Análisis de la construcción de vivienda contemporánea con impresión 3D en la Ciudad de Medellín

Manuela Benítez Sara Bustamante Natalia Londoño

Katherine Navarro Sara Salazar

Manuela Vallejo

Análisis de la construcción de vivienda contemporánea con impresión 3D en la Ciudad de Medellín

Manuela Benítez Pineda - manuelabenitezp@gmail.com

Sara Bustamante Gómez - sarabusgo@gmail.com

Natalia Londoño Tobón - natify05@gmail.com

Katherine Navarro Martínez - kateosa@hotmail.com

Sara Salazar Albanés - sara.s.albanes@gmail.com

Manuela Vallejo Zapata - manuela.vallejo@hotmail.com

Asesor(es)

Arq. Mg. Diana Bustamante

Arq. Mg. Catherine Preciado

Arq. Mg. Luis Frey Zapata

Arq. Mag. Natalia Cardona

Arq. Esp. David Volkmar

Benítez Pineda, Manuela

Bustamante Gómez, Sara

Londoño Tobón, Natalia

Navarro Martínez, Katherine

Salazar Albanez, Sara

Vallejo Zapata, Manuela

Análisis de la construcción de la vivienda contemporánea con impresión 3D en la Ciudad de Medellín

Proyecto de investigación

Informe de Investigación

Facultad de Arquitectura e Ingeniería

Arquitectura

Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia

Autores

Manuela Benítez Pineda

Sara Bustamante Gómez

Natalia Londoño Tobón

Katherine Navarro Martínez

Sara Salazar Albanés

Manuela Vallejo Zapata

Asesores

Arq. Mg. Diana Bustamante

Arq. Mg. Catherine Preciado

Arq. Mg. Luis Frey Zapata

Arq. Mg. Natalia Cardona

Arq. Esp. David Volkmar

Facultad de Arquitectura e Ingeniería

Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia Arquitectura

Análisis de la construcción de vivienda contemporánea con impresión 3D en la Ciudad de Medellín

Introducción

La implementación de nuevas tecnologías y técnicas constructivas en el mundo, como la impresión 3D ha tenido una fuerte acogida por diversas empresas y grupos investigativos, los cuales han desarrollado diferentes tipos de máquinas, mezclas y software, para generar prototipos de vivienda en diferentes condiciones, ya que se ha demostrado que resultan ser más agiles en los procesos de construcción, a precios más favorables para la clase media, además de disminuir los impactos ambientales por la utilización de nuevos materiales y el mejor aprovechamiento de estos.

La impresión 3D es una tecnología revolucionaria que ha sido aplicada de diversas maneras alrededor del mundo y podría verse como una posible solución a la crisis de la vivienda que presentamos en la actualidad, donde la ciudad de Medellín con sus condiciones topográficas, climáticas y sociales, podría ser una candidata para replicar estos modelos y así dar solucionar los problemas de vivienda.

Esta tecnología fue creada por Chuck Hull en los años 80, la cual consiste en producir objetos a través de la adición de material en capas que corresponden a las sucesivas secciones transversales 2D de un modelo 3D, una de sus características es que permite la creación eficiente de piezas únicas y geometrías complejas.

Existen varias técnicas constructivas con impresión 3D, en este caso se analiza un prototipo de vivienda a nivel local, la Casa Origami, ubicada en la ciudad de Medellín y desarrollada por la empresa Conconcreto; adicionalmente seis prototipos a nivel mundial concentrados principalmente en el continente europeo. Se busca dar respuesta al interrogante: ¿Qué procesos técnicos y constructivos se pueden desarrollar para la construcción de vivienda unifamiliar por medio de la impresión 3D en la ciudad de Medellín en articulación con los sistemas constructivos tradicionales?, analizando las ventajas y desventajas de estos procesos, caracterizando cuáles sistemas de construcción tradicional se articulan mejor

Figura 1. Esquema Impresora 3D / Beneficios en el uso

Figura 2. Esquema Impresora 3D / Implementación lugar

con la impresión 3D, además de determinar qué aspectos técnicos y materialidad son necesarios para su aplicación en la ciudad de Medellín, teniendo en cuenta los factores externos y climáticos, y la sostenibilidad del proceso. Actualmente la construcción brinda distintas posibilidad de dar paso a otras etapas como la modulación, en donde se dimensionan e interrelacionan todos los componentes por medio de un reticulado tridimensional modular, la estandarización que puede elaborar productos con características similares para simplificar los componentes de la construcción, la prefabricación en dónde se fabrican elementos en un puesto distinto al de su ensamble y por último la industrialización que usa la tecnología para sustituir el trabajo manual por trabajo mecánico, tal como lo expone el artículo La impresión 3D en edificaciones (2017).

Así, como la importancia de las viviendas asequibles, la relevancia y la necesidad que ha tomado la creación de nuevas técnicas constructivas, o técnicas que se puedan adaptar a la construcción tradicional; en el texto Construcciones con impresora 3D como herramienta de innovación en el futuro (2019), se refiere a que la construcción es una industria que no ha avanzado mucho en cuanto a las técnicas que ha usado a través de los años, adicionalmente se habla sobre cómo se aplica la impresión 3D en la arquitectura mediante la construcción aditiva. Estos referentes son relevantes en la investigación, ya que sientan una base sobre el objetivo de viviendas contemporáneas en Medellín, a través de lo que es la innovación, la construcción y la impresión 3D como conceptos de análisis.

Figura 3. Charles Hull / el co-fundador de 3D Systems, inventa la estereolitografía, un proceso de impresión que permite que un Objeto en 3D se cree a partir de datos digitales.

Para desarrollar los objetivos de la presente investigación, se definen tres fases de trabajo con las cuales se busca conocer el estado del arte del presente tema tanto a nivel mundial como en la ciudad de Medellín, siguiendo tres variables, las cuales son: aspectos técnicos y factores externos, condiciones físicas y cualidades espaciales, y materialidad e impacto ambiental. La primera fase se concentró en realizar un cuadro comparativo entre la impresión 3D y las técnicas de construcción tradicionales más usadas, escogiendo las tres más relevantes, donde hallamos similitudes y diferencias a partir de procesos técnicos, rendimientos, adaptabilidad y presupuesto. En la fase dos de diagnóstico, se realizó una visita a la Casa Origami y a su vez se entrevista un experto de la empresa Conconcreto que haya participado en el desarrollo del prototipo. Finalmente, en la fase tres se realizó una búsqueda documental, la cual expone una investigación estadística de los impactos ambientales tanto de la impresión 3D como de la construcción tradicional, además del análisis de seis casos de estudio internacionales.

Esta recopilación de información que se ha llevado acabo a lo largo de dos años se presenta en tres capítulos donde el primero llamado la innovación de los procesos técnicos constructivos, evidencia la revolución que ha sido la implementación de la impresión 3D en contraste con las técnicas constructivas tradicionales. El segundo, De la construcción tradicional a la impresión 3D, expone la introducción y acogida de esta tecnología en el campo de la construcción, los impactos que ha tenido, el pensamiento de diferentes profesionales de la ciudad de Medellín y el desarrollo que ha tenido en el mundo. Finalmente, el tercer capítulo llamado, Impresión 3D en Medellín, enmarca los lineamientos necesarios para implementar las tecnologías de la impresión 3D en la ciudad como una solución a la crisis de la vivienda contemporánea.

Figura 4. Muros impresos en 3D

La innovación de los procesos técnicos

constructivos

Los métodos tradicionales de construcción actualmente son más conocidos y explorados que las nuevas técnicas, pero se desconocen los nuevos procesos de impresión 3D aplicados a la construcción; esta es la nueva revolución en el gremio que se muestra como la solución a la crisis contemporánea de la vivienda, reduciendo costos, tiempo y rendimientos, pero con la duda de ¿que tan eficiente son estos nuevos procesos en comparación a los procesos tradicionales? Y sobre todo ¿cómo comenzó todo este nuevo auge de la impresión 3D en la construcción?

CRISIS DE LA VIVIENDA

En Medellín

Lo que define una vivienda digna es aquella que esté desarrollada con todos los adelantos tecnológicos que garanticen la comodidad, durabilidad y satisfacción de las necesidades esenciales de sus habitantes.

Uno de los derechos fundamentales del ser humano es poder tener una vivienda digna, lo que hace necesaria la implementación de sistemas constructivos más accesibles; como lo es la impresión 3D ya que este reduce el costo de la vivienda, mano de obra, son más rápidos a la hora de realizar el montaje, comparados con otros sistemas tradicionales.

Es por esto que los adelantos tecnológicos para construir vivienda es la impresión 3D, es una técnica implementada en el sector de la construcción hace algunos años, la cual no ha sido muy desarrollada en Medellín, debido al desconocimiento de las posibilidades de esta técnica, y por el temor de aplicar nuevos métodos constructivos, ya que estos requieren el uso de maquinarias especializadas no muy conocidas, lo que requiere que se necesite una inversión inicial en la importación de estos equipos, una inversión en capacitación del personal, pues existe una falta de profesionales especializados en el manejo de las herramientas del diseño paramétrico, insumos específicos y laboratorios de aprendizaje, para exploración de las posibilidades de estas técnicas y su elaboración

Actualmente las constructoras generan sus ingresos a través de sistemas constructivos muy específicos como la mampostería y el vaciado, contando con un gran número de personas capacitadas y eficientes en el desarrollo

Figura 5. Sistema de Impresión 3D / Construcción por contornos.

Figura 6. Sistema de Impresión 3D / Construcción por contornos.

de estos sistemas, sea de manera empírica o por algún tipo de estudio, además la mayoría de estas empresas cuentan con muchos años de presencia en el mercado, lo que hace que conozcan los métodos más rápidos y ágiles para el desarrollo de los proyectos, sean más conocidas por la localidad y sepan muy bien qué recursos tanto humanos como materiales, se requiere en el proceso de fabricación. Cabe resaltar que aún no existe en Medellín una normativa específica que regule el uso de nuevas técnicas de la construcción, como la impresión 3D, lo cual dificulta la implementación de esta, y es otra de las razones por la que la mayoría de las constructoras no deciden invertir en ello, y no suelen generar muchas iniciativas de proyecto por falta de información y desconfianza, por factores de durabilidad, resistencia, costos y posibles imprevistos legales.

Para el año 2019 en Medellín hubo 800.723 hogares de los cuales 38.887 se categorizaron en situación de déficit cuantitativo, es decir el 4,9% del total. Se catalogaron en este déficit 2.445 hogares por materiales deficientes de las paredes exterio- res y 3.811 por el criterio de cohabitación. (Pregon,2021) es por esto que cuando se piensa en una opción de vivienda asequible, construida en un corto periodo de tiempo y económicamente rentable, como primera opción se piensa en la vivienda prefabricada, pero existen mejores alternativas como la impresión 3D, que no solo favorece en las variables de tiempo y económicas, sino que también es mejor en temas como el de la variable ambiental, en la resistencia, en la durabilidad, además permite realizar diseños más elaborados.

Figura 7. Interior de la vivienda / Impresión 3D

LA INNOVACIÓN De la impresión 3D 1.2

A través de los años, las principales técnicas constructivas tradicionales como mampostería, vaciado y adobe en la ciudad de Medellín, han evolucionado de acuerdo a las necesidades de los usuarios, y los nuevos avances tecnológicos que han llegado a la ciudad, tales como el uso de tecnologías para la visualización de proyectos en 3D, los materiales prefabricados y la impresión de vivienda en 3D que permite unir distintas técnicas, desarrollando nuevas técnicas constructivas que permiten la mixtura, la facilidad y el ahorro de tiempo en la construcción; haciendo esto mucho más rentable.

La primera impresora 3D data del año 1983 (Ver figura 8) por parte de Charles W. Hulk que fue quien abrió camino a la manufactura aditiva. En su momento eta nueva tecnología en desarrollo era muy costosa, lo que hacía que implementarla en distintos mercados no fuera viable, por el aumento del coste. La empresa pionera en impresión 3D fue 3D-Systems, quienes en un principio fabricaban objetos impresos en 3D por medio de capas con materiales en resinas líquidas que se exponían a una luz ultravioleta. En la década de los 90 en dónde la variedad de materiales era más extensa, pues sus materias provenían de plásticos, yesos, polímeros, entre otros. Pero debido a que ninguno de los materiales daba la resistencia necesaria como para ser introducidos al campo de la construcción, se vio la necesidad de iniciar estudios y avanzar en la técnica de impresión 3D en otros tipos de materiales como los metales. Pero no fue sino hasta 1997 dónde se inician las primeras exploraciones de la impresión 3D en el campo de la construcción, en dónde inicialmente se utilizaba cemento portland en una capa basada de arena. (Pegna, J. 1997).

Figura 8. Primeras máquinas comerciales de impresión en 3D / de la mano de 3D Systems, aparecen en el mercado las primeras impresoras SLA o estereolitográficas

Aunque las técnicas aún están en desarrollo, han surgido distintos factores que han provocado que cada día se busquen nuevas alternativas, en este caso la impresión 3D aplicada a la vivienda; la cual es una técnica donde los primeros avances iniciaron en Estados Unidos, pues “En 2004, el profesor Behrokh Khoshnevis de la Universidad de Carolina del Sur comenzó por primera vez a imprimir en 3D un muro de hormigón. La verdadera innovación en el campo de la construcción, su tecnología, Contour Crafting, hablar de ello: ¡crearía una casa de manera automatizada en 20 horas!”. (3D Natives, 2018, p. 1).

Este sistema de construcción por capas permitía automatizar el proceso constructivo de una vivienda y todos sus elementos constructivos, por medio de la imitación de las impresoras 3D. Gracias a este proceso se pueden hacer de forma industrializada conjuntos de vivienda bajo la misma premisa constructiva, pero con variaciones en sus resultados estéticos y de diseño. Realmente no fue una impresora 3D, sino un robot que, utilizando una técnica de capa sobre capa, lograba realizar una vivienda en menos de 24 horas. Una de sus ventajas era que permitía con facilidad la construcción de formas curvas y de muros dobles.

En el año 2007, el ingeniero italiano Enrico Dini construyó la impresora D-Shape, que, para su fecha, era la impresora 3D más grande del mundo. Los estudios realizados por el ingeniero, le permitían a esta impresora realizar su trabajo por medio de una técnica llamada Powder Feed (que había sido creada en 1993 y posteriormente mejorada por el ingeniero) lo que le permitía aglutinar materiales de construcción en polvo, pudiendo obtener como resultado objetos tridimensionales a gran escala.

Figura 9. Impresión 3D con brazo robótico.

Con un sistema de edificación tradicional, en dónde se deben realizar distintos procedimientos estructurales, procedimientos arquitectónicos como cerramientos, distribuciones tanto internas como externas, aplicación de distintos materiales; se generan unos tiempos establecidos para la finalización de la obra. Si se logra reducir tanto en coste de materiales como en tiempo de construcción, se verá reflejado en el coste final, implementando viviendas más asequibles. Este sistema constructivo patentado de impresión 3D tipo Contour Crafting (capa por capa) puede reducir los costes de construcción final hasta en un 35 por ciento, por su efectividad en tiempo y materialidad.

