había visto una nueva tecnología que despertara tanto interés
(…) creo que va a revolucionar la medicina”.
5.2.4. Las ventajas de la construcción aditiva
Las ventajas, por una parte, de la construcción aditiva se van a presentar
principalmente con base en los resultados obtenidos por la única constructora en
el país que, por ahora, cuenta con una impresora 3D “diseñada y ensamblada en
su totalidad en Colombia”: Conconcreto. Con esta impresora han construido
“elementos no estructurales, especialmente para mobiliario” y, entre 2017 y 2018,
44
desarrollaron “el primer prototipo de vivienda funcional construido en el país”, es
decir, “un módulo habitacional de 24 metros cuadrados que cuenta con baño,
cocina y un pequeño estar”. Las principales mejoras que, de acuerdo con muchos
de los entrevistados, ha presentado este método constructivo son la reducción en
el tiempo de construcción, la reducción de la cantidad de desperdicios, que pasan
a ser prácticamente inexistentes, y la mayor “flexibilidad en el diseño” de los
elementos construidos. Referente a esto, las ventajas resultan muy relevantes ya
que la construcción produce muchos desperdicios y en el mundo actual se está
dando una tendencia hacia la personalización de los productos manufacturados.
Además de estas ventajas, la tecnología de manufactura aditiva permite modificar
la densidad del material presente en un objeto, esto es, permite gradar el material
empleado. Aunque esta es una ventaja que aún no ha sido aprovechada en la
industria de la construcción, es una posibilidad muy prometedora que se puede
explorar en el futuro. En particular, un entrevistado propone que por medio de la
gradación del material se pueda eventualmente aumentar la resistencia a tensión
del material extruido, disminuyendo la cantidad de refuerzo a agregar.
5.2.5. Las desventajas de la construcción aditiva
Las desventajas de la construcción aditiva son diversas pero importantes: aún
existen varios aspectos por mejorar que no la hacen “competitiva” aún con
respecto al método tradicional. Primero, se tiene un gran problema con la escala
de la tecnología ya que aún no se pueden construir estructuras de más de 2 pisos
con métodos de „una pieza‟ o más de 5 pisos mediante elementos prefabricados, y
esto constituye un gran problema ya que “el negocio de la construcción es de
grandes volúmenes” y, actualmente se presentan enormes dificultades para
conseguir grandes lotes. En efecto, es por esta razón que algunas de las
construcciones de vivienda de interés social (VIS) en el país llegan hasta los 20
pisos de altura. Además de esto, la normativa vigente no se ha desarrollado a la
par que la tecnología, por lo que aún no se dispone de un apartado específico en
la NSR-10 (Reglamento colombiano de construcción sismo-resistente) para las
construcciones que utilizan la impresión 3D. En el caso de los materiales
funcionalmente gradados (MFG), aún no se han desarrollado trascendentales
aplicaciones en la construcción. Ahora bien, su implementación resulta complicada
debido a la complejidad que implica gradar un material que debe ser idóneo para
resistir las fuerzas que se presentan en prácticamente todas las direcciones de la
estructura de una construcción durante un evento sísmico.
5.2.6. Líneas de investigación sugeridas
45
Finalmente, las líneas de investigación sugeridas en las entrevistas se pueden
clasificar de acuerdo con cómo se enmarcan en cuatro grandes propósitos: en
realizar cambios de diferentes paradigmas, en integrar la tecnología con la
metodología BIM, en facilitar el desarrollo de la normativa y en explorar diferentes
posibilidades técnicas. Los paradigmas que pueden modificarse son un eje
importante que puede facilitar su adopción en la industria ya que se requiere un
cambio en el proceso constructivo, en la logística de materiales y en la relación
que se tiene con la mano de obra. Por otra parte, integrar la metodología BIM con
la construcción aditiva haría esta tecnología más atractiva y competitiva al poder
imprimir e integrar diferentes materiales y texturas con base en un gran modelo
inicial. Resulta fundamental desarrollar diferentes modelos y métodos de diseño
que busquen regularizar, aumentar la seguridad de los elementos construidos y
que terminen facilitando la adopción de una normativa nacional. Por último, sería
positivo un desarrollo en los siguientes campos:
- Reconstrucción de piezas, elementos o construcciones históricamente relevantes
- Impresión de nuevos y diferentes materiales - Tecnologías que permitan aumentar el tamaño de los elementos
construidos - Antes de buscar un desarrollo de los MFG, se debe comenzar por optimizar
la forma de los objetos sin variar las propiedades del material - Enfocar el nicho de mercado de la tecnología. Especialmente en viviendas
de 1 a 2 pisos y en elementos puntuales en los demás segmentos de la construcción
46
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Para realizar un correcto análisis de los resultados obtenidos mediante las
entrevistas y las encuestas, se les va a contrastar con otras investigaciones
realizadas a nivel mundial sobre esta tecnología. Este capítulo se va a dividir en
tres grandes partes. Primero, se van a mencionar las perspectivas en la adopción
de la tecnología de construcción aditiva en Colombia. Posteriormente, se van a
discutir e identificar las técnicas con mayores posibilidades de desarrollarse en el
país. Por último, se van a proponer diferentes líneas de investigación que pueden
ser relevantes.
