Construyendo una nueva dimensión

En general se dice que la tecnología de impresión 3D está todavía en pañales, pero eso está lejos de ser verdad. Ya se pueden producir objetos a gran escala en diversos materiales y con impresionantes resistencias a la tensión y duración.

Una empresa que aprovecha esta tecnología es Aecom. La firma está trabajando en la capital inglesa con Transport For London (TFL) en un proyecto de modernización que tiene como objetivo aumentar la capacidad y la confiabilidad en las líneas Circle, District, Hammersmith & City y Metropolitan.

El director del proyecto de Aecom, Dan Smith, comentó que “ellos [TFL] estaban ansiosos por reducir el tiempo y los costos de instalar un sistema de señalización visual. Analizamos la sustitución del método tradicional de pernos y tornillos y surgió el concepto de un arco que no se atornilla a ninguno de los túneles existentes”.

El concepto fue una estructura impresa en 3D, pero no cualquier estructura, sino una a gran escala que permitiera soportar el equipo de señalización. “El tamaño es de 5,5 metros de alto y 4 metros de ancho. Con nuestros socios, Scaled, podemos imprimir hasta 20 metros de largo y 4 metros de ancho, que creo que es la impresora 3D más grande de Europa”, dice el ejecutivo.

La impresora Scaled tiene la capacidad de imprimir en hormigón y concreto mejorado con grafeno, pero actualmente se usa para probar diferentes tipos de fibra de vidrio, compuesto y fibra de carbono. En total, se están investigando alrededor de 60 materiales para diversas aplicaciones de construcción.

Para el proyecto de TFL, Aecom está trabajando en plástico reforzado con fibra de vidrio. Usando este material liviano, la estructura de señalización puede ser llevada a su posición por solo dos personas a nivel del suelo, con la instalación completa en un turno.

Cabe destacar que la instalación de las señalizaciones actuales requiere más personal, cuatro turnos y la asistencia de un elevador de tijera. En términos de costos de producción e instalación reducidos, ahorro de tiempo y seguridad mejorada, parece una clara victoria para la impresión en 3D.

Equipos

En el otro extremo del espectro de la construcción, Caterpillar ha estado desarrollando sus operaciones de impresión 3D desde 1994. Inicialmente, la empresa estableció células de ingeniería, que principalmente realizaron pura investigación, antes de pasar a la creación de prototipos y la impresión de herramientas de línea de montaje.

Este innovador trabajo inicial le ha permitido a CAT pasar a la producción comercial de casi 100 componentes, con todos menos uno fabricado a partir de polímeros.

“Hemos avanzado mucho con esta tecnología, pero no hasta el punto en que nos sentimos cómodos poniéndola, por ejemplo, en el equipo de seguridad o en la fabricación de grandes piezas de metal, aunque estamos haciendo una gran cantidad de investigaciones en esa área”, informa Don Jones, gerente global de estrategia y transformación de piezas.

Este desarrollo de la impresión 3D en metal y aleaciones metálicas se considera ahora como un paso clave para la disciplina, al menos desde una perspectiva tecnológica. “El rápido avance de la tecnología nos ha permitido hacer lo que estamos haciendo ahora con los polímeros. Creemos que los recientes avances en metales nos darán la oportunidad de apoyar realmente nuestro mercado de posventa”, comenta Jones.

Un trabajo interesante en esta materia es el realizado por el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL), en Tennessee, Estados Unidos, donde se construyó una miniexcavadora completamente funcional. Para el proyecto el laboratorio utilizó tres impresoras, materiales y procesos diferentes para crear la cabina de la excavadora, el brazo y el intercambiador de calor, lo que demuestra cómo se podrían integrar las disciplinas.

La cabina, que se imprimió en solo cinco horas, está hecha de un compuesto de fibra de carbono. Se utilizó una aleación de aluminio para imprimir el intercambiador de calor de 5,9 kg. En tanto, el brazo fue impreso en una sola pieza de acero. ORNL usó modelos térmicos y mecánicos para analizar dónde podrían ocurrir las áreas de estrés, brindando a los investigadores la información necesaria para determinar cómo el material debe ser depositado por la boquilla de la impresora, para un máximo rendimiento.

Volvo CE es otro OEM con capacidades de impresión 3D bien desarrolladas. Jasenko Lagumdzija, gerente de soporte empresarial de la empresa, señala que “es especialmente bueno para las máquinas más antiguas, donde las piezas desgastadas ya no se fabrican de manera eficiente con los métodos de producción tradicionales. La producción de piezas nuevas mediante impresión 3D reduce el tiempo y los costos, por lo que es una forma eficiente de ayudar a los clientes”.