Para comenzar los principales problemas en cuanto a la construcción tradicional, se basan en lo físico; tales como humedades, grietas o fisuras, desniveles, entre otros problemas espaciales; esto queda a la vista cuando el Ministerio de Vivienda y Urbanismo del gobierno de Chile realiza un análisis en el año 2015, sobre la presencia de dichas patologías en la vivienda, y en donde se evidenció que la humedad se lleva el primer puesto, las grietas el segundo y el aislamiento del ruido el tercer lugar.

Además de esto, se suman factores económicos y de tiempo, puesto que la construcción tradicional en Medellín, requieren una mayor inversión económica y su tiempo de construcción es más elaborado y menos preciso; y estas imprecisiones causan gastos inesperados que, en el caso de no contarse con ellos, se puede parar la obra por un tiempo o incluso no concretarse,

Sabemos que cualquiera de estos errores presenta un panorama nada alentador para el inversor o propietario de la construcción y, aunque muchos de ellos pueden solucionarse, algunos implican Figura 10.

Desperdicio material, mano de obra y equipo.

gastos excesivamente mayores y fallas recurrentes o vulnerabilidad en la obra ya terminada. (Viaplan, 2020, párr. 31)

Múltiples empresas a nivel mundial se han organizado para realizar aportes al continuo desarrollo de la técnica tales como Qindago Unique Technology, Winsun Decoration Design Engineering Co, Contour Crafting, Be More 3D, Apis Cor, entre otras. A nivel mundial, China en particular, es el país con mayores avances en cuanto a la construcción aditiva, pues para el año 2017 ya habían logrado construir un edificio de 5 niveles, 10 viviendas de un tamaño pequeño y dos villas. Y en Emiratos Arabes Unidos, que han demostrado un interés por contribuir al desarrollo e implementar la técnica en sus mega construcciones, se ha estipulado que para el año 2025 “al menos un 25% de toda edificación nueva debe ser impresa con esta tecnología” (Dubai Future Foundation, 2017, p. 16).

En cuanto a América del Sur, la técnica aún está en desarrollo, sin embargo, en comparación con otros países a nivel mundial, puede verse el poco interés en implementarlo en el campo de la construcción. En países como Chile y Brasil, algunas empresas como Baumax e InnovaHouse3D son pioneras y han implementado la tecnología a la construcción. En Colombia, se han desarrollado manufacturas aditivas en la salud, la gastronomía, y empresas como Conconcreto han realizado avances en los estudios de la técnica. En 2017 esta misma empresa construyó lo que sería el primer ejemplar en Colombia La Casa Origami. Un prototipo de vivienda de una habitación, un baño, sala comedor y cocina de 23.45 m2. La cual se construyó por medio de 32 elementos impresos ensamblados. Se completó en

tres meses gracias al desarrollo de la primera impresora 3D de toda Latinoamérica con tecnología Siemens.

Por ello, este estudio podría ayudar a generar mayor interés en la investigación y desarrollo de la construcción de viviendas con impresión 3D de la ciudad de Medellín, permitiendo descubrir si realmente es una técnica viable y rentable para el desarrollo de la localidad.

Figura 11. La primera casa impresa en 3D en Brasil por InnovaHouse3D.

De los nuevos procesos constructivos 1.3

EL AUGE

Uno de los derechos fundamentales del ser humano es poder tener una vivienda digna, lo que hace necesaria la implementación de sistemas constructivos más accesibles; como lo son los materiales prefabricados, ya que estos reducen el costo de la vivienda, mano de obra, son más rápidos a la hora de realizar el montaje lo que hace más fácil el proceso de autoconstrucción, comparados con otros sistemas tradicionales.

En la actualidad existen diferentes impresoras y proyectos que van desde la impresión de una pequeña pieza de la vivienda contemporánea, hasta la impresión en su totalidad. Es por esto mencionar en primer lugar que tipo de impresoras 3D se utilizan para la implementación de esta técnica constructiva.

La alta gama de las impresoras 3D se pueden clasificar según su tamaño, en todas varían su tamaño y capacidad de impresión, ella va desde la impresión de un objeto de 20cm x 20cmx 20cm y en el caso de la impresión de la vivienda en 3D se podría utilizar la impresora Cincinnati printer, impresión a gran escala y tamaño reales con un costo de 100.000 euros.

Un profesor de la universidad de del Sur de california, empezó a desarrollar impresión 3D conocida como Contour Crafting, esta impresora trabaja con la impresión

de hormigón reforzado, las cuales sus fibras se van endureciendo y que termine teniendo una gran capacidad portante. Es por esta impresión que la NASA se interesa en este proyecto, para que a futuro se construya en marte o la luna de la misma manera. (Ver figura 12). En Medellín con la tecnología de impresión 3D la manera de hacer muros, fachadas, cubiertas y demás elementos arquitectónicos es más rápida. Esto permite aumentar la productividad y eficiencia, además, generar beneficios para los usuarios finales. Sin duda, en el mediano y largo plazo la impresión 3D va a ser ampliamente utilizada en la construcción. (Argos-2012).

Figura 12. Contour Crafting la tecnología que imprimirá casas en la Tierra y en la Luna.

En Colombia se empezó a utilizar la impresión en campo de la construcción, a partir de los avances en la mezcla de concretos y todas las tecnologías en el diseño de impresoras 3D, más que todo en China y Europa.

La impresión 3D o manufactura aditiva es una revolución para el sector de la construcción, así como lo es en el sector salud, la cual ha tenido una participación amplia en soluciones con esta tecnología innovadora. Dentro del campo de la construcción se posibilita la fabricación de piezas con complejas formas, sin grandes desperdicios de material y con ahorros significativos en tiempo. De acuerdo con ONU Hábitat para el 2030:

Cerca de 3,000 millones de personas o el 40% de la población del mundo necesitarán tener acceso a viviendas, infraestructura básica y a otros servicios tales como sistemas de acueducto y saneamiento. Estas cifras pueden traducirse en la necesidad de construir 96.150 viviendas diarias en suelos con servicios y documentos a partir de este momento y hasta el 2030. Adicional, se calcula que hoy en día, en algunas ciudades hasta el 80% de la población vive en tugurios (ONU-Habitat,2018)

Parte de la solución a estos retos puede estar en la manufactura aditiva o impresión 3D.

La Casa Terracota, es un proyecto colombiano que empezó en 1999, que apuesta por el desarrollo de una casa utilizando técnicas y materiales tradicionales con tecnologías 3D como una manera sostenible para fabricar una vivienda. El arquitecto colombiano Octavio Mendoza se ha valido de la impresión 3D para construir la denominada ‘Casa Terracota’, en la que ha usado como

Figura 13. Prototipo muro impreso en 3D por Conconreto.

materia prima arcilla, cáñamo, balas de paja, hierbas, algas y juncos. Esta de basa en el principio de las nuevas tecnologías en 3Dm es decir capa por capa, lo que se hace actualmente con las impresoras. El resultado es un hábitat resistente, ecológico, con clima autorregulado y de bajo coste. Esta vivienda que se ha construido en Villa de Leyva cuenta con una superficie de 500 m²; es así como esta vivienda se ha convertido en el principal atractivo turístico de la región, por su arquitectura atípica, de claras reminiscencias gaudinianas.

Octavio, habla de la importancia de utilizar materiales que han sido utilizados por antiguas civilizaciones, y de lo que la fabricación en 3D puede ayudar para construir cuidando al mismo tiempo del medio ambiente. La construcción por deposición fundida se ha sido utilizada por el hombre desde sus primeros tiempos de habitar este planeta, para protegerse del medio, luego de refugiarse en cuevas, y descubrir la agricultura, convirtiéndose en sedentario. La fabricación aditiva, en forma de capas, ha sido utilizada desde épocas remotas en cerámica, alfarería, construcción, es la manera lógica de erigir una obra pequeña o de gran formato. (Contreras, 2019).

Los primeros avances en Colombia en este campo, los está dando la empresa Conconcreto, firma de construcción colombiana que desarrolló la primera impresora 3D de gran formato, con la visión de imprimir viviendas de interés social de forma masiva y a un costo asequible para un mayor número de personas en Colombia. La idea surge luego de que Ana María Mesa Mejía, Gerente de Innovación, Gestión y Sostenibilidad de la constructora, estuvo en 2013 en Silicón Valley. En el viaje habló con expertos, quienes le sembraron la idea de asumir el desafío para la transformación de la construcción.

Figura 14. Exterior casa terracota.

Figura 15. Interior casa terracota.

Es así como el uso de esta tecnología en Colombia es el resultado del esfuerzo conjunto de los sectores académico y empresarial. Con la información recogida y la ingeniería nacional, se da inicio al proyecto para desarrollar esta tecnología en el país.

El principal desafío consistió en lograr que la impresora pudiese elaborar piezas a escala real, para lo cual fue necesario desarrollar, perfeccionar, mejorar, avanzar e investigar. El equipo líder del proyecto afrontó la construcción y puesta en marcha de la primera impresora 3D a gran formato en el país, trabajando tanto el hardware como el software del equipo, de manera intensa para su realización.

Evaluando las alternativas técnicas y económicamente viables, finalmente se seleccionaron proveedores internacionales tanto para el sistema controlador como para el sistema de movimiento o pórtico; un grupo de investigación de carácter local desarrolló el software y un equipo de investigación externo elaboró uno de los componentes del diseño. El resultado es una tecnología que permite reconocer el software de diseño, interpretar los planos requeridos en el lenguaje de programación, enviar la señal a la máquina y ejecutar el trabajo programado “imprimiendo” dosis exactas de concreto con movimientos milimétricos. El controlador permite plasmar en un entorno digital, las formas que se quieran llevar a la producción, ya sea para altos volúmenes o para piezas individuales. (Comunidad redacción 360 en concreto, 2018).

El desarrollo del prototipo, ubicado en el campus de la Escuela de Ingenieros de Antioquia, sede Envigado cuenta con un área funcional de 23.45 metros cuadrados

Figura 16. Impresión 3D de piezas individuales por empresa Conconreto

(habitación, baño, sala comedor y cocina), la Casa Origami consiste en un conjunto de treinta y dos elementos impresos y ensamblados con precisión, tal y como si se tratara de una figura de origami modular en la que varias piezas idénticas forman un modelo completo. La unidad habitacional cuenta con un sistema autónomo para la generación de energía a través de paneles solares y es el primer prototipo de vivienda impresa en 3D del país. Esta vivienda se completó en tres meses y fue posible gracias al desarrollo de la primera impresora 3D de gran formato en Latinoamérica.

Con respecto a la “tinta” con la que finalmente se materializan las piezas prefabricadas, la compañía Conconcreto ha trabajado en la formulación de distintas mezclas de concreto para la impresora 3D, lo que permitió desarrollar diferentes elementos como mobiliario urbano, macetas, bancas y elementos modulares para el prototipo de vivienda.

En lo que respecta a la industria de la construcción, China y los Emiratos Árabes Unidos son dos de los países con más avances. En Colombia aún hay un largo camino por delante. Aunque se trate de una tecnología que permitiría acelerar la construcción de viviendas de interés social, con ahorro de materia prima y menos desperdicio de materiales, la impresión 3D todavía se encuentra en fase experimental en nuestro país. (Mesa, 2018)

Lo cierto es que la industria 4.0 o fábrica inteligente supondrá cada vez más para las compañías constructoras el reto de avanzar en el desarrollo de aplicaciones basadas en la automatización y digitalización, que mejoren la seguridad, reduzcan tiempos y costos, y eleven la productividad, toda vez que se convierte en una

Figura 17. Interior Casa Origami.

fuente de competitividad y factor diferencial para competir en los mercados locales y globales.

Las técnicas de impresión 3D actualmente se utilizan de dos maneras, la primera es la adición y la segunda es la compactación. La impresora por adiciones es la que por medio de una boquilla adicionar el material por capas, ya sea líquido, en pasta o polvo y la compacta es al que compacta los materiales para crear los objetos.

Es importante también hablar que actualmente las impresoras 3D necesitan de un software tales como inventor, AutoCAD, Revit, entre otros, para que funcionen, es decir, todo este sistema de control que requiere la máquina para funcionar. A la hora de diseñar el prototipo de vivienda se debe de tener en cuenta y es muy importante diseñar pensando en que ese elemento se va a construir a partir de la impresión 3D, ya que como todo hay parámetros y límites a la hora de imprimir los elementos de las viviendas.

A continuación, se presenta una línea del tiempo de la construcción con impresión 3D, donde se exponen las fechas y sucesos más relevantes en el desarrollo de esta tecnología tanto a nivel mundial como el contexto Colombiano.

Figura 18. Exterior Casa Origami.

Línea de tiempo

Charles Hull, más tarde, el co-fundador de 3D Systems, inventa la estereolitografía, un proceso de impresión que permite que un objeto en 3D se cree a partir de datos digitales.

Se desarrollan las primeras tecnologías relacionadas con la construción automatizada.

Tiene lugar en japón la primera solicitud de patente para un dispositivo de impresión en 3 dimensiones.

Se prueba el sistema de Charles Hull, creando el modelo 3D a partir de una imagen.

Se comercializaron las primeras impresoras SLA. Estas presentaban algún defecto e imperfecciones, pero eran capaces de conseguir fabricar una peza bastante compleja en cuanto a estructura y fabricación.

El equipo de Khoshnevis en USC Vertibi, comenzó a centrarse en la impresión 3D a escala de construcción de pastas de cemento y cerámica.

Se inventan dos métodos de fabricación en plástico con un polímero que se endurecía con la luz ultravioleta

El desarrollo y la investigación de la primera construcción en 3D.

Behrohk Khoshnevis, patenta la técnica Contour Crafting comenzó inicialmente como un nuevo método alternativo de cnformado y extrusión de cerámica.

Rupert Soar y su grupo, consiguen la financiación para construir una máquina de impresión 3D a gran escala.

Behrohk Khoshnevis

Empleando una técnica de inyección de polvo / unión a gran excala en un área de aproximadamente 6m * 6m * 3m.

Laing O’Rourke empieza a desarrollar la técnica patentada de FreeFAB Wax, utilizada para imprimir grandes volúmenes de cera de ingeniería.

Diseño, conceptualización y construcción del primer prototipo de imresora 3D en concreto.

Se inicia el primer proyecto para desarrollar la primera impresora 3D de gran formato en Colombia por parte de Conconcreto.

Enrico Dini, patenta la tecnología D-Shape.

Bombeo de concreto

Concreto rociado

Sistema de pórtico

La primera producción en serie de impresoras de construcción del mundo, lanzada por la compañía SPECAVIA.

el

Impresión del primer prototipo de vivienda en Colombia, proyecto “Casa Origami” un módulo habitacional de 23 m2, impreso en concreto.

En Colombia se comienza a imprimir con materiales polímeros.

Impresión de mobiliario urbano y piezas prefabricadas

Desarrollo de mezcla de concreto para impresoras 3D en Colombia.

Producción en serie de mobiliario usando la tecnología de impresión 3D en Colombia.