Las perspectivas de la adopción de la construcción aditiva en el país son, en
términos generales, limitadas a corto plazo. En efecto, el desarrollo actual de la
tecnología en el mundo entero es relativamente incipiente y además Colombia no
es un país tradicionalmente pionero en el desarrollo de nuevas tecnologías debido
a sus limitaciones de presupuesto y condiciones para la investigación. Sin
embargo, la industria de la construcción colombiana presenta problemas de
ineficiencia que justifica la exploración de nuevas tecnologías que se están
desarrollando a nivel mundial. Por otra parte, el desarrollo de la construcción
aditiva está encaminado no solamente por las posibilidades que tiene a futuro de
cambiar la industria sino también por el interés de diferentes constructoras en el
mundo entero y en Colombia.
Parece que las técnicas con mayores posibilidades de aceptación en el país
parecen ser principalmente dos: Concrete Printing y Cellular Fabrication. La
primera técnica, CP, permite construir elementos prefabricados de concreto de
mediano tamaño utilizando una estructura de soporte reutilizable. Por otra parte,
C-Fab permite construir elementos basados en polímeros de mediano y gran
tamaño sin necesidad de tener una estructura de soporte.
Finalmente, entre las líneas de investigación con mayores perspectivas están:
- Desarrollo de materiales o metodologías que mejoren la robustez de los elementos construidos.
- Potenciar cambios en paradigmas constructivos y arquitectónicos hacia un tipo de construcción personalizada
- Encontrar y desarrollar un nicho en la construcción en el que pueda ser especialmente aprovechable esta tecnología: una posibilidad es desarrollar estructuras con topologías optimizadas que permitan tener ahorro de material, disminuir el peso y acoplar funcionalidades acústicas o térmicas.
- Desarrollo de estándares y de normativas específicas que vayan de la mano con la individualización de los diseños.
47
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50
ANEXOS
Encuestas
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53
54
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56
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58
59
Entrevistas
Diego Ospina
Felipe Rivera: ¿Cuál es su nombre y su ocupación?
Diego Ospina: Mi nombre es Diego Ospina y soy profesor de cátedra de Ingeniería
Civil en la Universidad de Los Andes
Felipe Rivera: ¿Cuáles son los principales desafíos a los que se enfrentan los
constructores en una obra?
Diego Ospina: Es muy difícil completar los proyectos dentro de los plazos
definidos, cumplir con los presupuestos estipulados, realizar un adecuado el
control de calidad y una óptima coordinación de todos los actores humanos. La
raíz de todos estos problemas se resume en la baja productividad y en la baja
innovación. En Colombia necesitamos muchos más recursos para generar el
mismo valor que en otras partes del mundo. Considero que hay muchos
desperdicios no solamente en materiales, sino que también en ineficiencias en la
obra debidos a reprocesos y pérdidas de tiempo.
Por otra parte, otro de los grandes problemas de la construcción es que, a
diferencia de otras industrias, la planeación se va haciendo sobre la marcha. En
efecto, al comienzo de la obra generalmente no se han establecido muchos
aspectos importantes. De manera diferente, en otras industrias como la
automotriz, la aeronáutica, o la de electrodomésticos, todo está planeado al
principio y proviene de un diseño detallado, de manera que el que está
construyendo no debe preocuparse en cómo ajustar las piezas para que calcen.
Felipe Rivera: ¿Qué perspectivas le ve a la construcción aditiva tanto de
construcciones que se hacen „de una pieza‟ como de los elementos prefabricados
que luego deben ensamblarse?
Diego Ospina: Yo tiendo a inclinarme más por la prefabricación que por la
construcción „de una pieza‟. Tal vez tengo un sesgo dado que el tamaño de la
construcción es tan grande que me imagino que los robots aditivos tendrían que
ser excesivamente grandes. Por otra parte, mientras que uno planea las piezas
tiene mucho más potencial y mucha mayor versatilidad. Insisto en que puede ser
que no dimensiono todavía su uso comercial, tal vez he podido ver un par de
casas, pero todavía es un proceso prácticamente artesanal.
Felipe Rivera: ¿Qué perspectivas le ve a la implementación de construcción
aditiva en las viviendas de interés social?
60
Diego Ospina: Le veo una mayor aplicabilidad que en otro tipo de construcciones
porque los diseños son simples y las viviendas son iguales. El problema es que
hoy en Colombia la vivienda de interés social cada vez tiende a ser más
construcción en altura porque tenemos dificultades para gestionar grandes
terrenos. Además de esto, me preocupan las exigencias sísmicas de la
construcción aditiva en altura; recordemos que hoy en día hay proyectos de 20 a
40 pisos de altura en vivienda de interés social.
Felipe Rivera: ¿Qué líneas de investigación son las más pertinentes para que se
materialice la construcción aditiva?
Diego Ospina: Se me ocurren dos líneas de investigación: la primera es todo el
desarrollo e integración de la tecnología de construcción aditiva con Building
Information Modeling (BIM). Esta integración sería ideal poderla desarrollar no
solamente en el espacio físico sino también con relación a los materiales. En
efecto, yo sueño que la tecnología avanzará de tal manera que se podrá
desarrollar una gran impresora que haga posible imprimir diferentes materiales y
texturas a partir de un gran modelo digital. Sin embargo, en la medida en que la
tecnología BIM avance, eventualmente la misma máquina podría construir el muro
y realizar todos los acabados. Personalmente, creo que, si se alcanza este
desarrollo, podría comenzar a ver la tecnología atractiva y competitiva frente a los
procesos tradicionales.
Por otra parte, la otra línea de investigación que considero relevante es la de los
materiales que van a ser impresos. Sería interesante estudiar materiales como el
vidrio, el aluminio, el PVC, la madera o materiales sintéticos y potenciar su
viabilidad en la construcción aditiva.