Actualmente, las piezas impresas en 3D de Volvo incluyen elementos dentro de la cabina, revestimientos de plástico y secciones de unidades de aire acondicionado. La compañía usa para producir las piezas su propio archivo de dibujos, modelos 3D e información del producto con los que alimenta la impresora.

“Aseguramos mucho la calidad: las piezas 3D tienen las mismas especificaciones, pasan por el mismo proceso que el original y obtienen la misma garantía, por lo que los cllientes pueden estar seguros de que obtendrán una pieza genuina aprobada por Volvo”, advierte Annika Fries, gerente de marcas de posventa.

Si bien el argumento comercial para cambiar a piezas de repuesto impresas en 3D parece abrumadoramente persuasivo, hay ciertas áreas que, en cierta medida, frenan el desarrollo.

“Todos nosotros estamos tratando de perfeccionar un modelo de negocio que nos permita proteger nuestra propiedad intelectual”, comenta Jones. Pero si bien salvaguardar los costosos y lentos desarrollos es un tema complejo, quizás el más difícil de resolver es el metal. Cuando se logre la capacidad de producir metal de alta calidad en un punto de costo atractivo se generará el verdadero ‘cambio de juego’ en la industria. Una vez que esto evolucione, y está evolucionando muy rápidamente, se abrirán muchas oportunidades.

Liebherr está avanzando a pasos agigantados en la impresión 3D de componentes metálicos, sin embargo, al igual que muchos fabricantes -y comprensiblemente, considerando las posibilidades del cambio de paradigma industrial – la compañía es reacia a revelar mayores detalles.

En sus instalaciones de Lindenberg, la división aeroespacial de Liebherr está trabajando con la impresión 3D de titanio. A principios de este año, la empresa instaló su segunda máquina, por lo que ahora tiene una para producción y otra puramente para investigación y desarrollo.

Las piezas que salen de la instalación son de una calidad tan alta que han sido autorizadas por la Oficina Federal de Aviación de Alemania.

Futuro cercano

Dado el avance inexorable de la tecnología en la construcción, más temprano que tarde la industria debe abordar varias interrogantes, incluida la necesidad cada vez menor de mano de obra. Mientras los vehículos autónomos ya son una realidad, el potencial para un gran porcentaje, si no la totalidad, de los equipos de construcción que se imprimirán en 3D está claramente en el horizonte.

No es un gran salto imaginar vehículos autónomos construidos de forma autónoma, transportando impresoras 3D a sitios de construcción con poca o ninguna intervención humana necesaria. Como ejemplo, los hábitats interplanetarios planeados por la NASA serían construidos en Marte, utilizando materiales marcianos recolectados por máquinas autónomas. La idea es que los hábitats se construirán antes de la llegada de cualquier equipo humano.

Si ya hay proyectos como este planificados para un planeta distinto, se puede asegurar que no pasará mucho tiempo antes de que las técnicas de construcción en 3D se vuelvan comunes en el planeta Tierra.

Una casa al día

A principios de 2017, Apis Corp, una startup con sede en Siberia, comenzó a imprimir casas en el sitio de las obras. La firma se convirtió en una especie de sensación mediática cuando imprimió una casa de 38 m² en las afueras de Moscú en solo 24 horas, utilizando su propia impresora móvil.

La estructura de estas casas se alimenta simplemente en la máquina y se puede dejar que funcione de forma autónoma, con solo ventanas y acabados interiores que requieren intervención humana. La simple residencia de paredes curvas que ahora se ha convertido en un diseño distintivo de la compañía, aparentemente se puede construir por tan solo US$10.000, con edificios más grandes (actualmente hasta tres pisos) también factibles.

No es de extrañar entonces que, hacia el final del año, el fondo de capital privado ruso, Rusnano Sistema Sicar, anunció que invertiría US$6 millones en Apis Cor, diciendo que no tiene ‘ningún equivalente en el mundo’.

La compañía además declaró que “esperamos que la tecnología Apis Cor haga que la construcción de casas rurales sea un 19% más barata que las casas de concreto de espuma tan pronto como el próximo año, con una reducción potencial de costos adicional de hasta un 30%”.

Apis Cor ha entrado en el desagío Printed Habitat Challenge de la NASA, con el objetivo de encontrar alojamiento adecuado para los viajeros espaciales, principalmente para la misión tripulada planeada a Marte.

Tal vez no sea una sorpresa encontrar que las empresas de construcción están involucradas en este desafío, incluidos los gigantes Bechtel y Caterpillar, que son los anfitriones del evento.