Figura 19. Línea de tiempo

Se inaugura

primer edificio del oficinas impreso en 3D del mundo.

De la construcción tradicional a la impresión 3D

La impresión 3D ha llegado para revolucionar el mundo de la construcción, traspasando barreras y siendo usada en varios sitios para generar prototipos de vivienda, con diferentes características funcionales y espaciales; variedad de materiales y procesos constructivos que permiten que esta se adapte al entorno donde sea requerido, construyendo viviendas en sólo cuestión de horas y con impacto ambiental casi nulo. La innovación ha sido tan notoria que hoy en día incluso en Colombia contamos con un prototipo de vivienda por medio de impresión 3D.

2.1

¿CONSTRUCCIÓN TRADICIONAL

O IMPRESIÓN 3D?

Cuadro comparativo de ténicas constructivas

Con los siguientes cuadros de análisis de técnicas constructivas tradicionales y de impresión 3D, se busca evidenciar ventajas y falencias que pueda tener el uso de estas nuevas técnicas frente a las usadas actualmente a la hora de construir vivienda contemporánea en la ciudad de Medellín.

En este se analizan 3 técnicas de impresión 3D: D-shape, Contour crafting y Apis cor; y 3 técnicas constructivas tradicionales: vaciado en concreto, mampostería tradicional y prefabricados. Analizadas desde variables como proceso técnico, adaptabilidad y rendimientos.

Tabla 1. Cuadro comparativo técnica constructiva D-shape.

Tabla 2. Cuadro comparativo técnica constructiva Contour Crafting.

Tabla 3. Cuadro comparativo técnica constructiva Apis Cor.

Tabla 4. Cuadro comparativo técnica constructiva Vaciado en concreto.

Tabla 5. Cuadro comparativo técnica constructiva Mampostería Estructural.

TIEMPO DE EJECUCIÓN COMPARADO CON LA IMPRESIÓN 3D

Tabla 6. Cuadro comparativo técnica constructiva Prefabricado.

En conclusión, las técnicas constructivas tradicionales y las técnicas de impresión 3D debería de estar de la mano a la hora de su utilización, puesto que se pueden complementar de forma que se logren viviendas mucho mas resistentes, gracias a la combinación de materiales ya que por ejemplo la construcción tradicional a explorado mejor el comportamiento de los materiales en diferentes circunstancias climáticas, proporcionando respuestas a posibles patologías y logrando extender el tiempo de vida útil de la vivienda, y por su parte la impresión 3D es más económico en muchos aspectos como el rendimiento del tiempo, de la mano de obra, y se puede adaptar a lugares de difícil acceso donde tal vez una construcción solo con técnicas tradicionales puede generar mayor dificultad.

Otro aspecto a tener en cuenta es que actualmente, la impresión 3D no logra solucionar por completo el tema

de la construcción de la vivienda, un ejemplo de ellos son las cubiertas y los cerramientos, para los cuales se ha recurrido a técnicas tradicionales, como cubiertas en teja o claraboyas; pero también a logrado otros avances como lograr construir mobiliario al tiempo que se imprime la vivienda, haciendo esta funcional desde la parte constructiva, sin necesidad de añadir este tipo de mobiliario en los acabados.

Viendo el panorama de esta forma ambas técnicas han logrado un gran avance, que a veces parecieran que van en caminos distintos, pero al unir las piezas vemos como tanto técnicas constructivas tradicionales como de impresión 3D se pueden usar articuladas para lograr mejores resultados en variables como rendimientos, tiempo, resistencia, adaptabilidad e impacto ambiental.

Figura 20. Impresión 3D vs Manufactura tradicional.

Impacto ambiental de materiales para impresión 3D

En las siguientes tablas estadísticas se busca evidenciar el impacto ambiental que pueden generar los materiales de impresión 3D más usados en la actualidad; con el fin de poder concluir de estos materiales cual genera mayor impacto ambiental en su utilización y cual es el mas optimo para el uso; con el fin de analizar si la impresión 3D requiere de nuevos materiales alternativos que generen menor impacto ambiental.

Se analizarán 6 materiales: PETG (PET (Tereftalato de polietileno) G (Glycol-modificado)), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), PLA (Poliácido láctico), TPU (Poliuretano termoplástico), HIPS (High Impact Polystyrene o poliestireno de alto impacto) Y NAILON; según estas variables: 1.Vida útil, 2.Tiempo de descomposición, 3.Capacidad de transformación, 4.Liberación de gases efecto invernadero al estar en desuso, 5.Origen, 6.uso de agua para su elaboración.

Tabla 7. Características y aplicación de los materiales.

En los siguientes gráficos estadísticos, la información se muestra de forma numérica, porcentual y cualitativa según las diferentes variables de impacto ambiental; utilizando una escala de colores como margen de impacto.

En esta tabla se analiza la vida útil de los 6 materiales, teniendo en cuanta los años en que conserva sus propiedades físicas; en un rango de 0 a 500 años, se evidencia que el PETG, HIPS y el NAILON, tienden a tener mayor vida útil, por lo cual en esta variable su impacto seria bajo en relación a los años en que se puede sacar provecho de dichos materiales.

Figura 21. Vida útil materiales.

En esta tabla se analiza el tiempo de descomposición de los 6 materiales, teniendo en cuanta los años en que el material tarda en desaparecer suponiendo que este se encuentra en las condiciones ambientales requeridas para dicho proceso, pues de no ser así los valores indicados pueden ascender.

Encontramos un rango de 5 a 500 años para algunos materiales, en otros no es posible el proceso de descomposición; se logra evidenciar que el ABS no solo cuanta con una corta vida útil como se muestra en la tabla anterior (fig. 21), si no que no se descompone, por lo cual su impacto ambiental tiende a ser superior al de los otros materiales; caso contrario al HIPS que si bien se tarda entre 200 a 500 años en descomponerse esto se equilibra con una vida útil similar.

Figura 22. Tiempo de descomposición materiales.

En esta tabla se analiza la capacidad de transformación de los materiales, para lo cual se tiene en cuenta un porcentaje de 0 a 100, el cual aplica para el proceso de reciclado en cuento a desperdicios y procesamiento del material para un segundo o tercer uso.

Para esta variable, vemos que tanto ABS como PETG tienen capacidad de transformación del 100%, lo cual es un punto positivo teniendo en cuenta que son materiales que no se descomponen pero se pueden reutilizar una y otra vez a lo largo de su vida útil; también observamos que el TPU es un buen material a corto plazo, pues su vida útil es solo de 10 años, se descompone en un periodo de tiempo similar y se puede transformar en un 100% por lo cual es un material muy viable para uso a mediana escala como mobiliarios.

Figura 23. Capacidad de transformación (Reciclar).

En grafica se analiza la liberación de gases de efecto invernadero en el momento en que los materiales se convierten en desperdicios y pasan a proceso de descomposición; podemos encontrar gases como etileno, metano y dióxido de carbono; cabe resaltar que el etileno y el metano son liberados si el material no cumple su destinación final en las condiciones optimas.

Encontramos que el ABS, el TPU y el PLA son materiales que siempre que lleguen a destinación final van a liberar gases de efecto invernadero, el PETG es el único que no emite gases; mientras que HIPS y el NAILON si son destinados de forma correcta se puede evitar la liberación de gases con efectos mas corrosivos; con esto el HIPS sigue posicionándose como el material de menor impacto ambiental pues utilizándose de la manera correcta puede ser muy amigable con el entorno.

Figura 24. Liberación de gases efecto invernadero.

En este gráfico se muestra el origen de la materia prima de cada uno de los materiales, clasificándose en origen sintético (no renovables), origen vegetal (renovables) y mixto; lo cual influye en procesos de descomposición y liberación de gases de efecto invernadero.

Vemos que el PETG, el ABS y el NAILON, son materiales de origen sintético, lo cual explica el hecho de que no se puedan descomponer; mientras que el HIPS y el TPU se originan de una mezcla de dichas materias primas, y el PLA solo de materia vegetal, por lo cual esto les da la característica de poder descomponerse, proceso que varia en años según la composición y los porcentajes en que las materias primas están presentes en el material.

Por último, esta la variable de consumo de agua para su elaboración, evaluada en un rango de 0 a 5000 litros de agua por kilo de material.

En esta gráfica se puede observar que la cantidad de agua mas común para el desarrollo de estos materiales es de 2000 litros por kilo, una suma muy frecuente en materiales plásticos; nuevamente el ABS se muestra como

Figura 25. Origen de la material prima.

el material de mayor impacto ambiental, pues su consumo de agua por kilo duplica la cifra estándar; mientras que HIPS no Consume agua en su proceso de elaboración al ser un material insoluble; sumándole puntos como el material de menor impacto ambiental.

Con todo esto, vemos que el material que menor impacto ambiental genera es el HIPS, si bien no obtuve los mejores resultados en todas la variables, al juntar todas estas vemos que genera menor impacto al contar con larga vida útil, ser capaz de descomponerse y a su vez contar son dos formas de reutilización, tanto luego de su vida útil como durante los desperdicios generados; por otro lado el material con mayor impacto ambiental es el ABS, puesto que requiere una enorme cantidad de agua para producirse y solo tener una vida útil de 3 años.

Finalmente, en una escala del 1 al 6, siendo uno el más amigable con el ambiente y 6 el de mayor impacto ambiental, se puede decir que los materiales quedan clasificados de esta forma teniendo en cuenta las variables analizadas:

1. HIPS, 2.PTU, 3.PETG, 4.NAILON, 5.PLA, 6.ABS.

Figura 26. Consumo de agua para su elaboración.

Entrevistas a profesionales del gremio.

Se realizaron una serie de entrevistas a diferentes profesionales del gremio de la construcción, incluyendo oficiales, ingenieros, arquitectos y expertos en laboratorios de impresión 3D, con el fin de evidenciar no solo el conocimiento sobre esta nueva técnica constructiva, si no también su opinión sobre una posibilidad futura de viviendas impresas en 3D y una articulación con las técnicas constructivas tradicionales.

OFICIAL DE CONSTRUCCIÓN CARLOS ANIBAL BUSTAMANTE

Años de experiencia: 40 años

Lugar en que desempeña: La hacienda Barbosa

Técnicas constructivas desarrolladas: Concretos, ladrillos, tapia, bahareque

¿Qué técnica tradicional considera puede ser más asequible en la ciudad de Medellín para la construcción de vivienda?

¿Qué desventajas puede tener construir viviendas con técnicas tradicionales?

R/. Desventajas, el tiempo; que de todas maneras es un poco más demorada la construcción, seria esa la mayor desventaja que puede tener la construcción.

¿Qué conocimientos tiene sobre la impresión 3D en la construcción?

R/. Más bien poco (se le puso en contexto)

¿Qué tan pertinente considera la construcción de vivienda contemporánea en Medellín por medio de impresión 3D?

R/. Pues todo lo que venga para el desarrollo es bienvenido, simplemente hay que mirar tiempos y costos.

¿Cree posible en un futuro, la articulación de técnicas constructivas tradicionales con técnicas de impresión 3D para vivienda?

R/. Sí, es muy posible.

R/. Para la ciudad los concretos y los ladrillos, por la calidad y porque el material se consigue muy fácil en la ciudad.

¿Con que técnicas constructivas tradicionales cree usted que se podría dar dicha articulación?

R/. Con la construcción en concreto y en ladrillo, sobre todo.

Técnicamente ¿cómo ve posible la articulación entre estas técnicas constructivas? En referencia a acabados, mobiliario, estructura, etc.

R/. puede ser posible, porque la ventaja de la construcción tiene eso que se da para muchas posibilidades. Se podría fusionar en todo en estructura, acabados, mobiliario, lo que si no lo veo es en las técnicas antiguas, en la del bahareque, la tapia, ahí no, como que no cabe.

¿Qué ventajas considera usted traería la implementación de dicha articulación de técnicas a la construcción de vivienda? ¿por qué?

R/. Tiempo, costos, porque varían los costos y el tiempo de construcción.

¿Qué desventajas cree usted que traería para el gremio de la construcción la implementación de la impresión 3D como técnica constructiva?

R/. La mano de obra, acabaría con la mano de obra y muchas familias viven de la construcción.

ARQUITECTA

ALEJANDRA CARMONA

Años de experiencia: 5 años Lugar en que desempeña: Constructora Conconcreto Técnicas constructivas desarrolladas: Grantri

¿Cuáles han sido los mayores retos u obstáculos que se han presentado a la hora de incursionar la técnica de impresión 3D en la ciudad de Medellín?

R/. Desarrollo de la mezcla y la normatividad

proceso llevado a cabo para elaborar el primer prototipo de vivienda con impresión 3D, la Casa Origami.

R/. Para realizar la casa ya tuvimos la impresora desarrollada, se conformó un equipo interdisciplinario entre ingenieros, arquitectos, equipo de sostenibilidad y el equipo de innovación y se propuso inicialmente a la origami con una propuesta arquitectónica que como su nombre lo indica, es armando piezas, en este caso no como con el papel si no conconcreto, se hicieron los diseños, se aprobaron por todo el equipo y luego se procedió al proceso constructivo que fue la fabricación de las piezas, luego de la fabricación de las piezas en el laboratorio, las piezas se sacaron del laboratorio y se ensamblaron en campo.

Se contó con un equipo de construcción que tiene muy experiencia en el campo de la prefabricación, para ensamblar esas piezas, ya una vez que se hizo el ensamble, se le dieron los acabados finales, que fueron los techos, los pisos, urbanismo.

¿Qué herramientas o materiales han sido necesarias para desarrollar los prototipos o modelos con impresión 3D? y ¿por qué?

concreto, se imprime con otra impresora que es con polímeros, prototipamos y ya con eso sabemos cómo va a ser en campo. Utilizamos un software de diseño que es REVIT, se debe traducir toda la información de este programa para que la maquina lo entienda, porque la maquina trabajar es por puntos, el no tiende el objeto, si no que entiende este ese objeto está compuesto por muchos puntos y esos puntos se le dicen a la maquina por donde debe de pasar.

Teniendo en cuenta las condiciones climáticas y topográficas de la ciudad de Medellín, ¿cómo se afecta el proceso de fabricación y desarrollo de un proyecto con impresión 3D?

R/. Como la maquina es un robot, ella tiene que estar protegida de viento, la lluvia. Lo que hicimos fue adaptarnos a las condiciones de obra y lo que hicimos fue un invernadero de 8 metros de altura y aquí adentro está la maquina y la fabricación de esta es fácil de realizar.

¿Cuáles son las variables que se han considerado para la construcción del modelo de vivienda con impresión 3d? (rendimientos, tiempo, impacto ambiental, etc.)