61
Ana María Mesa
Felipe Rivera: ¿Cuál es su nombre y su ocupación?
Ana María Meza: Mi nombre es Ana María Mesa y estoy a cargo de los procesos
de innovación, gestión y sostenibilidad de Conconcreto
Felipe Rivera: Conconcreto es la única constructora en el país que ha desarrollado
una impresora 3D para la construcción. Respecto a esto, ¿cómo surgió la idea?
¿Qué se esperaba realizar? ¿Qué se ha realizado hasta la fecha?
Ana María Meza: Constantemente la constructora Conconcreto está investigando
tendencias de diferentes industrias donde se puedan encontrar oportunidades
para mejorar la productividad y aumentar los estándares de construcción.
Encontramos varias aplicaciones de la tecnología de manufactura aditiva en un
evento organizado por la universidad Singularity, en Silicon Valley. Ahí surge una
primera aproximación, lo validamos con toda la dirección de la compañía y ese fue
el punto de inicio del proyecto. ¿Qué soñábamos hacer? Tener la capacidad para
disponer de la tecnología de manufactura aditiva y evolucionar en este campo,
esperando que esta sea la nueva forma de construcción en el futuro.
Hemos tenido diferentes logros: primero, es importante mencionar que hemos
podido diseñar y ensamblar en su totalidad la impresora 3D. Por otra parte, hemos
trabajado en la realización de diferentes „tintas‟ de impresión. Además de esto,
hemos trabajado con la impresora en la construcción de elementos no
estructurales, especialmente para mobiliario. Por último, entre 2017 y 2018
desarrollamos el primer prototipo de vivienda funcional construido en el país que
está en el campus universitario de la Universidad Escuela de Ingeniería de
Antioquia, que es el centro de innovación de Conconcreto. Este prototipo de
vivienda es un módulo habitacional de 24 metros cuadrados que cuenta con baño,
cocina y un pequeño estar.
Felipe Rivera: ¿Qué mejoras han obtenido con respecto al método tradicional?
Ana María Meza: Hemos logrado diferentes mejoras: la primera es la reducción en
el tiempo de construcción debido, entre otras, a que no se necesita usar
encofrados. Ejemplo de esto es el módulo habitacional, que se construyó en 27
horas. Por otra parte, los desperdicios se reducen drásticamente y pasan a ser
prácticamente inexistentes. Finalmente, la tecnología permite una gran flexibilidad
del diseño ya que se pueden construir una gran variedad de elementos
arquitectónicos que incluyan figuras complejas.
Felipe Rivera: ¿Qué inconvenientes han encontrado en el desarrollo de la
tecnología de impresión 3D?
62
Ana María Meza: Una de las principales barreras que hemos encontrado es que,
como toda innovación, se requiere cambiar paradigmas. El más importante es que
ya que no se construye igual, por lo que hay que cambiar la logística de los
materiales, del proceso constructivo y de la mano de obra. Por fortuna, el grupo
que mejor desarrolla la tecnología en Conconcreto no está conformado por
ingenieros civiles sesgados por la forma de construir de la industria tradicional. Sin
embargo, al socializar la tecnología con personas que llevan años en la
construcción, vemos que se les dificulta entenderla.
Por otra parte, la normativa vigente de la construcción en Colombia tiene
limitaciones a este respecto ya que, por ejemplo, no existe un apartado específico
referente a la construcción aditiva. Debido a esto, hay que partir de la normativa
existente y hacer adaptaciones a la estructura para que la cumpla. Esto de entrada
provoca ineficiencias porque se está forzando la tecnología de construcción aditiva
para que cumpla la normativa establecida para otra tecnología. Pienso que todo
este proceso se va a demorar bastante y que hasta que no exista una normativa
especializada para la construcción aditiva, va a existir una barrera importante para
su implementación.
Felipe Rivera: ¿Qué viabilidad podrían tener otros materiales en la construcción
aditiva diferentes del concreto?
Ana María Meza: Considero que tanto el acero, las cerámicas y los polímeros son
viables. En efecto, he visto diferentes resultados muy interesantes en el mundo
con el uso de metal. Por otra parte, en el mundo cerámico he visto que UniCol
está haciendo manufactura aditiva a menor escala. En este caso, la barrera es que
existe una limitación de tamaño ya que se requiere un proceso de cocción
adicional. El caso de los polímeros también, incluso lo tenemos como objetivo
próximo en nuestra hoja de ruta para que se pueda usar como cementante en
sustitución del cemento Portland. Ahora bien, aunque se mejoraría
sustancialmente el proceso constructivo, aún no es fácil contar con las resinas
necesarias en Colombia.
Felipe Rivera: Hablando de las limitaciones de la tecnología, me llamó la atención
algo que encontré en su página web: un apartado que dice que la construcción del
módulo habitacional cumple con la normativa NSR-10. ¿Cómo lograron cumplirla?
Ana María Meza: En la Norma Sismo Resistente (NSR-10) existe un capítulo para
edificaciones especiales. En ese capítulo nos centramos en el apartado de las
estructuras edificadas de manera diferente y de no más de dos pisos de altura.
Los diseñadores estructurales estudiaron el modelo y adaptaron las
especificaciones del módulo habitacional para que se cumpliera con la normativa,
especialmente con respecto a las uniones. Un inconveniente que produjo esta
adaptación fue el uso de acero de refuerzo adicional.
