A indústria da construção está pronta para a impressão 3D? (Atualização de 2020)

Foto:Tecnologia da Agência

A indústria da construção é talvez a mais recente a adotar a impressão 3D como uma tecnologia de fabricação viável. Mas a tecnologia tem um enorme potencial para transformar a indústria, reduzindo o tempo e os custos de produção, ao mesmo tempo que oferece flexibilidade de design e um alto nível de sustentabilidade.

Conforme destacado em nosso Gráfico de Maturidade, que explora como a impressão 3D está evoluindo nas indústrias, a impressão 3D no setor de construção continua sendo uma abordagem relativamente nova, e há uma série de desafios a serem superados antes que ela possa ser amplamente adotado.

Para saber mais sobre o estado atual da impressão 3D na indústria da construção, exploraremos os principais benefícios e tecnologias de impressão 3D disponíveis para engenheiros e arquitetos e os projetos de impressão 3D mais interessantes em construção.

Como a indústria da construção pode se beneficiar com a impressão 3D?

A indústria da construção começou a abraçar a impressão 3D em um momento em que o setor busca agressivamente soluções para enfrentar uma série de desafios.

Um deles é a minimização dos resíduos de construção. Por exemplo, os resíduos da construção representam cerca de 30% de todos os resíduos gerados na UE.

Além disso, engenheiros e arquitetos estão cada vez mais enfrentando limitações na liberdade de design apresentada pelo processo de fundição.

Outros problemas envolvem desvantagens de fabricação de cofragens em locais de trabalho e obstáculos no transporte de vários materiais de um local para outro.

Usar a impressão 3D na indústria da construção pode ajudar a resolver alguns desses problemas, oferecendo liberdade de design e um nível mais alto de sustentabilidade e automação.

Flexibilidade de design

A impressão 3D oferece um grande escopo de inovação e criatividade para arquitetos, engenheiros e designers. Desenhos e curvas intrincados que podem não ser possíveis com os métodos de construção tradicionais podem ser construídos usando esta técnica.

Redução do desperdício de material

A redução do desperdício de material é outro benefício, pois a Manufatura Aditiva (AM) constrói as peças camada por camada, usando a quantidade exata de material necessária para o projeto. Isso pode ter um impacto ambiental positivo, especialmente porque a impressão 3D pode usar materiais reciclados e de origem local.

Trabalho manual reduzido

O uso de impressoras 3D autônomas ou semi-autônomas na construção pode significar uma redução do trabalho manual intensivo em mão de obra. A automação do processo de impressão também significa redução das chances de erro humano ou acidentes e lesões em canteiros de obras.

Construção mais rápida

Algumas impressoras 3D de construção são projetadas para funcionar no local. Isso ajuda a eliminar várias etapas demoradas, como fazer cofragens pré-fabricadas.

Na construção, a cofragem refere-se a um molde temporário no qual o concreto é derramado e formado. As fôrmas são usadas para criar qualquer coisa, desde pontes a fundações e paredes de um edifício e normalmente são feitas à mão.

Hoje, existem várias empresas que oferecem impressoras 3D que podem ser usadas para construir paredes diretamente no local, sem o uso de cofragens. Isso acarreta uma aceleração significativa do processo de construção, que também se beneficia da redução dos gastos com transporte das formas até o canteiro de obras.

Tecnologias de impressão 3D para o setor de construção

Dependendo da aplicação, vários métodos diferentes de AM podem ser usados ​​na construção:

Extrusão de concreto

Um dos principais métodos usados ​​é a extrusão de pasta, que envolve o uso de um braço robótico ou guindaste equipado com um bico para extrudar o concreto em forma de pasta em uma plataforma de construção.

Isso cria os contornos de um edifício camada por camada, semelhante à popular tecnologia de Fabricação de Filamentos Fundidos (FFF) de plástico.

Um dos primeiros pioneiros do processo de extrusão para o indústria da construção é Bherokh Khoshnevis, o fundador da Contour Crafting. A tecnologia desenvolvida pela Contour Crafting oferece uma gama de materiais, incluindo concreto, cerâmica e polímeros.

Além da Contour Crafting, outras empresas oferecem soluções para impressão 3D de concreto, como ICON, CyBE e Apis Cor , para nomear alguns.