Cuéntenos un poco acerca del

R/. Antes de hacer la impresión con

R/. Por el proceso experimental las dos edificaciones que hemos hecho hasta

ahora, origami que fue la primera, que es una vivienda de 24 m2, después se hicieron dos porterías, la nueva construcción tiene 40m2, es más grande pero todavía no hemos definido que destinación va a tener esta construcción, ni para que tipo de público, cuáles son las necesidades, pero soñamos que sea algo asequible, ya que sabemos que en Colombia hay un problema de acceso a la vivienda y que la maquina la vivienda podría ser una solución buena para este problemática. Pero actualmente nos hemos concentrado en solucionar problemas que ya tenemos como por ejemplo la norma, en el momento en el que estos temas ya estén solucionados, se tomará la decisión de escalar y buscar soluciones como por ejemplo el precio de construcción y se determinaría para que clientes estaría orientado la construcción de impresión 3D.

¿Cómo cree usted que la construcción con impresión 3D puede afectar la construcción tradicional frente a variables como mano de obra, materias primas y oferta en el mercado?

R/. La impresión 3D tiene muchas ventajas, una de las ventajas es productividad, construir en menos tiempo, idealmente con menor costo y menos riesgos, y sostenibilidad,

ventajas para la mano de obra en temas de tecnificación en la mano de obra y desventajas para la mano de obra que es una resistencia a la automatización de los procesos, por el susto de perder el empleo.

¿Cree posible en un futuro, la articulación de técnicas constructivas tradicionales con técnicas de impresión 3D para vivienda?

R/. Si, es más cercano que lejano, antes de que yo pueda construir un proyecto totalmente en impresión 3D, antes de eso lo primero es como lo estamos haciendo, que es entre dos muros va con elementos que son otros materiales.

Técnicamente ¿cómo ve posible la articulación entre estas técnicas constructivas? En referencia a acabados, mobiliario, estructura, etc.

R/. Si es posible. Por ejemplo, en el tema de la plaza para instalar la máquina, es necesaria y esta es construcción tradicional.

¿Qué ventajas considera usted traería la implementación de dicha articulación de técnicas a la construcción de vivienda? ¿por qué?

R/. Esa técnica tradicional facilita la

impresión 3D, las posibilidades son infinitas

¿Qué desventajas cree usted que traería para el gremio de la construcción la implementación de la impresión 3D como técnica constructiva?

R/. Hasta ahora no hemos visto desventajas, la única sería el reto social en cuanto al desempleo, ya que hay que lograr que los trabajadores entiendan que va a haber una transformación del empleo y por tanto se necesitara una mano de obra más calificada.

ARQUITECTO

DAVID VOLKMAR VÉLEZ

Años de experiencia: 5 años Lugar en que desempeña: Laboratorio FABLAB (Colegio Mayor de Antioquia) Técnicas constructivas desarrolladas: Impresión 3D en plástico.

¿Qué materiales utilizan actualmente para la impresión 3D?

R/. En este momento se usa PLA y ABS y están mirando el tema del reciclaje para hacer filamentos con plástico PET.

¿Qué técnica de impresión 3d se desarrolla en el laboratorio del

FABLAB y en qué escala se puede imprimir?

R/. Generalmente se imprime en tamaño real, el tamaño máximo ha sido 50x50x50cm, pero se pueden hacer impresiones por piezas para luego ensamblar y obtener un producto de mayor tamaño.

¿Qué técnicas de impresión 3D conoce?

R/. Impresión 3D en general, hablando de plástico, es como se juega con los puentes o soportes y como se optimiza la pieza o se juega con las boquillas o calibres para imprimir a mayor velocidad y ahorrar tiempo o con mayor definición. Se explora es con las variantes destinadas al diseño.

¿Con cuál de las anteriores técnicas ha trabajado?

R/. Impresión 3D en plástico en pequeña escala.

¿Considera usted que la impresión 3D como modelo para construir vivienda contemporánea en la ciudad de Medellín es viable? ¿por qué?

cogiendo mucha fuerza, pero no ha llegado a los rendimientos que exige la industria en este momento, siento que todavía falta explorar para el mercado colombiano particularmente.

Lo que se puede explorar con la impresión 3D ahora son las uniones, anclajes o imprimir elementos para formaletas. Pero pensar en hacer toda una vivienda con impresión 3D creo que es muy imaginario, a pesar que conconcreto tiene una impresora 3D todavía están en una fase muy experimental ya que aún no lo han aplicado a su propio flujo de trabajo.

¿Qué materiales alternativos considera que puede utilizar la impresión 3D?

R/. Sería ya otros tipos de técnicas de impresión 3D que desconozco. Todo el tema de plásticos se puede reciclar, pero pensando en otros materiales, en la línea gastronómica se cambia la boquilla para extruir chocolate u otro tipo de alimento que aporte en esta línea.

¿Cuáles son las variables que usted consideraría para la construcción de una vivienda con impresión 3d?

R/. Si llega a ser viable no es ahora, creo que es una tecnología que está

(rendimientos, tiempo, impacto ambiental, etc.)

R/. Considero que el impacto ambiental disminuye ya que de entrada se requiere de algo personalizado, entonces no se gasta en formaletas o encofrados especiales, entonces ahí se disminuye costos, además que lo que se inyecta no va requerir de acabados posteriores. En el tema de desperdicios tampoco, ya que se inyecta lo que se usa y no habría que realizar un acabado posterior.

Respecto a las variables, están las de definición, se hace capa por capa, se puede hacer con mayor grosor y mayor velocidad, o menos grosor y con más estabilidad y un tiempo mas largo.

¿Considera que las técnicas constructivas tradicionales se podrían articular con la impresión 3D para la construcción de vivienda contemporánea?

R/. Yo creo que no, se puede convertir mejor en accesorios y complementos para facilitar la construcción de los otros, creo que la construcción 3D no puede absorber todas las técnicas, porque a la final solo estamos hablando que imprimir es empujar algo, un tubo o una boquilla, lo que sea capaz de exprimir lo puede convertir en algo, pero ya el hecho de reemplazar una técnica completa no, pero si puede facilitar el proceso de la técnica.

¿Qué ventajas considera usted traería la implementación de dicha articulación de técnicas a la construcción de vivienda? ¿por qué?

R/. El primero es el tema ambiental con la disminución de los desperdicios, no requiere tanta mano de obra, permite el mismo acabado en todas las piezas entonces mejora los rendimientos y la definición ya que el mismo acabado se asegura que será el mismo en toda la obra.

¿Qué desventajas cree usted que traería para el gremio de la construcción la implementación de la impresión 3D como técnica constructiva?

R/. Los costos, el rendimiento ya que puede ser más lento extruir un pedazo a tener con la manera tradicional varias formaletas vaciar y desarmar y que estas estén listas al mismo tiempo, entonces por eso no considero que no va ganando la impresión 3D.

No es pensar en vivienda masiva, sino en la vivienda rural, ya que puede ser difícil trasladar tantos materiales por las vías, pero si uno transporta la impresora puede ser más eficiente.

¿Sabe algo más sobre el tema o algún aporte que considere importante?

R/. Es una buena herramienta de exploración, por ejemplo cuando se está probando ensambles, es bueno tener la posibilidad de imprimir antes para ensayar, o accesorios finales que puedan ayudar a la arquitectura. También es importante la exploración y buscar un objetivo porque en realidad se pueden hacer cualquier cosa, sin necesidad de mandar a fabricar en otro lugar, también es la flexibilidad que tiene la maquina y que potencial se le puede sacar.

INGENIERO CIVIL JAVIER EMILIO PENAGOS

Años de experiencia: 6 años Lugar en que desempeña: Universidad

EIA Sede las Palmas

Técnicas constructivas desarrolladas: Vaciados y pórticos.

¿Qué técnica tradicional considera que puede ser más asequible en la ciudad de Medellín para la construcción de vivienda, y por qué?

R/. Construcción tradicional en mampostería. Está cogiendo fuerza otros tipos de construcciones, en temas de tiempo y precio, la tradicional.

¿Que conoce de la construcción con técnicas de la impresión 3D?

tradicional, creo que si puede funcionar mejor que una tradicional.

R/. Muy poco. Se que es un proceso que le falta mucho desarrollo, que en Colombia es novedoso y apenas está cogiendo fuerza y se está investigando, que en el mundo ya se ha estado desarrollando desde hace rato, que a futuro tiene que tener alguna entrada y para la construcción de vivienda de 1 y 2 pisos puede ser una tecnología muy interesante, que va ayudar a tener menos desperdicio e impacto ambiental.

¿Como influyen las nuevas técnicas de impresión de 3D en el campo de la ingeniería civil?

R/. Influencia positiva, disminuye desperdicios, mejora los rendimientos y procesos, no solo en la construcción sino en todo lo que se hace debe ser ya muy automatizado, eliminar muchos pasos que hacen el proceso largo.

¿Considera que a nivel estructural una vivienda construida con impresión 3d pueda tener los mismos o mejores resultados que las realizadas con técnicas tradicionales?

R/. Si, depende del diseño, del área de la casa, del número de pisos. Pero si se tiene una vivienda de un piso,

¿Que tan pertinente considera la replicabilidad de una vivienda en construcción 3D en la Ciudad de Medellín?

R/. Muy importante, porque si se logra un modelo que funcione, se puede replicar fácilmente, se solucionarán muchas cosas, podría brindar mayor productividad, mayor eficiencia, menores costos, mucha más rapidez, puede ser bastante productivo para cualquier Ciudad.

¿Cree posible que en un futuro la articulación de técnicas constructivas tradicionales con técnicas de la impresión 3D para la vivienda?

R/. Lo creo muy probable, porque si o si es el paso que sigue, es industrializar unos pasas que hoy en día son muy artesanales en la construcción y posiblemente este sea el paso que tengamos que dar, esto nos acerca a industrializar mejor el proceso hacerlo cada vez más técnico.

¿Técnicamente como ve posible la articulación entre estas técnicas constructivas, en referencia a acabado, mobiliario y estructura?

R/. Lo veo viable, hay cosas que resolver a este punto, en la impresión 3D a pesar que no se tiene acabados como los que existen hoy en día, creo que da la facilidad y la flexibilidad de jugar con los diseños el tema de acabados, el tema del mobiliario, conectar bien con otro tipo de elementos. Se puede utilizar para jugar con diseños.

¿Qué ventajas considera usted que traería la implementación de dicha articulación en técnicas de la construcción de viviendas? ¿Y por qué?

R/. Disminución de tiempo, de costos, de desperdicios, aumento de la eficiencia de la mano de obra, aumento de la calidad de los procesos, reducción en los temas de supervisión, mayor implementabilidad, mayor productividad.

¿Que desventajas cree que podría traer para el gremio de la construcción la implementación de la impresión 3D como técnica constructiva?

R/. Hay un gran reto, no es pensar que ya no van a tener trabajo las personas, como pasar la mano de obra no calificada a trabajar en un proceso que va requerir calificación o que incluso no va requerir tanta mano de obra, es como transformar esos empleos,

porque yo creo que la primera brecha, como reemplazar una cuadrilla de 4 personas a una impresora que funciona con mano de obra calificada, que hago con esas 4 personas a donde las llevo? Como pongo a funcionar el proceso o como califico yo esa mano de obra para que esa misma mano de obra me ayude a implementar el sistema de una mejor manera con mayor eficiencia, no necesaria mente es pensar que ya no van a tener trabajo, sino como la energía y capacidad de esas personas se puede utilizar en el nuevo proceso, es un reto. No se me la respuesta, pero hay muchas cosas que pueden pasar.

¿Sabe algo más sobre el tema, o tiene algún aporte que considere importante para la investigación?

R/. En impresión 3D, poco. Pero si sé que la prefabricación está ganando cada vez más fuerza. En Nueva Zelanda hace prefabricación desde los años 80, china, han empezado a ganar mucho espacio con eso. Entonces aquí ya empezamos con la impresión 3D, ya se comenzó a abrir la puerta a otros esquemas modulares de prefabricación, a pensar la construcción de una manera distinta.

A continuación se presentan algunas observaciones sobre las entrevistas.

Cómo parte del gremio de la construcción ¿Qué conocimientos tiene sobre la impresión 3D en la construcción?

Solo 4 de los 9 profesionales entrevistados tiene un conocimiento claro sobre la impresión 3D, 3 de ellos a escala pequeña y mediana, mientras que solo el personal de conconcreto ha tenido una experiencia macro; otros 4 tiene conocimiento sobre la impresión 3D pero nunca ha tenido un acercamiento con esta tecnología y solo 1 profesional no tiene conocimiento de esta tecnología. Estos resultados se dan debido a que la impresión 3D no se ha desarrollado a profundidad en el país por falta de inversión en estas nuevas tecnologías.

¿Qué tan pertinente considera la construcción de vivienda contemporánea en Medellín por medio de impresión 3D?

8 de los 9 profesionales entrevistados considera favorable la construcción de la vivienda contemporánea en Medellín por medio de la construcción 3D, aunque todos concuerdan que se debe tener en cuenta que es un proceso en etapa de exploración y ensayo por lo cual lo ven viable a futuro cuando esta tecnología tenga mayor impacto en la industria; el profesional restante asegura que esto no es viable por factores económicos.

¿Cree posible en un futuro, la articulación de técnicas constructivas tradicionales con técnicas de impresión 3D para vivienda? ¿Y cómo? (estructura, acabados, mobiliario).

7 de los 9 profesionales entrevistados ven posible la articulación de las técnicas constructivas tradicionales con técnicas de la impresión 3D para vivienda, principalmente en lo que se refiere a acabados y mobiliarios, asegurando estructuralmente no se podría hacer una articulación ya que esta debe ser en un solo sistema de construcción, además ven mas cercana la posibilidad de empezar a construir viviendas con esta articulación de técnicas que solo viviendas con impresión 3D. 1 de los profesionales considera que aun esta en etapa de experimentación como para afirmar alguna de estas articulaciones, mientras que 1 profesional no lo ve viable porque considera que son técnicas totalmente independientes.

Tabla 8. Conclusiones entrevistas

¿Qué ventajas considera usted traería la implementación de dicha articulación de técnicas a la construcción de vivienda?

Todos los profesionales entrevistados consideran que las ventajas mas notorias de la articulación de técnicas constructivas en la vivienda son: Disminución en tiempo y costos, mejorías en la calidad y rendimientos y disminución del impacto ambiental.

¿Qué desventajas cree usted que traería para el gremio de la construcción la implementación de la impresión 3D como técnica constructiva?

8 de los 9 profesionales entrevistados consideran que la mayor desventaja seria para el sector obrero, puesto que acabaría con la mano de obra y este gremio es uno de los mas fuertes en el país; otra desventaja es que la impresión 3D requiere personal capacitado, el cual no hay solvencia para la cantidad de obras que se realizan en el país y finalmente que no se ha considera las viviendas en impresión 3d en forma masiva. Un solo profesional considera que no hay información suficiente para dar una conclusión.

¿Qué impacto cree que tendrá la implementación de la impresión 3D en la mano de obra y materialidades de los proyectos?

Por parte de los profesionales entrevistados a los que se dirigió esta pregunta, consideran que en cuanto a mano de obra el impacto es negativo ya que esta se puede ver reducida; mientras que en la materialidad de los proyectos se pueden ver impactos positivos puesto que se pueden utilizar materiales alternativos, se reducen los desperdicios y se pueden reinventar formas y acabados.