63
Felipe Rivera: ¿Qué tipo de refuerzo usaron en la estructura?
Ana María Meza: Utilizamos dos tipos de refuerzos: grafiles entre las diferentes
capas y acero corrugado en las conexiones.
Felipe Rivera: ¿Se han planteado la posibilidad de realizar prefabricados?
Ana María Meza: La manera en la que se está implementando la tecnología de
impresión 3D en el mundo todavía se asemeja a la de la prefabricación por
elementos. Sin embargo, uno de los retos que hay es desarrollar la logística para
poder realizar la impresión completa en el lugar. En nuestro caso, la impresora
puede desplazarse hacia la obra, pero aún hay grandes problemas de logística in
situ que requieren de una gran inversión para poderlas afrontar.
Felipe Rivera: ¿Qué características tendría el entorno colombiano que volverían
pertinente la implementación de la tecnología de construcción aditiva?
Ana María Meza: Principalmente que la construcción es uno de los negocios que
generan un mayor volumen de desperdicios y residuos en el país. Por otra parte,
muchos de los tiempos gastados en la obra son tiempos no productivos o
contributivos debido a las ineficiencias propias del método tradicional; por lo que
un cambio de fondo debe darse pronto. Además de esto, se está dando un
fenómeno muy interesante a nivel mundial que consiste en la personalización de
todos los productos. Colombia no es la excepción, y, en este contexto, la
construcción aditiva tiene el potencial de propiciarle al usuario final un diseño
diferente a los clásicos cuadrados 8 por 8 o 10 por 10. La construcción aditiva
tiene el potencial para construir diseños con formas irregulares que no serían tan
fáciles de elaborar utilizando el método tradicional.
Felipe Rivera: Ahora bien, ¿esta idea de personalización no sería incompatible con
lo que generalmente supone construir viviendas de interés social?
Ana María Meza: Yo estoy convencida de que no todas las tecnologías son para
todas las soluciones. ¿Cuándo tiene gran valor una tecnología como esta? En
situaciones como las que se producen en desastres naturales o cuando existen
grandes complicaciones para el proceso normal de construcción de las viviendas
como, por ejemplo, cuando hay grandes obstáculos para poder transportar los
materiales. Ahora bien, cuando se tienen características similares a las de la
construcción por el método tradicional, difícilmente se tendrá la misma
competitividad en precio y, como en viviendas de interés social los márgenes de
ganancia son tan bajos, su adopción va a ser más lenta. En últimas, es más
probable que la tecnología despegue en arquitecturas diferentes como en refugios,
construcciones con diseños personalizados y construcciones institucionales,
donde hay un uso diferente y donde existe un cliente más flexible con el precio. De
hecho, vi un desarrollo a nivel de diseños arquitectónicos en el que un grupo de
64
amigos se pusieron de acuerdo y compraron un terreno en el que querían imprimir
sus viviendas. Estas tenían elementos arquitectónicos comunes, pero también
cada una contaba con formas únicas. Desde mi perspectiva, esta es la primera
aproximación que se va a ir teniendo con la implementación de esta tecnología.
Felipe Rivera: En la coyuntura actual, existe una tendencia a construir en altura
debido a las dificultades para adquirir grandes terrenos. ¿Qué posibilidades le ves
al desarrollo de la construcción en altura mediante la impresión 3D?
Ana María Meza: En una primera instancia, lo más fácil va a ser llevar la impresora
losa por losa construyendo las particiones y los muros, por lo menos los que sean
más irregulares. A partir de ahí se podrá migrar a tecnologías novedosas que
impliquen el uso de elementos como la formaleta autoportante, deslizante o
trepadora. Yo creo que ahí se requiere definitivamente pensar distinto; si seguimos
pensando en sustituir una pequeña parte de la construcción con esta tecnología
no se va a lograr un buen resultado.
Felipe Rivera: ¿Qué perspectivas le ve a la implementación de las tecnologías de
impresión 3D en Colombia?
Ana María Meza: En el corto plazo veo un escenario de adopción lenta. Aunque
actualmente hay un mayor interés que hace 5 o 10 años, aún no hay una apuesta
decidida por hacer estos cambios trascendentales. Yo espero que dentro de 8 a
10 años se pueda conseguir una adopción mucho más generalizada.
¿Cuáles crees que podrían ser los aportes de los centros académicos al desarrollo
de la construcción con impresoras 3D?
Pueden ser muchos y de gran relevancia: creo que podrían ayudar a desarrollar
proyectos novedosos, podrían proponer enfoques originales, nuevas formas de
abordar la construcción, quizá podrían ayudar a repensar soluciones a los
problemas de logística, a nuevos planteamientos sobre cómo diseñar edificaciones
con esta tecnología, lo que implicaría proponer metodologías que permitan
adaptar cronogramas, presupuestos y demás aspectos de los proyectos de
construcción a esta tecnología. Podría ser beneficioso desarrollar proyectos de
construcción partiendo de la tecnología de impresión 3D existente para fomentar
que se aprovechen al máximo las potencialidades de esta tecnología y se
promueva su desarrollo. La academia puede ayudar a proponer nuevos
paradigmas para abordar los procesos de construcción basados en la impresión
3D y considero que esto sería un aporte muy valioso.
El otro aporte que la academia podría brindar es el del diseño: pueden ayudar a
desarrollar diseños estructurales que puedan ser validados y que garanticen
máximos niveles de seguridad y confiabilidad de las construcciones.