Fabricação de aditivos para arco elétrico

A Fabricação com Aditivos para Arco de Arame (WAAM) é um método usado para aplicações em metal.

WAAM funciona derretendo fio de metal usando um arco elétrico como fonte de calor. O processo é controlado por um braço robótico e a forma é construída sobre um material de substrato (uma placa de base) do qual a peça pode ser cortada uma vez acabada.

O fio, quando derretido, é extrudado no forma de contas no substrato. À medida que as contas se unem, elas criam uma camada de material metálico. O processo é então repetido, camada por camada, até que a peça de metal esteja concluída.

O equipamento WAAM pode trabalhar com uma variedade de metais, como alumínio, aço e titânio, e a tecnologia pode ser usada para fabricar grandes estruturas. Um exemplo das possibilidades deste método é a ponte de aço do MX3D.

Jateamento de aglutinante de areia

O jateamento da pasta pode ser usado na construção para criar moldes. A tecnologia funciona aplicando um agente de ligação líquido em camadas de material em pó, unindo-o assim. O jateamento de aglutinantes é particularmente adequado para a produção de elementos de cofragem para fundição de concreto. Essa abordagem não só ajuda a economizar recursos, mas também tempo e custos.

Outra vantagem é que a complexidade já não desempenha um papel importante nas fôrmas de impressão 3D que usam jateamento de aglutinante. Curvaturas, fachadas detalhadas ou recortes podem ser facilmente impressos em 3D, expandindo os limites do design na construção.

Os exemplos mais interessantes de impressão 3D em construção

paredes impressas em 3D

Nos últimos anos, várias empresas desenvolveram métodos de construção de paredes de edifícios utilizando a tecnologia de impressão 3D. Um exemplo é a empresa com sede na China, Winsun, que produziu construções em grande escala, como um bloco de apartamentos de cinco andares e uma villa de 12.000 pés quadrados (1.100 metros quadrados).

Uma grande máquina - com mais de 100 metros de comprimento - paredes vazadas impressas em 3D feitas de uma mistura de cimento, areia e fibras. As paredes foram transportadas para o canteiro de obras, reforçadas e montadas. O potencial de tal método pode levar a economias significativas de tempo, mão de obra e materiais.

Impressão 3D de construção em Dubai




Embora existam muitos projetos de construção 3D em todo o mundo, Dubai é atualmente o foco de atividade para a impressão 3D de construção. A cidade tem metas ambiciosas de que 25 por cento dos edifícios sejam construídos com impressão 3D em um futuro próximo.

E o progresso neste campo já é evidente.

Por exemplo, em 2019, a Apis Cor, fabricante americana de impressoras 3D para concreto, colaborou com a Prefeitura de Dubai para criar um edifício, com dois andares e uma arquitetura muito complexa.

A Apis Cor desenvolveu um material à base de gesso para passar pela impressora, proveniente de um produtor local.

A impressão ocorreu a céu aberto, para provar que a tecnologia poderia lidar com um ambiente hostil sem controle de umidade e temperatura.

O edifício é alegadamente um dos maiores criados com a ajuda de - impressão 3D no local.

Pontes

A construção de pontes utilizando a impressão 3D é mais uma aplicação na indústria da construção.

Madrid é o lar da primeira ponte de concreto impressa em 3D, enquanto a Holanda viu a construção de uma ponte impressa em 3D de 8 metros de comprimento para ciclistas. O processo levou um total de 3 meses para os robôs criarem os blocos de concreto da ponte, compostos de 800 camadas que foram montadas para criar a ponte.

Além disso, a startup holandesa de robótica com sede na Holanda MX3D está desenvolvendo uma ponte de aço impressa em 3D equipada com tecnologias inteligentes como sensores.

Fabricado em aço inoxidável, a estrutura curva da ponte mostra a liberdade de design proporcionada pela AM.

Em 2019, a ponte MX3D passou pela primeira fase de testes de 20 toneladas e deve ser colocada em seu destino final sobre um canal de Amsterdã ainda este ano.

Design de interiores

A possibilidade de criar geometrias complexas e intrincadas abre um campo de criatividade completamente novo para designers de interiores. Um exemplo recente é Bottlepot - uma loja de Londres com um interior impresso em 3D usando materiais sustentáveis. Este projeto demonstra como a impressão 3D pode ser usada para reduzir o desperdício na construção e moldar o futuro do design sustentável.