Las 9 entrevistas realizadas nos arrojan resultados positivos acerca de la impresión 3D en la vivienda contemporánea, puesto que la mayoría de los profesionales considera que es viable que en un futuro las viviendas sean por medio de impresión 3D, trayendo consigo una suma de ventajas que se han venido exponiendo en la investigación como lo son: impacto

ambiental, rendimiento, costos, tiempo y materiales alternativos. Todos los profesionales afirman que si bien la impresión 3D en el ámbito de la construcción aun se encuentra en fase de experimentación por lo cual habría que abundar mucho mas sobre como serian aplicadas estas técnicas. Finalmente, la conclusión más potente es que se dé primero

una articulación de los sistemas constructivos tradicionales con los sistemas constructivos a impresión 3D para solventar desventajas como la mano de obra, la construcción en altura, la variedad en acabados, lograr disminuir los desperdicios de material y disminuir el impacto ambiental por medio de materiales alternativos.

Casa Origami 2.2

CASO DE ESTUDIO

Continuando con la busqueda de información respecto al desarrollo de la construcción con impresión 3D, se realiza una observación estructurada al caso de estudio a nivel local, el cual es el prototipo de vivienda con impresión 3D, La Casa Origami, donde además de obtener registro fotográfico a detalle, se busca analizar variables como los procesos técnicos, la materialidad, condiciones físicas, cualidades espaciales, factores externos e impacto ambiental.

Figura 27. Casa Origami

Año: 2017

Área: 23.4m²

Diseño y fabricación: Constructora Conconcreto S.A.

Ubicación: Universidad Escuela de Ingeniería de Antioquia

Es el primer prototipo de vivienda en impresión 3D realizado en Colombia construido para ser habitado por una persona. Posee grandes ventanas que permiten una buena iluminación natural, además de contar con paneles solares en la cubierta que sirven para abastecer la totalidad del uso de la vivienda. A su alrededor se observan diferentes mobiliarios en impresión 3D, los cuales fueron las primeras muestras realizadas con la impresora, y que además se realizan con los sobrantes de mezcla para la impresión de la vivienda.

El prototipo se construye con el ensamble de piezas impresas anteriormente en el laboratorio de Conconcreto el cual está ubicado en la EIA, donde los muros al momento de ser extruidos por la impresora son reforzados con varillas las cuales fueron calculadas por el equipo de desarrollo, tratando de semejar un muro convencional con refuerzo metálico y que se cumpla con la norma sismorresistente. La cubierta es construida en técnicas tradicionales, en la cual se agrega un panel de energía solar y vegetación, buscando que el prototipo sea sostenible.

Figura 28. Isométrico explotado Casa Origami.

Se fabrica una losa de concreto vaciado la cual contiene las redes hidrosanitarias.

Se imprimen 32 piezas reforzadas las cuales se unen y conforman los muros de la casa.

Se ubica y fabrica la cubierta y se inserta una cobertura vegetal.

Se insertan las ventanerías, el panel de energía solar y la instalación de red eléctrica a la vista.

Finalmente se instala la red eléctrica a la vista y se generación de mobiliario con la mezcla sobrante.

Figura 29. Esquema fabricación Casa Origami.

La construcción con imresión 3D genera menos desperdicios de obra que una realizada con construcción tradicional, pues se calcula cuanta mezcla se requiere y lo que sobra se utiliza en la generación de mobiliario, además que se evita la manipulación de químicos en obra que posteriormente pueden contaminar, y además no se general residuos por formaletas y se disminuye la generación de polvo y partículas.

IMPACTO AMBIENTAL PROCESOS TÉCNICOS CONDICIONES FÍSICAS

Se realizó con diseño paramétrico y herramientas digitales como Revit. El proceso de impresión por módulos, y duró 27 horas, para un total de 32 piezas. Luego se ensambló y construyó la vivienda. No es completamente impresión 3D, los muros tienen un espesor de 15 cm con refuerzos metálicos al interior de forma ortogonal. Las redes se diseñnan en conjunto a la vivienda. Cuenta con todas las instalaciones para ser habitada.

La construcción con imresión 3D genera menos desperdicios de obra que una realizada con construcción tradicional, pues se calcula cuanta mezcla se requiere y lo que sobra se utiliza en la generación de mobiliario, además que se evita la manipulación de químicos en obra que posteriormente pueden contaminar, y además no se general residuos por formaletas y se disminuye la generación de polvo y partículas.

CUALIDADES ESPACIALES

Al interior de la vivienda se percibe un cambio térmico que permite llegar a un estado de confort y de resguardo de las condicions climáticas, el espacio interior es agradable, cómodo y funcional.

Tiene el tamaño adecuado para una persona con todas las comoidades necesarias, baño dotado, cocina y una habitación. No cuenta con un espacio social (sala y comedor), tiene grandes ventanas y ventanales que favorecen la iluminación y ventilación natural. Al ser impreso por partes pierde continuidad y calidad estética pues no se realiza un empate estético entre las piezas.

MATERIALIDAD

Se desarrolla una mezcla fluida, pero con suficiente viscosidad para que no se derrame o deforme cuando ya se ha impreso. Los componentes y desarrollo de la mezcla son un secreto industrial de Conconcreto, por lo que no se sabe más de cómo se realizó, pero se resalta que ha sido el mayor reto que han presentado desde que incursionan en la impresión 3D, pues puede tener alteraciones de acuerdo al lugar en dónde se imprime, además de ser altamente costosa.

Figura 30. Esquema Casa Origami.

Figura 31. Impresora 3D Conconcreto.

A nivel mundial 2.3

VIVIENDAS EN IMPRESIÓN 3D

A continuación se expone un análisis documental dónde se recopilan los proyectos de vivienda con impresión 3D más relevantes que se han realizado en diferentes partes del mundo, cada uno desarrollado en condiciones y contextos muy diferentes, con una técnología específica de impresora. Se analiza según las mismas variables del estudio de caso de la Casa Origami, tales como: procesos técnicos, la materialidad, condiciones físicas, cualidades espaciales, factores externos e impacto ambiental.

VIVIENDA MARRUECOS

Año: 2018

Área: 32m²

Diseño y fabricación: Be More 3D con la impresora BEM PRO 2

Ubicación: Benguerir, Marruecos.

África.Año: 2018

En septiembre de 2018 durante la primera edición del «Solar Decathlon África», en Marruecos, en el cual se promociona la utilización de energía renovables en la fabricación de inmuebles, se presentó la empresa Be More 3D, para demostrar su tecnología con la construcción de una casa de de 32 m2 en 12 horas. La empresa comenta que pueden hacerse casas hasta de 90 m2 en el mismo tiempo, pues esto hizo parte de una demostración, y or esto llevó más tiempo. Este suceso le dió a la empresa el premio como el startup más innovador.

Figura 32. Vivienda Marruecos.

La construcción con impresión 3D reduce la generación de residuos y despericio de material ya que se genera solo el material necesario para la construcción a realizar, además de que las emisiones de CO2 se disminuyen.

IMPACTO AMBIENTAL PROCESOS TÉCNICOS CONDICIONES FÍSICAS

FACTORES EXTERNOS

Está fabricada desde su diseño para poder adaptarse al clima africano, además de que busca ser un prototipo que se pueda replicar en cualquier parte del mundo para solucionar la problemática de vivienda para personas de escasos recursos.

PROTOTIPO VIVIENDA MARRUECOS

Impresora BEM PRO 2

Construído in situ. Su proceso de impresión tardó 12 horas en una vivienda de 32 m2, en dónde se usó la impresora BEM PRO 2, la cual se mueve dibujando el contorno de la obra y, progresivamente, vierte capas que fraguan y se solidifican una encima de la otra hasta construir un muro firme.

CUALIDADES ESPACIALES

Es un espacio adecuado para una persona, dado que el espacio es muy reducido no se podrían ingresar muchos muebles, además de que no cuenta con divisiones internas, lo que hace que sea un mono - espacio.

Prototipo de escala pequeña, cuenta con pequeñas aberturas para ventanas y la puerta de entrada, además su textura es porosa y en capas por la inyección de concreto de la impresora 3D. Los muros son de al menos 15 cm de grosor.

MATERIALIDAD

La impresión se realiza en concreto, dando como resultado una vivienda de hormigón armado que a la hora de imprimirse generanda muros rígidos de textura acanalada y extremos poco prolijos; para lograr que el acabado sea pulido se requiere una mezcla mas espesa, pues de lo contrario no solo los extremos serán desprolijos, si no que la textura acanalada se vera afectada por el desplazamiento del material mientras esta fragua.

Figura 33. Esquema Prototipo Vivienda Marruecos

VIVIENDAS TECLA

Año: 2020

Área: 60m²

Diseño y fabricación: Mario Cucinella

Arquitectos, con oficinas en Bolonia y Nueva york, y la compañía italiana especializada en impresión

3D WASP.

Ubicación: Massa Lombarda, Rávena, Italia. Europa.

La vivienda fue nombrada Tecla en honor a una ciudad imaginaria descrita por Italo Calvino en Las Ciudades Invisibles. La impresora cuenta con dos brazos sincronizados que actúan simultáneamente, se necesitaron 200 horas para realizar la estructura y el revestimiento. La vivienda fue inspirada en la avíspa alfarera, está compuesta por una doble cúpula que hace la función de estructura autoportante, cubierta y revestimiento. El objetivo del proyecto es proporcionar modelos sostenibles y asequibles, reduciendo el tiempo de construcción y de consumo energético, con la capacidad de adaptarse a diferentes climas.

Figura 34. Viviendas Tecla.

IMPACTO AMBIENTAL PROCESOS TÉCNICOS

Su impacto es cani nulo, ya que el material utilizao no genera residuos y una vez terminada su vida útil puede volver a la tierra posibilitando su proceso de desconstrucción el cual solo sería derribar los muros y quitar acabados como puertas y ventanas.

FACTORES EXTERNOS

Al ser construida ne un material como el barro y contar con grandes espesores de muro, su adaptabilidad a condiciones climáticas es alta, pues desde su diseño se pensó, para que pudiera ser construida en cualquier parte del mundo, sumando a esto que es construida por módulos que permiten que la topografía no sea un impedimento. La mayor afectación patológica sería el desgaste del acabado exterior por el agua lluvia, pero para esto se utiliza un sellante que alarga la durabiidad del material frente al desgase que pueda tener por el impacto de las goteras.

CUALIDADES ESPACIALES

La vivienda se compone de dos módulos, el módulo principal en dónde se sitúa la zona social, una cocina con sala comedor y el módulo más pequeño con una habitación y el baño.

Se utilizaron 200 horas para su construcción. Su creación se basa en el código G impresos en 350 capaz de 12 mm creando un área útil de 50 m2 y gastando 60 m3 de tierra cruda en su extrusión. El diseño simula una colmena de abejas permitiendo su modulación y adaptabilidad para una posible expansión a futuro.

CONDICIONES FÍSICAS

Su escala es media, puede crecer longitudnalmente pero no en altura, los acabados son en barro donde se observan las capas de impresión. El grosor e los muros es de 30 cm sin contar los acabados y la altura máxima es de 3.20 m. Al ser construida en barro el mantenimiento de la vivienda es bajo.

MATERIALIDAD

La impresión se realiza en una mezcla de tierra cruda (barro), que puede ser reemplazada con tierra o arcilla, es decir materiales de origen local, un material biodegradable y reciclable que hará que la construcción no tenga residuos; la impresión del material se da en manera de forma ondulada, generando canales verticales en el exterior dando un acabado similar a la tapia.

Figura 35. Esquema Prototipo Viviendas Tecla.

VIVIENDAS NACAJUCA

Año: 2021

Área: 46m²

Diseño y fabricación: Sinergia entre la empresa mexicana Échale y la firma de origen estadunidense

New Story, coordinadas con la Secretaría de Bienestar estatal y autoridades de Nacajuca, Tabasco con la impresora Vulcan II.

Ubicación: Villahermosa, Tabasco, México. América.

Esta vivienda de 46 m2 es la primera de su tipo y tardó en imprimirse aproximadamente 24 horas con una impresora que fue elaborada durante 4 meses. El proyecto prevee construir una especie de barrio de aproximadamente 200 casas, de las cuales 50 estarían realizadas con impresión 3D y las 150 restantes serían elaboradas con un material llamado ecoblock.

Figura 36. Viviendas Nacajuca.

IMPACTO AMBIENTAL PROCESOS TÉCNICOS

Se contrata trabajadores locales para construir sus propias comunidades, por lo que colocar una impresora 3D de una empresa de tecnología estadounidense en el corazón de un pueblo rural fue un cambio.

FACTORES EXTERNOS

Las viviendas unifamiliares son un buen tipo de unidad para testear la durabilidad de la construcción impresa en 3D porque son pequeñas y ofrecen un proceso de diseño repetitivo sin mucha altura. También se pueden construir para tolerar desastres naturales: Nacajuca se encuentra en una zona sísmica y las casas allí ya han resistido a un terremoto.

Impresora Vulcan 2

Las casas fueron construidas a partir de la impresora 3D Vulcan 2, desarrollada por ICON. Para construir las viviendas, la impresora vierte capas de lavacrete (una mezcla de concreto patentada) en largos remolinos, operada por 3 técnicos los que puede terminar una casa en menos de 24 horas.

CONDICIONES FÍSICAS

Las casas tienen un área de 46,45 m² con dos dormitorios, una cocina y un baño terminados y con plomería interior. La casa se hizo con una impresora tridimensional de 3,35 metros de altura. Las viviendas pueden tolerar condiciones extremas y ya han resistido un terremoto de magnitud 7,4.

MATERIALIDAD

CUALIDADES ESPACIALES

Hay una ganancia de velocidad muy significativa que se obtiene con la impresión 3D, sin sacrificar la calidad. La velocidad es solo un factor para completar una aldea: New Story se ha asociado con funcionarios locales en Tabasco para llevar servicios de alcantarillado, electricidad y agua a la comunidad.

En la construcción, se utilizaron materiales tradicionales como hormigón, espuma y polímeros; generando acabados limpios al utilizar materiales en tonos blancos, los cuales se imprimen en capaz finas de forma horizontal generando una textura acanalada pulida gracias a que el material se imprime en una textura espesa evitando derrames en el proceso de fraguado.

Figura 37. Esquema Prototipo Viviendas Nacajuca.

VIVIENDAS GAIA

Año: 2018

Área: 9m²

Diseño y fabricación: WASP con la impresora

CraneWASP.

Ubicación: Gaia, Italia. Europa.

Durante el año 2018 el fabricante italiano WASP presentó Gaia. Es una casa impresa en 3D hecha de materiales alternativos como la tierra y el arroz con la utilización de su impresora modular Crane. El objetivo de este proyecto fue utilizar las materias primas que se pueden encontrar localmente y darles un valor agregado. su impresión tuvo un total de 100 horas de impresión y 27 kilómetros de extrusión.

Figura 38. Viviendas Gaia.

IMPACTO AMBIENTAL PROCESOS TÉCNICOS

Su impacto es cani nulo, ya que el material utilizao no genera residuos y una vez terminada su vida útil puede volver a la tierra posibilitando su proceso de desconstrucción el cual solo sería derribar los muros y quitar acabados como puertas y ventanas.