65
66
Fernando Ramírez
Felipe Rivera: ¿Cuál es su nombre y su ocupación?
Fernando Ramírez: Fernando Ramírez y soy profesor asociado de Ingeniería Civil.
Trabajo en simulación computacional, materiales, biomecánica y en general en
áreas diversas y poco convencionales en la ingeniería civil.
Felipe Rivera: Gran parte de la bibliografía que he encontrado sobre la
construcción aditiva se ha enfocado en el desarrollo de los diferentes materiales
utilizados. He encontrado que los procesos por los que deben pasar los materiales
en la construcción aditiva se asemejan bastante a los del hormigón proyectado. En
efecto, en ambos casos los procedimientos requieren que el material pueda fluir a
través de la manguera, y, después de ser expulsado, se solidifique rápidamente.
En el caso del hormigón proyectado, ¿qué soluciones se han desarrollado que
puedan ser pertinentes en el uso de la tecnología de construcción aditiva?
Fernando Ramírez: El concreto lanzado se usa fundamentalmente para
recubrimiento y protección de superficies. En este caso el concreto difiere de los
requerimientos de la tecnología aditiva ya que se adapta a la forma de la superficie
y no fabrica formas. Ahora bien, en el concreto lanzado se trabaja con
determinados aditivos y acelerantes, una relación agua-cemento baja -pero no tan
bajo para que el concreto pueda fluir- y con limitaciones del tamaño de los
agregados, teniendo como tamaño máximo ¼ del diámetro de la tubería,
aproximadamente.
Felipe Rivera: Han surgido dos interrogantes respecto a las propiedades de los
materiales utilizados en la construcción aditiva. El primero de estos es que los
objetos finales terminan siendo fuertemente anisotrópicos debido al método de
construcción de capa por capa. Los elementos terminan siendo orto-trópicos ya
que sus propiedades cambian radicalmente en x y en y. ¿Qué piensa de esta
propiedad? ¿Es un inconveniente? ¿Puede ser aprovechado?
Fernando Ramírez: Lo primero es que el material es orto-trópico a un nivel macro.
Es importante imaginarse el objeto como un todo para poder entender estas
características inherentes al proceso constructivo. Ahora bien, dependiendo del
tiempo de ciclo entre capas, su adherencia va a ser variable. Igualmente, en las
construcciones se ve una disminución de la sección en los puntos que hay una
capa sobre otra. Esta disminución puede provocar un fenómeno de “juntas frías”,
inducidas por el proceso de vaciado del concreto y que resultan en partes débiles
del elemento construido. Ahora, si se pudiera controlar todo esto, sería
conveniente aplicar el material en mayores concentraciones en aquellos puntos
dónde así se requiera, optimizando su distribución.
67
Felipe Rivera: De acuerdo, esto va muy de la mano con el segundo interrogante
que son los materiales funcionalmente gradados (MFD), una posibilidad real de la
aplicación de las tecnologías aditivas. ¿Qué posibilidades le ve al uso de estos
materiales en la construcción?
Fernando Ramírez: En infraestructura a gran escala no he visto materiales
funcionalmente gradados. Ahora bien, yo he trabajado en la parte analítica de esta
área, centrándome en métodos computacionales para el desarrollo de estos
materiales en la construcción. Los materiales inteligentes pueden aprovecharse
particularmente con esta gradación ya que se pueden controlar sus propiedades
eléctricas y magnéticas. Básicamente, las propiedades de un objeto gradado se
obtienen al manipular un material laminar en el cual se realiza un cambio en las
propiedades de cada una de las láminas. Además de esto, es ideal tener más de
un material en cada lámina, de tal manera que se obtenga una más adecuada
gradación.
En el caso de la construcción aditiva una de sus posibles aplicaciones es la de
desarrollar materiales funcionalmente gradados ya que el proceso de fabricación
es automatizado y capa por capa. Sin embargo, esto dificultaría el trabajo de los
diseñadores por lo que habría que tener en cuenta muchas variables. Primero, se
debe tener un modelo computacional que sirva como comprobación de diseño, lo
que no veo tan complicado de hacer. Por otra parte, hay que saber que los MFD
pueden ser más útiles para una estructura a la que se le aplica únicamente cargas
verticales. Sin embargo, en un evento sísmico se tienen demandas que pueden
ser casi que uniformes en todos los sentidos. Bajo esta perspectiva, el uso de los
MFG no sería tan interesante. Yo pensaría más bien que se debe enfocar en el
estudio de materiales nuevos que no necesiten refuerzo o que por medio de esta
gradación se le asegure una mayor capacidad para resistir tensión.
Felipe Rivera: Existen varias técnicas para poner refuerzo en la construcción
aditiva, me llamaron la atención dos en particular. La primera consiste en imprimir
el contorno de los elementos que se van a construir, luego ubicar el refuerzo y
posteriormente vaciar el concreto. La segunda técnica consiste en utilizar
filamentos en la propia mezcla. ¿Qué piensa con respecto al uso de estas dos
metodologías de refuerzo?
Fernando Ramírez: En la producción tradicional del concreto, el problema del uso
de las fibras es el poder garantizar su distribución uniforme. Además de esto, por
alguna razón, las fibras tienden a concentrarse. Ahora bien, es probable que la
construcción aditiva pueda permitir su colocación de manera más uniforme lo que
le daría al concreto una mayor capacidad para resistir la tensión. Sin embargo,
esta metodología, por lo menos en la actualidad, no es suficiente y generalmente
se requieren barras de refuerzo adicionales.