Modelos arquitetônicos

Um dos maiores impactos da impressão 3D na construção civil tem sido a produção de modelos arquitetônicos. A impressão 3D revolucionou o processo de modelagem arquitetônica, permitindo um processo rápido e digitalizado para a criação de modelos.

Um benefício adicional para isso é que a impressão 3D permite iterações de design rápidas e econômicas, economizando tempo considerável e reduzindo custos no processo.

Componentes de construção

A impressão 3D também provou ser adequada para a fabricação de componentes e ferramentas específicos usados ​​na construção.

A contratada com sede no Reino Unido, Skanska, é uma das primeiras empresas a usar a impressão 3D para fabricar componentes de construção como revestimento.

Em um projeto, a Skanska usou a impressão 3D para produzir nós de revestimento de polímero para o telhado do centro de negócios 6 Bevis Marks em Londres. Esta abordagem introduziu uma alternativa mais vantajosa às técnicas tradicionais em termos de economia de tempo e custos.

Fôrmas impressas em 3D




Outro exemplo envolve o uso de formas impressas em 3D em um projeto de renovação em grande escala para um edifício residencial e comercial de 42 andares na cidade de Nova York.

Gate Precast, uma empresa que estava trabalhando sobre a nova fachada do prédio, descobrimos que a criação de moldes de madeira para o projeto seria um grande empreendimento que poderia levar até 9 meses para ser concluído. Os moldes necessários eram grandes - alguns deles medindo até 2,6 x 1,7 x 0,5 m, aumentando ainda mais os longos tempos de produção.

Para acelerar o processo, a empresa decidiu experimentar a impressão 3D, em parceria com o Oak Ridge National Laboratory (ORNL) para usar sua tecnologia BAAM.

Graças ao BAAM, a empresa foi capaz de imprimir moldes entre 8 e 11 horas cada, com 8 horas adicionais de usinagem para atingir o acabamento de superfície desejado. Os moldes foram feitos com ABS reforçado com fibra de carbono, um termoplástico comum misturado com fibras de carbono picadas para maior resistência.

O resultado é um molde forte que pode suportar até 200 vazamentos de concreto durante sua vida útil, em comparação com 15-20 vazamentos para um molde de madeira.

A empresa acredita que sem os moldes impressos em 3D e BAAM, teria sido impossível criar as formas dentro do prazo exigido para este projeto.

Desafios para adotar a impressão 3D na indústria de construção

Embora a AM tenha um enorme potencial para a indústria da construção, ainda existem várias barreiras para uma adoção mais ampla.

Uma das questões-chave é o controle de qualidade. A impressão 3D levantou questões sobre seu desempenho em comparação com os materiais e métodos de construção tradicionais:Uma casa impressa em 3D durará tanto quanto uma casa tradicionalmente construída? Será estruturalmente sólido e seguro em caso de incêndio ou desastre natural?

A regulamentação para construção é, sem surpresa, rigorosa, e as novas tecnologias e materiais oferecidos pela AM ainda devem ser incorporados aos padrões e códigos de construção.

Além disso, a impressão 3D requer operadores experientes e designers, o que significa investimento em treinamento para aproveitar ao máximo a tecnologia automatizada e as habilidades de software.

Outra barreira a ser superada é a gama limitada de materiais de construção que podem ser impressos em 3D. Dito isso, pesquisas estão sendo conduzidas, principalmente no que diz respeito a concreto e materiais renováveis ​​de base biológica.

O futuro da impressão 3D em construção

Apesar das visões de edifícios totalmente impressos em 3D, a tecnologia não substituirá os métodos tradicionais de construção - pelo menos não a curto prazo.

Talvez um dos maiores casos de uso da tecnologia AM esteja na produção de componentes complexos, como juntas, fachadas e cofragens, aproveitando os benefícios da liberdade de design que a AM proporciona.

Além da flexibilidade de design, a impressão 3D no local também pode ajudar a reduzir o desperdício nos canteiros de obras, servindo como um bom trampolim para um futuro mais sustentável.

Olhando no quadro geral, a impressão 3D pode ser uma das principais soluções para os desafios atuais do setor da construção, à medida que avança gradualmente para se tornar uma tecnologia de construção mais sustentável, flexível e automatizada.