FACTORES EXTERNOS

Al ser construida ne un material como el barro y contar con grandes espesores de muro, su adaptabilidad a condiciones climáticas es alta, pues desde su diseño se pensó, para que pudiera ser construida en cualquier parte del mundo, sumando a esto que es construida por módulos que permiten que la topografía no sea un impedimento. La mayor afectación patológica sería el desgaste del acabado exterior por el agua lluvia, pero para esto se utiliza un sellante que alarga la durabiidad del material frente al desgase que pueda tener por el impacto de las goteras.

CUALIDADES ESPACIALES

La vivienda se compone de dos módulos, el módulo principal en dónde se sitúa la zona social, una cocina con sala comedor y el módulo más pequeño con una habitación y el baño.

Se utilizaron 200 horas para su construcción. Su creación se basa en el código G impresos en 350 capaz de 12 mm creando un área útil de 50 m2 y gastando 60 m3 de tierra cruda en su extrusión. El diseño simula una colmena de abejas permitiendo su modulación y adaptabilidad para una posible expansión a futuro.

CONDICIONES FÍSICAS

Su escala es media, puede crecer longitudnalmente pero no en altura, los acabados son en barro donde se observan las capas de impresión. El grosor e los muros es de 30 cm sin contar los acabados y la altura máxima es de 3.20 m. Al ser construida en barro el mantenimiento de la vivienda es bajo.

MATERIALIDAD

La impresión se realiza en una mezcla de tierra cruda (barro) y fibras provenientes del arroz, las cuales son utilizadas en el interior de la armazón del muro para darle mas rigidez al material, utiliza la misma impresora que las viviendas tecla por lo cual no genera residuos y sus materiales son completamente biodegradables; el acabado del material mezcla un tejido acanalado horizontal, con un patrón de hondas diagonales en el exterior.

Figura 39. Esquema Prototipo Viviendas Gaia.

VIVIENDAS NANTES

Año: 2018

Área: 95m²

Diseño y fabricación: Concejo de Nantes, una asociación de vivienda y la Universidad de Nantes con la impresora BatiPrint 3D

Ubicación: Nantes, Francia. Europa.

La vivienda está diseñada para una familia de aproximadamente 5 personas, con cuatro dormitorios. Su diseño incluye paredes curvas para reducir los efectos de la humedad y controles digitales para personas con discapacidad. Imprimir la casa tardó 54 horas y se necesitaron aproximadamente 4 meses más para completarla con ventanas, puertas y el techo. En total su costo fue de aproximadamente US$234.000, que implica un ahorro del 20% respecto a lo que costaría una casa idéntica construida de manera tradicional.

Figura 40. Viviendas Nantes.

IMPACTO AMBIENTAL PROCESOS TÉCNICOS

El procedimiento de fabricación debería reducir las emisiones de CO2 en un 75% y del 50% en el consumo de energía.

FACTORES EXTERNOS

Está equipada con múltiples sensores que monitorizan la calidad del aire, la humedad y la temperatura, y de un equipo para evaluar y analizar las propiedades térmicas de la construcción.

VIVIENDAS NANTES EN FRANCIA

Impresora BatiPrint 3D

El robot, conocido como BatiPrint3D tardó unos 18 días en completar su trabajo, creando paredes huecas que posteriormente se llenaron de concreto para su aislamiento térmico.

CONDICIONES FÍSICAS

La impresora realiza el recorrido de impresión en forma de “Y” generando muros de aproximadamente 50 cm de diametro.

CUALIDADES ESPACIALES

Es una casa de 95 m2 con todas las comodidades para ser habitada por familias. En sus espacios encontramos sala, cocina, baño y 5 habitaciones.

MATERIALIDAD

La impresión se realiza con una mezcla en concreto por capas, cada pared esta compuesta de dos capas de aislante de poliuretano, con un espacio entre ellas que se rellena con otra impresión en concreto, generando un acabado espumoso poco prolijo gracias a la textura del poliuretano por lo cual luego de este proceso se da un acabado liso a las paredes de forma tradicional.

Figura 41. Esquema Prototipo Viviendas Nantes.

EDIFICIO DUBAI

Año: 2019

Área: 640m²

Diseño y fabricación: Apis COR con la impresora

Frank.

Ubicación: Dubai, Emiratos Árabes. Asia.

El proyecto contempló muros de 9,5 metros de alto en una superficie total de 640 m2, generando un complejo de 2 pisos y transformándose así en el edificio impreso en 3D más grande del mundo hasta esa fecha. El objetivo del proyecto era probar su sistema de impresión de hormigón bajo condiciones extremas de calor y humedad. Por el gran tamaño de la obra fue necesaria una grúa para trasladar la impresora y moverla durante la impresión. Sin embargo, tanto la colocación del hormigón de las fundaciones y pilares estructurales como de la armadura en secciones de los muros impresos, fueron realizadas por operarios humanos. En total, fueron necesarios 3 trabajadores.

Figura 42. Edificio Dubai

Requirió aproximadamente 15 trabajadores y generó aproximadamente un 60% menos de desechos en comparación con otras construcciones. Además de utilizar solamente la cantidad necesaria de material.

IMPACTO AMBIENTAL PROCESOS TÉCNICOS CONDICIONES FÍSICAS

El proceso de impresión 3D tardó aproximadamente 3 semanas en completarse, incluyendo el ensamblaje con las piezas prefabricadas y los acabados por parte de los obreros. Las losas para el segundo piso fueron prefabricadas. Por tanto, se conjugaron distintas metodologías constructivas para poder llevar a cabo este

FACTORES EXTERNOS

Este edificio se construyó en condiciones naturales. No hubo una preparación ni construcción de un elemento como una carpa para proteger la construcción ni la impresora de las condiciones climatológicas, lo que representó un mayor reto para la compañía, pues factores como la temperatura y la humedad no estaban controlados. Pero se buscaba afrontar el reto de construir completamente a la intemperie.

EDIFICIO

Proyecto de 9.5 metros de alto, dos niveles y aproximadamente 640 m de área. Es un proyecto de escala media, sus muros tienen un grosor de aproximadamente 20 cm, los cuales están huecos para introducir el aislamiento térmico y reducir el consumo de energía.

MATERIALIDAD

CUALIDADES ESPACIALES

Las oficinas están muy bien iluminadas gracias a los grandes ventanales instalados. Es un espacio que da la sensación de apertura gracias a sus dobles alturas.incorpora una serie de características como estructuras de paredes internas para aumentar la efectividad del aislamiento.

La impresión se da con un material desarrollado por la empresa Apis Cor, que consiste en una mezcla espesa y de color claro de hormigón, que al ser extruida por la boquilla deja una textura acanalada fina en sentido horizontal, que posteriormente antes de que seque por completo se tiende a alisar en los acabados exterior e interior.

Figura 43. Esquema Prototipo Edificio Dubai.

Impresora Crane WAPS

Impresión 3D en Medellín

La construcción de vivienda en la ciudad de Medellín sin duda alguna es un reto, no solo por sus variables climáticas, sino también su topografía, de ciudad compuesta por laderas; allí es donde entra la impresión 3D con su promesa de adaptabilidad, proporcionando una variedad de impresoras que pueden adaptarse no solo a la topografía, si no también a otras necesidades como materiales alternativos ¿será que alguno de estos prototipos de impresión 3D pueden ser replicados localmente?

3.1

PROCESOS TÉCNICOS Y FACTORES EXTERNOS

de las impresoras 3D

El incesante desarrollo y mejora de las tecnologías implementadas en la construcción a nivel mundial responde al constate cambio de la sociedad, la cual cada vez requiere solventar a mayor velocidad las necesidades de vivienda en el mundo; las tecnologías de impresión 3D son un tema aún desconocido por gran parte de la población y del sector de la construcción, pero han demostrado grandes resultados, suponiendo un nuevo paradigma en la forma de desarrollar los proyectos arquitectónicos, puesto que al unirse con el diseño paramétrico permite infinidades de formas, modulación, materialidad y acabados. En esta variable se analizarán los aspectos técnicos de las impresoras, sus sistemas de funcionamiento y los factores externos que afectan y/o definen el proceso de impresión de la vivienda, 4 impresoras desarrolladas a nivel mundial, donde inicialmente se dará una breve explicación de los sistemas técnicos de dichas máquinas, y finalmente se procede con el análisis.

SISTEMAS DE TÉCNICAS DE IMPRESORAS 3D.

Actualmente existen diferentes sistemas tecnológicos que utilizan las impresoras para la impresión 3D en la construcción, en este caso las impresoras a analizar utilizan las siguientes técnicas:

Brazo robótico: Este sistema se basa en la simulación del movimiento de un brazo humano, mientras se realiza la extrusión del material; estos brazos robóticos pueden funcionar como mecanismo único o puede ser acoplado a otros robots, aumentando la complejidad de la máquina. El sistema de brazo robótico es de los más utilizados en las empresas desarrolladoras de impresoras 3D, ya que estas permiten una impresión más versátil, pero su alcance se ve limitado por el radio de giro del brazo robótico.

Pórtico: Este sistema consta de una estructura generalmente metálica de 2 o más ejes, con un cabezal móvil, donde la impresión se produce dentro de los límites de dicha estructura. Este sistema permite la adecuación de la impresora según las necesidades del cliente o del terreno.

A continuación, se enmarcan los principales aspectos técnicos y las condiciones externas que se deben tener en cuenta a la hora de realizar un proyecto con impresión 3D, analizando 4 tipos de impresoras que han desarrollado proyectos exitosos a nivel mundial, teniendo en cuenta aspectos tales como el tipo de técnica, la posibilidad de construcción in situ, dimensiones, entre otras.

Figura 44. Esquema Impresora tipo pórtico.

Figura 45. Esquema Impresora tipo brazo robótico

Impresora: Frank

Desarrollada por la compañía APIS COR, es una impresora que funciona a través de la técnica de brazo robótico giratorio, el cual imprime todo el proyecto directamente en el sitio mediante la inyección de capas de concreto y fibra de vidrio las cuales van formando las paredes de la construcción.

En este caso la impresora FRANK cubre un área total de 132 m2. Además de que permite la construcción de una vivienda perfectamente habitable en 24 horas, dejando cero residuos de construcción, es fácil de transportar y no necesita de una preparación previa del terreno de la edificación ya que utiliza un sistema automático de estabilización horizontal para la construcción de casas en terreno irregular. De igual manera, esta empresa rusa desarrolla su propio software y un programa de control con el fin de facilitar y mejorar el trabajo de construcción.

Se estima que el tiempo de instalación de la impresora en el sitio es de 30 minutos y solo se requiere de 2 operarios. El uso de esta tecnología permite ahorrar entre un 25% al 40% de los costos totales de construcción en

comparación con la construcción tradicional. Esto se logra gracias a la minimización de la mano de obra, la automatización del proceso gracias al diseño paramétrico, donde se modela completamente el proyecto en softwares específicos que se enlazan a la impresora, permitiendo hasta calcular la cantidad de material necesario para la impresión de la vivida, además de reducir el tiempo de construcción a un par de días, ya que la impresora puede trabajar día y noche sin pausa.

Figura 46. Esquema Impresora Frank.

Impresora: Crane Wasp

Desarrollada por el fabricante italiano de impresoras 3D WASP, La Crane WASP que se ha denominado “The infinity 3D printer”, es una impresora modular con varias configuraciones, la cual está construida a través de perfiles ligeros que actúan como pórtico, los cuales se

adaptan y expanden el área de impresión. El modelo básico de la impresora ofrece un volumen de impresión de 6.60 m de diámetro y 3m de altura.

Está diseñado para la de extrusión concreto y fibras naturales. Cuenta con la posibilidad de agregar brazos metálicos los cuales aumentan la posibilidad y versatilidad de la impresión, adaptándose según las necesidades del usuario y terreno, de ahí recibe el nombre de impresora 3D infinita. Crane WASP ocupa una superficie más pequeña que modelos anteriores fabricados por la empresa 3D WASP, sin reducir el área de impresión, y está diseñada para imprimir con materiales locales con la incorporación de fibras naturales lo que reduce los costos de transporte y materiales, además de tener la misma característica de las impresoras 3D de reducir el tiempo de construcción y la cantidad de mano de obra necesaria para llevar a cabo el proyecto.

Figura 47. Esquema Impresora Crane Wasp.

Impresora: Vulcan 2

Desarrollada por la empresa ICON, fabricante de impresoras 3D de concreto, es un modelo de impresora diseñado únicamente para proyectos de vivienda de una sola planta, tiene una superficie de 185 m2 y un ancho ajustable para adaptarse a diferentes tipos de suelo, cuenta con una altura de 3.5 m, la cual permite imprimir paredes de 2.6 m. No requiere ningún tipo de montaje y solo se necesitan entre 4 y 6 personas para manejarla, puesto que la compra de la máquina incluye un paquete de software personalizado que garantiza que la configuración, las operaciones y el mantenimiento sean lo más simples y sencillos posible.

Junto con la impresora, la empresa ICON desarrolló una mezcla de concreto de alta resistencia que puede imprimirse a alta velocidad sin perder su forma, denominado Lavacrete, el cual permite construir viviendas rápidamente y con un solo material. Se debe tener en cuenta que su maquinaria es de gran tamaño, poco ajustable y su movimiento se da por carriles, lo que restringe un poco la versatilidad del diseño.

Figura 48. Esquema Impresora Vulcan II.

Impresora: BatiPrint 3D

Desarrollada por un equipo de investigadores de la Universidad de Nantes, Francia, los cuales en asociación con LS2N, laboratorio de ciencias digitales de nantes, crearon un robot de 4 m de largo que deposita 3 capas de materiales sucesivos: dos capas de espuma expansiva y un tercio de concreto. Este robot industrial es poli articulado y móvil, lo que le permite operar directamente en el sitio y ser capaz de construir muros de 7 metros.

Cabe resaltar que, así como logra tener una gran capacidad de impresión, también requiere mucho espacio para su instalación y operación, lo que hace el proceso un poco más complicado de realizar.

Figura 48. Esquema Impresora Batiprint 3D.

Concepto de fabricación en 4 modelos de impresoras 3D.

Luego de analizar los 4 modelos de los cuales constan de técnicas diferentes se puede evidenciar que en general utilizan el mismo concepto en la fabricación, donde se trata de modelar a partir de la superposición de capas delgadas de material los cuales son inyectados por una boquilla a un espesor constante, que pueden apilarse entre sí según el material; algunas funcionan con un tipo especial de concreto y otras con materiales vegetales o reciclados. Las técnicas usadas son diferentes, pues unas utilizan brazos robóticos mientras otras funcionan como articulaciones metálicas que se agrupan según el diseño y la necesidad del usuario.

Se evidencia que la mayoría de las impresoras están diseñadas para ser desmontables y facilitar su transporte y/o instalación, pero, aunque pueden trabajar en el sitio, la mayoría requiere de un proceso de descapote y nivelación del suelo para poder ejecutar correctamente la impresión, lo que infiere que la impresión 3D aún depende de procesos desarrollados comúnmente en la construcción tradicional.