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Felipe Rivera: Hablemos de la normativa, enfocándonos a los materiales: ¿cuáles
cree que son los puntos esenciales en los que la academia debe centrarse para
acelerar la posible reglamentación de la tecnología de construcción aditiva?
Fernando Ramírez: Lo primero sería que el concreto que está siendo usado en la
construcción aditiva supere varias pruebas: de resistencia, durabilidad,
permeabilidad, etcétera. Posteriormente, se deben realizar los mismos
experimentos con fibras y lograr alcanzar los estándares requeridos. Finalmente,
se debe proceder a fabricar elementos con la metodología de construcción aditiva
y realizar los ensayos pertinentes: comportamiento del objeto frente a cargas
laterales, verticales y dinámicas. En este último ensayo, me preocupa el efecto
que puedan ejercer las juntas frías que hay en cada capa sobre una unidad
completa de construcción.
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Juan Carlos Briceño
Felipe Rivera: ¿Cuál es su nombre y su ocupación?
Juan Carlos Briceño: Soy Juan Carlos Briceño, soy profesor titular de Ingeniería
Biomédica y actualmente estoy a cargo de la escuela de posgrado e investigación
de la facultad de ingeniería en la Universidad de Los Andes.
Felipe Rivera: La manufactura aditiva es una tecnología muy muy prometedora.
Varios autores mencionan que tiene el potencial de cambiar sustancialmente
diferentes industrias. Una de las aplicaciones de esta tecnología es la parte de
biomedicina, ¿qué conoce sobre el tema?
Juan Carlos Briceño: Efectivamente, en ingeniería biomédica nosotros estamos
utilizando la manufactura aditiva. Especialmente, se ha desarrollado toda la parte
de modelos físicos de diferentes partes del cuerpo, particularmente de patologías
y de enfermedades. Esto está permitiendo a los médicos especialistas poder
entender estas enfermedades y mejorar los procedimientos que se hacen.
Felipe Rivera: ¿Se hacen modelos de órganos?
Juan Carlos Briceño: Sí, por ejemplo, hemos desarrollado modelos de órganos de
pacientes que sufren de alguna patología específica. Estos modelos están hechos
a partir de imágenes médicas obtenidas. En este caso, el proceso de fabricación
del modelo impreso se hace con un equipo de diferentes profesionales.
Felipe Rivera: Me imagino que esto se puede aplicar para elaborar prótesis,
¿verdad?
Juan Carlos Briceño: Sí, definitivamente. Precisamente hemos trabajado en un
proyecto enfocado en la fabricación de órtesis para niños con parálisis cerebral de
la mano con el instituto Roosevelt. Hemos digitalizado al milímetro la extremidad
sobre la que se va a usar la órtesis que se desea fabricar y, posteriormente, la
hemos imprimido (3D). El uso de la tecnología de manufactura aditiva permite
tener un gran detalle en el objeto construido.
Felipe Rivera: ¿Por qué ha sido exitoso el uso de impresión 3D en la biomedicina?
Juan Carlos Briceño: Esencialmente porque permite realizar medicina
personalizada. La idea es poder diferenciar la anatomía y la patología de cada uno
de los pacientes. Además de esto, la ayuda que se le da a los médicos con el
modelo es verdaderamente un gran avance en la planeación quirúrgica. En mi
experiencia de muchos años yendo a hospitales y hablando con médicos, nunca
había visto que despertara tanto interés una nueva tecnología. Por lo anterior, creo
que en efecto va a revolucionar la medicina.
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Felipe Rivera: ¿De qué escala (tamaño) estamos hablando?
Juan Carlos Briceño: La escala, la resolución y los tipos de materiales varían
bastante con la impresora. Con las que hemos trabajado, podemos hacer modelos
con una resolución de micrómetros y de una longitud menor de 30 centímetros.
Felipe Rivera: A diferencia de otras industrias, la construcción no ha pasado por
una revolución tecnológica que permita automatizar sus procesos. Debido a esto,
un enfoque propuesto para solucionar este problema es apropiarse de procesos
automatizados que se realicen en otras industrias. ¿Qué se podría aprender de la
manufactura aditiva en la biomedicina que se pueda adoptar en la construcción?
Juan Carlos Briceño: El uso principal y básico de la tecnología que conozco no es
de grandes volúmenes, por lo que uno pensaría que no tendría aplicaciones para
el grueso del negocio de la construcción. Ahora bien, me imagino que sería
interesante explorar el equivalente de la medicina personalizada en la
construcción. Por otra parte, me pregunto si se podrían realizar un molde con esta
tecnología y que, a partir de este, se pueda reproducir con métodos
convencionales para lograr construir volúmenes de gran escala. Además de esto,
sería interesante estudiar los materiales funcionalmente gradados para optimizar
la distribución del concreto, por ejemplo.
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Benjamín Ibarra-Sevilla
Felipe Rivera: ¿Cómo se realizó el escaneo de las iglesias? Sé que se utilizó el
método de Laser Points pero, ¿hay distinción entre los materiales? ¿qué tan
demorado es este proceso?
Benjamin Ibarra-Sierra: En realidad el proceso de escaneo no es muy demorado.
Teniendo en cuenta que etas iglesias tienen un tamaño considerable (70 metros
de alto por 15 metros de altura) se requirió de aproximadamente 7 horas. Ahora
bien, no se realizó un escaneo muy riguroso, pero de haberlo querido hacer,
probablemente el tiempo se hubiera duplicado o triplicado. Por otra parte, aunque
esta técnica permite obtener los colores de los objetos escaneados, no permite
hacer una distinción como tal de los materiales.