Además, cabe destacar que, estas tecnologías de impresión 3D aún no han logrado resolver la cubierta de las edificaciones, ya que no ha sido posible imprimir con un ángulo de inclinación, puesto que, por motivos de las propiedades de la mezcla y su proceso de fraguado, esta requiere de una superficie plana para alcanzar la forma deseada en el proyecto, por ende, en la mayoría de los casos se opta por resolver la cubierta con sistemas tradicionales o prefabricados.

Finalmente, tras realizar este análisis de la variable de procesos técnico y de los factores externos de cada impresora 3D, se define que la más adecuada o que se podría adaptar mejor al contexto de la ciudad de Medellín, teniendo en cuenta la condición de valle, con una topografía montañosa donde crecimiento urbano se está dando principalmente a la periferia, además del déficit de vivienda que enfrenta la ciudad y la carecía de conectividad de algunas zonas, sería la impresora rusa Crane WAPS, ya que al funcionar a través del sistema de pórticos adaptables permite trabajar en la topografía irregular, además de permitir agrandarse según las necesidades del usuario y una gran capacidad de impresión.

Tabla 9. Cuadro comparativo impresoras 3D.

CUALIDADES ESPACIALES Y CONDICIONES FÍSICAS de las viviendas en impresión 3D

Los espacios diseñados a través de la impresión 3D que serán habitados por el ser humano, tienen el propósito de crear piezas arquitectónicas no solo escultóricas y novedosas, sino que satisfaga las necesidades espaciales de las personas. Con ellos se propone mejorar la vivienda, que es el lugar donde conviven la mayor parte del tiempo las personas y por ende donde la habitabilidad del espacio se hace evidente, la calidad del lugar, la apariencia y el acondicionamiento, que es de las cosas que más se valoran. Es importante reconocer que el entorno construido condiciona el comportamiento y el bienestar humano, es así como al ser la vivienda el espacio más íntimo, constituye el lugar básico de habitabilidad y bienestar.

Se busca también observar cual será la escala del prototipo, los acabados, grosor de los muros, adaptabilidad y posibilidad de modificación o expansión, y mantenimiento de la vivienda. Todos estos aspectos se evaluarán para 4 tipos de impresoras 3D, donde se analizará la funcionalidad, el espacio interior, la habitabilidad y el confort que brindan según sus características arquitectónicas, además de lo que significa el uso de diferentes materiales para las condiciones físicas de la vivienda y así poder evaluar la posibilidad de replicar modelos similares en la Ciudad de Medellín.

Los componentes principales de la casa, tales como las paredes o los tabiques fueron impresos a partir de una mezcla concreta, los complementos serían agregados posteriormente.

Caso de estudio: Edificio Apis Cor House

Las soluciones arquitectónicas creativas que permiten los nuevos avances tecnológicos.

CUALIDADES ESPACIALES Y CONDICIONES FÍSICAS

Uno de los propósitos principales era demostrar la flexibilidad de la impresora, y variedad de formas que podría generarse desde rectángulos hasta curvas.

Impresora: Frank - Caso de estudio: Edificio Apis Cor House

Esta casa de 38 m² construida a través de una impresora 3D tipo ‘Frank’, por la firma internacional Apis Cor, cuenta con una cocina funcional equipada con electrodomésticos modernos, sala-comedor, baño, sala de estar y una habitación principal.

Tras generar el edificio en cuestión de horas, los trabajadores instalaron las ventanas, procedieron al cableado de la vivienda y agregaron una capa de pintura al exterior de la casa.

Casa de 38m², equipada con: Electrodomésticos modernos. Sala-comedor.

Baño.

Sala de estar.

Habitación principal.

Figura 49. Esquema Impresora Frank en caso estudio Apis Cor House.

Uno de los propósitos principales era demostrar la flexibilidad de la impresora, y variedad de formas que podría generarse desde clásico rectangular hasta curvas.

Los componentes principales de la casa, tales como las paredes o los tabiques, fueron impresos a partir de una mezcla concreta, los complementos serían agregados posteriormente. Tras generar el edificio en cuestión de horas, los trabajadores instalaron las ventanas,

procedieron al cableado de la vivienda y agregaron una capa de pintura al exterior de la casa. Finalmente, los desarrolladores de la idea amoblaron la vivienda para convertirla en habitable.

La vivienda fabricada en Rusia es plana, de esta manera, soportará de manera efectiva el peso de la alta cantidad de nieve que cae en el lugar. Además, está fabricada con membranas de polímeros, un material de aislamiento ideal para climas con temperaturas bajas.

Figura 50. Apis Cor House.

Figura 51. Plano general Apis Cor House

Figura 52. Vista aérea Apis Cor House.

‘’Se utilizaron para los acabados de las paredes de la vivienda, un material de yeso mineral que tiene una alta adhesión y permeabilidad al vapor en el interior como en el exterior, la composición de este mineral tiene incluido cemento blanco, mármol y residuos de granito, lo que ayudan a generar un aislamiento térmico adicional’’ (La impresora 3D que construye viviendas en tiempo récord, 2019). Tiene ventanas climatizadoras, con dos paneles de vidrio de baja emisión lo que permite alcanzar valores de registro de aislamiento, permeabilidad a la luz y la protección de los rayos de calor al mismo tiempo. Se pueden integrar en la vivienda servicios de energía, acueducto, comunicación e internet, todas estas características brindan a los usuarios habitabilidad y confort.

Figura 54. Proceso acabados Apis Cor House.

Figura 53. Proceso construcción Apis Cor House.

Estas paredes se llenaron de cemento para su aislamiento térmico, los marcos para puertas y ventanas actúan como encofrado de los linderos al final de la pared, donde se interrumpe la espuma de poliuretano.

YHNOVA cuenta con varios sensores para características como temperatura, humedad y calidad de aire, así como equipos para evaluar y analizar la evolución de los materiales, la calidad térmica y acústica, lo cual permitirá a los inquilinos ahorrar dinero en las facturas de energía.

CUALIDADES ESPACIALES Y CONDICIONES FÍSICAS

El resultado es una casa rápida y asequible de construir, eficiente en energía y espaciosa gracias a sus muros curvos, con un espacio central que tiene grandes entradas de iluminación, y circulación hacia los diferentes ambientes de la vivienda, junto con la ventilación cruzada en cada una de las esquinas, lo que brindará bienestar al ambiente.

La casa de 95m² impresa en 3D, en el distrito de Nantes Bottiere, por medio de la técnica llamada BatiPrint3D, tiene formas arquitectónicas complejas, redondeadas en elementos como las paredes, puertas, ventanas y esquinas.

Impresora: Batiprint3D - Caso de estudio: Yhnova House

La casa de 95 m² impresa en 3D, en el distrito de Nantes Bottière, por medio de la técnica llamada BatiPrint3D, tiene formas arquitectónicas complejas redondeadas en elementos como las paredes, puertas, ventanas y esquinas.

La impresora crea paredes huecas con un material especial que mantendrá el edificio en pie de manera

segura casi que durante un siglo. Posteriormente, estas paredes se llenaron de cemento para su aislamiento térmico, los marcos para puertas y ventanas y actúan como encofrado de los linderos al final de la pared, donde se interrumpe la espuma de poliuretano. Las barras de acero reforzado que se colarán también tienen sido instalado. Antes de la etapa actual, se han producido pruebas de menor escala, junto con una escala banco modelo de casa vaciado en hormigón.

Figura 55. Esquema Impresora Batiprint 3D en caso estudio Yhnova House.

Caso de estudio: Yhnova House

Figura 56. Plano general Yhnova House.

“YHNOVA cuenta con varios sensores para características como temperatura, humedad y calidad del aire, así como equipos para evaluar y analizar “la evolución de los materiales, la calidad térmica y acústica”, lo cual permitirá a los inquilinos podrán ahorrar dinero en las facturas de energía.” (Saunders, 2018).

El resultado es una casa rápida y asequible de construir, eficiente en energía y espaciosa gracias a sus muros curvos, con un espacio central que tiene grandes entradas de iluminación, y circulación hacia los diferentes ambientes de la vivienda, junto con la ventilación cruzadas en cada una de las esquinas, lo que brindará bienestar al habitante.

Figura 57. Brazo impresora Batriprint 3D.

Figura 58. Impresora Batriprint 3D.

Esta vivienda en cuanto a la anchura, las piezas se extienden hasta 8,5m, con una longitud de impresión aparentemente infinita. Los muros miden 2.4m de alto y alcanzan los 8.5m de ancho.

La impresora Vulcan 2, se ha diseñado específicamente para edificios de una sola planta. En cuanto a las especificaciones técnicas, la impresora 3D tendrá una altura de 3,5m y debería ser capaz de crear paredes de 2.6m.

CUALIDADES ESPACIALES Y CONDICIONES FÍSICAS

El diseño de la pared impresa en 3D y su calidad biofílica inherente transmiten un patrón ordenado, pero no rígido, que evoca una sensación de arraigo natural y de refugio atemporal.

Impresora: Vulcan 2 - Caso de estudio: Viviendas House Zero

La casa de más de 185 m² elaborada con la impresora de construcción Vulcan II, con un diseño desarrollado por ICON y Lake Flato Architects, ubicada en Austin, Texas. Cuenta con 3 dormitorios, 2 baños y una unidad de acceso a la vivienda.

Las puertas y ventanas estan colocadas para enmarcar el paisaje exterior, mientras que el lucernario y las aberturas al este favorecen el paso de la luz natural difusa, reduciendo la necesidad de iluminación artificial.

La casa de más de 185m² elaborada con la impresora de construcción Vulcan II, cuenta con 3 dormitorios, 2 baños y una unidad de acceso a la vivienda.

Figura 59. Esquema Impresora 3D Vulcan II en caso estudio Viviendas House Zero.

Caso de estudio: Viviendas House Zero

DE VIVIENDA CONTEMPORÁNEA CON

IMPRESIÓN 3D EN LA CIUDAD DE MEDELLÍN

La impresora Vulcan 2, se ha diseñado específicamente para edificios de una sola planta. En cuanto a las especificaciones técnicas, la impresora 3D tendrá una altura de 3,5 metros y debería ser capaz de crear paredes de 2,6 metros. Esta vivienda en cuanto a la anchura, las piezas se extienden hasta 8,5 metros, con una longitud de impresión aparentemente infinita. Los muros miden 2.4 metros de alto y alcanzan los 8.5 de ancho. Las puertas y ventanas, que no son impresos, son instalados más tarde.

“Este prototipo cuenta con paredes curvas que crean una autoestabilidad estructural, y sus esquinas curvas brindan recorridos suaves y naturales.

Las puertas y ventanas están colocadas para enmarcar el paisaje exterior, mientras que el lucernario y las aberturas al este favorecen el paso de la luz natural difusa, reduciendo la necesidad de iluminación artificial. El diseño de la pared impresa en 3D y su calidad biofílica inherente transmiten un patrón ordenado, pero no rígido, que evoca una sensación de arraigo natural y de refugio atemporal.” (House Zero: la nueva casa «con curvas» impresa en 3D de ICON 2022).

Con una mezcla a base de cemento llamada Lavacrete se realizaron las paredes de la casa, este material garantiza la máxima protección térmica de la envolvente, al tiempo que reduce el tiempo de construcción y, sobre todo, los residuos. El uso de la madera para el techo y el interior ha transformado la casa en un lugar cómodo, bonito, acogedor y sostenible.

Figura 60. Interior vivienda House Zero.

Figura 61. Exterior vivienda House Zero.

Fabricada con tierra cruda, que combina las prácticas vernáculas y los principios bioclimáticos junto con la utilización de materiales naturales locales.

Caso de estudio: Casa Tecla

CUALIDADES ESPACIALES Y CONDICIONES FÍSICAS

TECLA (que toma su nombre de Technology and Clay) se construyó en Massa Lombarda (RA) con Crane WASP, la última impresora 3D WASP para el sector de la construcción.

Impresora: Crane Waps - Caso de estudio: Casa Tecla

TECLA (que toma su nombre de Technology and Clay) se construyó con Crane WASP la última impresora 3D WASP para el sector de la construcción.

La casa impresa en 3D con tecnología TECLA de 60m², ubicada en Massa Lombarda, Italia, diseñada por Mario Cucinella Architects, y fabricada con tierra cruda, que combina las prácticas vernáculas y los principios bioclimáticos junto con la utilización de materiales

Este prototipo de vivienda se compone de dos espacios que tienen continuidad por medio de curvas que llevan a encontrarse con dos lucernarios circulares que permiten el ingreso de ‘‘luz cenital’’.

Consta de una zona de estar con cocina y una zona de noche que incluye servicios. El mobiliario (en parte impreso en tierra local e integrado en la estructura de tierra cruda, y en parte diseñado para ser reciclado o reutilizado) refleja la filosofía de una modela de casa circular.

Figura 62. Esquema Impresora 3D Vulcan II en caso estudio Viviendas Tecla.

naturales y locales, consta de una zona de estar con cocina y una zona de noche que incluye servicios. El mobiliario (en parte impreso en tierra local e integrado en la estructura de tierra cruda, y en parte diseñado para ser reciclado o reutilizado) refleja la filosofía de un modelo de casa circular.

“Se tuvo en cuenta la ubicación de la implantación de la vivienda para responder a las condiciones climáticas locales y el relleno de la envolvente se optimiza paramétricamente para equilibrar la masa térmica, el aislamiento y la ventilación en función de las necesidades climáticas.”

(Pintos, s.f.)

Este prototipo de vivienda se compone de dos espacios que tienen una continuidad por medio de curvas que llevan a encontrarse con dos lucernarios circulares que permiten el ingreso de “luz cenital”.

“La forma atípica, desde la geometría hasta las nervaduras exteriores, permitió el equilibrio estructural de la construcción -tanto durante la fase de impresión en 3D de la envoltura como tras la finalización de la cubiertadando vida a un diseño orgánico y visualmente coherente.” (Pintos, s.f.)

Figura 63. Impresora Crane Waps en vivienda Tecla.

Figura 64. Exterior Vivienda Tecla.

Figura 65. Plano general Vivienda Tecla.

Analizando diferentes proyectos que tienen como finalidad brindar a los usuarios mejores alternativas en precios y habitabilidad, también se tiene como prioridad ofrecer el bienestar en espacios reducidos, implementando estrategias bioclimáticas, de ahorro energético y aprovechamiento de los recursos locales y características del entorno, es así como estas soluciones innovadores resignifican las estrategias arquitectónicas con geometrías diferentes que pretenden cumplir con las exigencias del mercado y satisfacer las necesidades humanas de quienes habitaran estos espacios.