Felipe Rivera: En los modelos a escala impresos: ¿por qué prefirieron ensamblarlo
en bloques a imprimirlo en su totalidad?
Benjamin Ibarra-Sierra: Existen tres razones esencialmente: la primera es que el
tamaño de la impresora con la que disponíamos presentaba una limitación. Por
otra parte, se decidió armar por partes para poder demostrar la estereotomía de la
obra. Finalmente, el proyecto siempre se pensó para ser una exposición itinerante,
por lo que poder armar y desarmar las maquetas facilita su desplazamiento.
Felipe Rivera: ¿Qué perspectivas le ve a la tecnología de impresión 3D en gran
escala? Particularmente, ¿presenta algún interés para la reconstrucción de
edificaciones específicas, por ejemplo, hitos arquitectónicos?
Benjamin Ibarra-Sierra: Aunque no conozco mucho sobre el estado de la
tecnología, imagino que el tamaño de la construcción es un limitante. Por otra
parte, tengo otra incógnita sobre el desarrollo del material que se imprime, sea
concreto, arcilla o metal. Ahora, creo que en efecto sería interesante el uso de
esta tecnología para la recreación de piezas o elementos históricos específicos.
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Oscar Parada
Felipe Rivera: ¿Qué características tiene la impresora 3D de la facultad de
Arquitectura y Diseño de esta Universidad?
Oscar Parada: En este momento la facultad cuenta con varios tipos de impresoras
3D; dos de ellas utilizan filamentos de plástico o polímeros, como el PLA (que
tiende a ser un material degradable), que se son calentados y extruidos por el
cabezal de la impresora. Esta es la impresora que es más utilizada.
También tenemos otro tipo de impresoras que emplean una tecnología diferente:
la de fotocurado de resinas por medio de rayos. Estas tienen mayor resolución. De
ellas tenemos dos que emplean distinto tipo de rayos: una, que emplea rayos
láser, la otra, utiliza rayos UV. Respecto a lo materiales empleados, en el caso de
las impresoras 3D que emplean resinas, estos se presentan en una gama más
amplia; las hay más flexibles, más duras, con mayor resistencia a altas
temperaturas, más aptas para elaboración de piezas dentales, etc.
Felipe Rivera: ¿Cuáles han sido los principales usos que han tenido estas
impresoras?
Oscar Parada: Los usos han sido diversos; puedo destacar los siguientes: la
elaboración de prototipos, la hechura de moldes, el desarrollo de diversos
dispositivos.
Felipe Rivera: ¿Cuáles ventajas han encontrado frente a métodos tradicionales de
manufactura?
Oscar Parada: Se pueden mencionar muy variadas: es un proceso que es más
inmediato, se hace en un solo proceso, las impresoras 3D permiten elaborar
prototipos con mayor facilidad y hace posible la manufactura de objetos con
geometrías más complejas. Esto da pie a que, si se quiere, se puedan elaborar
objetos más artísticos, pero también permite manufacturar objetos más
funcionales. Los logros dependen en gran medida de que se tengan grandes
aptitudes para diseñar con esta tecnología. Con plásticos y resinas se ha
avanzado mucho en la impresión 3D de objetos con formas geométricas muy
diversas a través de métodos como el sinterizado, el fotocurado y la extrusión.
En contraste con esto, con materiales como el cemento y la cerámica se
encuentran grandes limitaciones para poder imprimir con tecnologías 3D.
Felipe Rivera: ¿Qué líneas de desarrollo de la impresión 3D parecen ser más
prometedoras e interesantes?
Los avances que se logren con impresoras que empleen el sinterizado de metales
parecen ser muy relevantes. Propiedades de diversos metales tales como la
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ductibilidad, la resistencia frente a altas temperaturas permite pensar que podrían
ampliar la gama de objetos que podrían ser elaborados; para solo mencionar un
caso abriría nuevas perspectivas para la elaboración de moldes.
Felipe Rivera: ¿Pudiera mencionar alguna herramienta de diseño para la
impresión 3D?
Oscar Parada: Ha sido muy útil un programa informático (plugin) de Rhinoceros
(herramienta de software para modelado 3D) llamado Grasshopper, que permite
exportar los modelos elaborados a STL (un formato de archivo informático de
diseño asistido por computadora (CAD) y a OBJ (un formato de archivo para
objetos tridimensionales).
Felipe Rivera: ¿Qué posibilidades actuales le ve a la impresión 3D que utiliza
concreto como material?
Oscar Parada: Con la información que tengo hasta el momento, pienso que los
logros en este campo son muy limitados actualmente. Existen grandes
restricciones por el material de soporte que se requiere. Veo muy difícil pensar que
se pudieran elaborar objetos con figuras geométricas complejas: no encuentro
viable utilizar material de soporte para elaborar objetos con concavidades o
convexidades y oclusiones en concreto. El peso de este material plantea
obstáculos importantes: construir con ángulos diferentes al de 90 es muy
complejo porque el peso hace difícil que se pueda sostener la pieza elaborada.
Además, la impresión con concreto se da con resoluciones muy bajitas que hacen
que las capas sean muy gruesas.
Algo similar sucede con la impresión 3D con materiales cerámicos. Las impresoras
3D utilizadas con estos materiales hacen figuras muy básicas. Todo hace pensar
que si la cerámica se fuera a imprimir con alta resolución en el futuro, será por
medio del sinterizado, no por la extrusión. La extrusión requiere que al material
que se deposita en la tolva o contenedor pueda caer por peso o pueda ser
inyectada. Esto implica que la boquilla tenga que ser muy grande, lo que impide
una alta resolución.
La sinterización es un procedimiento que se podría realizar con la cerámica, pero
no con el concreto, por ejemplo, porque el cemento requiere un catalizador que es
el agua, mientras que la cerámica se cataliza por medio de la temperatura.
Quizá podría ser interesante explorar las posibilidades de sinterizar polvo de
ladrillo con estos fines.
Felipe Rivera: ¿Qué aspectos considera que pueden ser especialmente
importantes en estos procesos de impresión 3D?
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Oscar Parada: Se debe tomar en cuenta el material de soporte, que es
fundamental cuando se requiere elaborar piezas de geometrías complejas. El
material de soporte es la estructura "parásita" que se requiere para sostener el
objeto mientras que el material se solidifica. Esta estructura de soporte es
posteriormente retirada. Especialmente cuando se construyen objetos con altas
resoluciones de impresión 3D se requieren mayores cantidades de material de
soporte porque las distancias entre capa y capa son menores. Esto hace que la
estructura de soporte vaya a ser más pesada. Así mismo, sería un gran obstáculo
pretender quitar una estructura "parásita", que podría ser casi tan pesada como el
concreto, sin dañar el objeto que se hubiera manufacturado. Todo esto hace que
sea especialmente difícil desarrollar formas de construir figuras complejas en
concreto utilizando esta tecnología.
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Daniel Duque
Felipe Rivera: Tomando en cuenta que la impresión 3D presenta las siguientes ventajas: - Personalización de los diseños a bajos costos - Elaboración de objetos que tienen geometrías complejas - Facilidad para controlar la distribución y cantidad de materiales en determinadas partes de un objeto (materiales funcionalmente gradados) - Menores desperdicios de materiales en el proceso de manufactura - Menores costos de trasporte y bodegaje - Menor dependencia de factores laborales y menor carga laboral - Menores riesgo de accidentalidad en el proceso constructivo - Menor vulnerabilidad frente a circunstancias ambientales adversas extremas en el sitio de producción.
En el caso de la construcción, ¿cuáles de estas ventajas se pueden aprovechar más en la construcción? ¿En qué nichos podría enfocarse más? Daniel Duque: De los tres grandes segmentos de la construcción Infraestructura, Comercial e Institucional y Vivienda es en este último donde podría haber más beneficios, particularmente viviendas de 1 a dos pisos. En los otros segmentes puede haber oportunidades con elementos puntuales. Felipe Rivera: Charles Barnatt, autor de un reconocido libro sobre la manufactura aditiva (MA), menciona que "más que el desarrollo de la técnica (de la MA) lleve a su masificación, probablemente lo vaya a provocar la escasez de diferentes materias primas". Siguiendo esta idea, ¿qué tan factible es que se evidencie una escasez de diferentes materiales en el sector de la construcción en los próximos 20 o 30 años? ¿Cree que la importancia que se le está dando actualmente (y en la próxima década) justifique el desarrollo de una tecnología que maximice la eficiencia de recursos en la construcción?
Daniel Duque: La construcción usa varios de los materiales más abundantes en la corteza terrestre (caliza, hierro, diferentes tipos de rocas como agregados), el principal reto está relacionado con que cada vez más las fuentes de agregados están más lejos de los centros de consumo. No creo que en los próximos 20 o 30 años vaya a haber una escasez de materiales. Es un tema la cual se le da importancia y se le seguirá dando, se justifica el desarrollo de tecnologías que minimicen el uso de recursos y hoy en día ya se desarrollan este tipo de tecnologías, entre ellas los concretos de ultra alto desempeño, los concretos de alta durabilidad, el reciclaje de residuos de demolición y construcción. Otro foco es
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el diseño de estructura con las cuales se garanticen vidas útiles mayores a los 100 años. Estructuras durables y resilientes es clave la reducir el uso de recursos no renovables.
Felipe Rivera: La facilidad en poder fabricar materiales funcionalmente gradados presenta grandes ventajas en diferentes industrias. En el caso de la construcción, ¿qué tan factible es realizar estructuras o partes de estructuras utilizando la gradación de materiales? En particular, teniendo en cuenta que, a diferencia de otros productos, en un sismo los elementos pasan a tener diferentes solicitudes de cargas. Daniel Duque: Hoy en día esa gradación se da a una mayor escala, columnas, vigas, losas no tienen las mismas características mecánicas, qué tanto se justifique hacer una gradación más fina dependerá de qué tanto las solicitaciones a las cuales se someta la estructura se puedan predecir (caso sismos). Un paso intermedio es la optimización de forma sin variar las propiedades del material Felipe Rivera: Finalmente, en términos generales, ¿qué viabilidad le ve en el futuro a tecnologías como la de impresión 3D para la construcción en el caso específico de Colombia? Daniel Duque: El espectro de nuevas tecnologías es amplio, habría que tener más claridad sobre cuales estamos hablando. En particular sobre la impresión 3D, no veo un uso masificado en el corto plazo. Seguramente irán encontrando sus nichos de mercado donde las tecnologías podrán ir desarrollándose al igual que los modelos de negocio que permitan capturar el valor aportado por las tecnologías.