Estos métodos de construcción innovadores además de ofrecer facilidad en la construcción, beneficia aspectos de confort humano, ya que reduce el esfuerzo físico, y brinda soluciones rápidas y adaptables a diferentes factores climáticos, suelos y perfiles urbanos, ya que son adaptables a las costumbres y cultura de los usuarios. Analizadas las impresoras y pensando en una posible utilización de estas técnicas en la ciudad de Medellín para la construcción de vivienda, se

Figura 66. Interior tragaluz Vivienda Tecla.

llega a la conclusión en cuanto a su cualidades espaciales y condiciones físicas, que es fácil realizar replica de acuerdo a su forma arquitectónica y áreas pequeñas, las cuales se adaptarían a las condiciones de terreno en ladera y espacios reducidos, también respecto a los materiales utilizados, ya que el predomina el concreto y también se permiten componentes naturales o propios de la región donde se construya.

Se examinan los tipos de instalación de dos impresoras, una por brazo robótico, como se observa en la impresora Frank, e impresora BatiPrint, o por medio de instalación de pórtico como se emplea en las impresoras Crane Wasp y Vulcan 2; para las impresoras de tipo pórtico se requiere de una explanación del terreno antes de su instalación, lo que hace que las impresoras de brazo robótico en este caso la tipo Frank o Batiprint, sean más fáciles de utilizar en Medellín por su fácil adaptación en la topografía del lugar.

Figura 67. Interior pasillos Vivienda Tecla.

3.3

MATERIALIDAD E IMPACTO AMBIENTAL de las

impresoras 3D

Las impresoras 3D no solo han resaltado por su eficiencia en diferentes variables de la construcción como tiempo y dinero, sino que además han mostrado grandes avances para generar construcciones con menor desperdicio, mayor aprovechamiento, utilidad de materiales alternativos y un menor impacto ambiental que las técnicas constructivas tradicionales. A continuación, veremos 4 tipos de impresoras 3D analizando los distintos tipos materiales que pueden usarse posiblemente y el impacto ambiental antes, durante, posterior y finalización de la construcción de vivienda, además del consumo energético durante el tiempo de construcción para determinar cuál es más eficiente en esta variable y subsiguiente para el uso de construcción de vivienda en la ciudad de Medellín.

Impresora: Frank

Esta impresora utiliza dos materiales característicos, la fibra de vidrio y el hormigón; los cuales pueden usarse para imprimir como primer uso o como segunda vida. La fibra de vidrio es el material reciclado usado mayormente en la impresión 3D, y la impresora Frank puede reutilizarlo en las siguientes fases del proyecto: En la fase del antes, se usa propiamente como material reutilizado dándole una segunda vida; en la fase durante la construcción se puede ir reutilizando a medida que este va dejando desperdicio en forma de polvo, el cual puede volver a procesarse para crear nuevamente una fibra que pueda ser impresa; en la fase posterior a la construcción es donde este material presenta mayores inconvenientes para ser reutilizado, pues el proceso de adaptación del material genera un mayor consumo de energía y una serie de emisiones de gases efecto invernadero que no son tan beneficiosos para el medio ambiente; y por último en la destinación final este material vemos que no se descompone, y de no ser adecuada su destinación final puede producir emisión de gases efecto invernadero como dióxido de carbono o metano; esta variable se nivela al ver que la vida útil de este material oscila entre los 450 años y que es 100% reutilizable.

Figura 68. Gráfica impacto ambiental impresora Frank.

IMPACTO AMBIENTAL IMPRESORA FRANK

Figura 69. Esquema proceso impresión 3D con impresora Frank.

En el caso del hormigón, se usa una mezcla común de arena y cemento, y al mismo tiempo recoge ciertos aditivos que incluye en su composición. Acelerando también la fijación de la fuerza de la mezcla y aumentan su viscosidad. Se usa también la mezcla basada en yesos y geopolímeros. Debido a que la mezcla de hormigón solo admite temperaturas superiores a los 5°C, se debe realizar bajo una carpa. Con los geopolímeros se puede imprimir en condiciones más extremas. Las ventajas de estos materiales es que tienen menos huella de carbono que el Cemento Portland. El hormigón impreso tanto en la fase inicial y posterior de la construcción pueden ser reciclados para la reutilización de una misma manera, a través de un proceso de triturado en el que solo un 75% del material sería útil para procesar y generar nuevamente el polvo para mezclar y posteriormente ser impreso; en la fase durante tiene un método de reciclado parecido a la fibra de vidrio, donde el polvo que va quedando de desperdicio puede ser procesado para su uso nuevamente; en la destinación final del material ese 25% de material que no puede ser reciclado puede terminar en escombreras o en procesos de reutilización para otras impresoras 3d que permiten la impresión de materiales con triturados menos granulados.

Finalmente, en cuanto a consumo energético, la impresora Frank consume el promedio de una impresora 3D, 225 w por hora y teniendo en cuenta que para realizar una construcción de 38 m2 la impresora solo requiere 24 horas, el total seria de 5.400 w este consumo energético se ve compensado a comparación de lo que pueden consumir las herramientas tradicionales en una construcción en tiempo extendido.

Impresora: Crane Wasp

La impresora Crane Wasp es la que cuenta con mayor flexibilidad en cuanto a materiales reciclados o del entorno cercano a la construcción, ya que cuenta con una boquilla apta para imprimir materiales extraídos del lugar de origen como la tierra, el barro y la arcilla, además también Figura

70. Gráfica impacto ambiental impresora Crane Waps..

IMPACTO AMBIENTAL IMPRESORA CRANE WAPS

cuenta con la capacidad de extrusión de materiales como concreto convencional y concreto de origen biológico. Al agregar brazos de impresión al módulo, se obtendría un sistema de fabricación sin fin, de ahí el nombre «impresora 3D Infinita».

Los materiales como la tierra, el barro y la arcilla podemos encontrarlos en el lugar de construcción, pues son elementos que normalmente son desechados de las excavaciones que se realizan para explanar los terrenos. Estos se pueden analizar juntos en las diferentes fases, pues lo único que variaría en el proceso sería el material en sí. En la fase de antes, después y destinación final podemos encontrar dos casos, el primero que el material sea extraído en el lugar de la construcción siendo su primer uso y que su destinación final al cumplir su vida útil sea volver a su origen ya que estos materiales al no tener un proceso de modificación invasivo pueden retornar fácilmente a su lugar de origen sin causar un impacto ambiental significativo; o en segunda instancia el material puede ser reutilizado en nuevas impresiones, es decir, es 100% reutilizable.

En cuanto al concreto convencional, como su nombre lo indica, es la mezcla usada comúnmente, con propiedades como manejabilidad en estado fresco, y con el tiempo de endurecido suficiente cohesividad. Por último, el concreto de origen biológico es un nuevo material, desarrollado por los miembros del grupo de Ingeniería de la Construcción de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), que favorece el crecimiento biológico en su superficie, concretamente ciertas familias de microalgas, hongos, líquenes y musgos.

Este hormigón está realizado a partir de dos materiales a base de cemento. El primero es el hormigón convencional carbonatado, basado en el cemento Portland y el segundo es un cemento de fosfato de magnesio, conglomerante

hidráulico de rápido fraguado. Para la obtención de este nuevo material ha sido necesario no solo modificar el pH de la mezcla, sino que se han modificado otros parámetros relativos a la porosidad y a la rugosidad superficial para favorecer la bioreceptividad del material. El nuevo hormigón “verde” consigue el crecimiento directo de los organismos por ser un elemento multicapa formado por las siguientes capas:

- La capa estructural, encargada de resistir las acciones sobre la estructura.

- Una capa de impermeabilización situada sobre la anterior, la cual sirve de protección ante el paso del agua hacia la capa estructural para evitar que pueda deteriorarse.

- Una capa biológica, que va a permitir la colonización y tiene capacidad para captar y almacenar el agua de la lluvia, esta capa facilita el desarrollo de los organismos biológicos.

- Una capa de revestimiento, discontinua que hará la función de impermeabilización inversa, permitiendo la entrada del agua de la lluvia y evitando su pérdida conduciendo la salida del agua donde interese obtener crecimiento biológico.

El nuevo material tiene muchas ventajas medioambientales, gracias al recubrimiento biológico va a absorber, y en consecuencia reducir el CO2 de la atmósfera, purificando el aire en su entorno, además de contribuir al mantenimiento de la biodiversidad. Tiene capacidad para captar la radiación solar y podrá regular la conductividad térmica en el interior de los edificios; y la más evidente, será una alternativa ornamental que

Figura 71. Esquema proceso impresión 3D Crane Waps.

permitirá decorar la fachada de los edificios o la superficie de las construcciones con diferentes acabados y tonalidades cromáticas.

A todo lo anterior se le puede sumar como puntos a favor, que, a materiales como la tierra, el barro y la arcilla, al poderse obtener del mismo lugar o entornos cercanos, se reducen efectos de impacto ambiental que adicionalmente podrían causar el transporte de estos materiales del lugar origen al lugar de trabajo, teniendo en cuenta que los vehículos usados para este traslado suelen ser volquetas las cuales sus emisiones de dióxido de carbono son bastante altas comparadas a vehículos promedio.

Finalmente, en cuanto a consumo energético cabe destacar que la impresora Crane Waps no solo es una de las impresoras 3D más grande del mundo, sino que también fueron diseñadas para poder funcionar utilizando energía solar, eólica o hidroeléctrica, por lo cual su consumo energético no impacto ambiental y pueden construir en lugares donde no se cuenta con electricidad.

Impresora: Vulcan 2

Para el proceso de impresión con la Vulcan 2 se desarrolló un nuevo material llamado lavacrete, el cual es a base de concreto, pero mucho más solido por lo cual no tiende a deformarse mientras esta seca; esta mezcla patentada por los creadores de la vulcan aun no cuenta con datos sobre como seria su disposición final o proceso de reutilización posterior a la construcción, puesto que es un material nuevo que aún no ha llegado a estas fases para tener datos claros sobre este impacto.

El material está diseñado para resistir el fuego, el viento, las

inundaciones y ser más duradero que los materiales de construcción tradicionales.

La serie LavaCrete son hormigones poliméricos de alto rendimiento, los cuales se pueden aplicar y poner en servicio el mismo día de aplicación, y curar a temperaturas de hasta 40° F. Son productos caracterizados por rapidez de instalación y la gran resistencia química. Los productos específicos de hormigón polímero LavaCrete incluyen:

- Serie 469, hormigón polimérico sin retracción y de alto rendimiento a base de epoxi, para el reacondicionamiento en condiciones de baja temperatura donde se requiere una resistencia avanzada a la corrosión.

- Serie 479, hormigón polimérico no retractable de grado premium con base epoxi para una mayor resistencia química y una rápida puesta en servicio en condiciones regulares y de baja temperatura.

- Serie 489, hormigón polimérico a base de ésteres de vinilo de alta calidad para la reconstrucción de bombas y plataformas en zonas con ácidos y cáusticos fuertes.

Los hormigones poliméricos LavaCrete ofrecen una adherencia tres veces superior a la del hormigón normal cuando se aplican sobre superficies preparadas de acuerdo con las directrices técnicas SSPC-SP13/NACE

6 Surface Preparation of Concrete e ICRI. LavaCrete resiste el choque térmico y la contracción y puede instalarse hasta 10 pulgadas en un solo vertido. Una vez que el hormigón polimérico está en su lugar, no se requieren recubrimientos adicionales.

En cuanto a la fase de antes y durante la construcción los datos de impacto ambiental son más precisos generando casi cero desperdicios al ser un material más sólido, la impresión con este material evita un total de 24 toneladas de desperdicio por casa construida, que hechas en sistemas constructivos tradicionales si existieran y se tendría que pensar en una disposición final.

En consumo energético esta impresora tiene bajo niveles de consumo con un promedio de 50 w por hora, así una vivienda de 100 m2 construida en 47 horas consumiría un total de 2.350 w, aproximadamente la mitad de lo que consumiría una impresora 3D promedio.

Figura 72. Gráfica impacto ambiental impresora Vulcan II.

IMPACTO AMBIENTAL IMPRESORA VULCAN II

Figura 73. Esquema proceso impresión 3D Vulcan II.

Impresora: BatiPrint 3D

Esta impresora funciona imprimiendo tres capas de material, dos de espuma de polímero del tipo expansivo y una de concreto. En este caso al mezclarse estos dos tipos de materiales la reutilización se vuelve casi nula, ya que uno de los pocos procesos que permite la reutilización de espuma de polímero es por medio de un proceso mecánico que despedaza el material para posteriormente juntarlo con material nuevo y crear bloques de EPS hasta con un 50% de material reciclado; pero al estar este polímero mezclado con concreto pierde las propiedades para poder pasar por este proceso, ya que no existe actualmente un proceso que permita separar esta mezcla de concreto y polímero.

La espuma de polímero del tipo expansivo es un material plástico poroso formado por una agregación de burbujas. No contiene sustancias de poder cancerígeno que representen algún peligro, siendo inocuo para el ser humano. También es denominado poliuretano proyectado, debido a la forma en la que se suele aplicar sobre superficies. Se forma básicamente por la reacción química gaseosa de dos compuestos, un poliol y un isocianato, aunque su formulación necesita y admite múltiples variantes y aditivos. Dicha reacción libera dióxido de carbono, gas que va formando las burbujas. Es una reacción con expansión del volumen de líquido. Considerando que los cauchos de poliuretano sólidos son productos especiales, las espumas de poliuretano son ampliamente utilizadas y materiales bien conocidos. En muchos aspectos, la química de estas espumas es similar a la de los cauchos tipo Vulkollan, excepto que las reacciones con evolución de gas se les permite realizar de forma concurrente con el alargamiento de la cadena y cruz / vinculación. Aunque líquidos volátiles también se utilizan con espumas rígidas y para espumas flexibles de baja densidad, el gas para la espuma flexible es normalmente dióxido de carbono producido durante la reacción del poliol, isocianato y otros aditivos. Las primeras espumas se producen mediante el uso de poliésteres que contienen grupos carboxilo. En definitiva, es una reacción bastante compleja cuyo mecanismo de reacción no es del todo conocido. La composición de la espuma de poliuretano es un producto cuya composición es petróleo y azúcar, formándose una espuma rígida con

más de 90% de las celdas cerradas y un alto coeficiente de aislación térmica entre 0,019 y 0,04 W/m.K Posee rigidez estructural, baja o nula absorción de humedad, buena relación aislamiento/precio y una gran adherencia por lo que necesita material adherente. Tiene su aplicación, en zonas difíciles, a través de pistolas. Esto ocurre en los paneles Sándwich por ejemplo donde se introduce, mediante pistola, entre dos capas metálicas. Por lo que se concluye que es maleable y además es ligero.

Para este caso el impacto ambiental solo se ve al reducir en la cantidad de desechos, ya que optimiza la cantidad de material que será usado y en cuanto a consumo energético, al igual que en la impresora Frank consume 225 w por hora, ya que la impresora se debe calentar un poco más de lo habitual para poder manipular el polímero y posteriormente ser impreso.

IMPACTO AMBIENTAL IMPRESORA BATIPRINT 3D

Figura 74. Gráfica impacto ambiental impresora BatiPrint 3D.

Figura 75. Esquema proceso impresión 3D BatiPrint.

Después de analizar las distintas impresoras encontramos que hay 1 gran similitud entre las impresoras y las técnicas utilizadas y es que 2 de las impresoras trabajan en base a concretos, y dos de las impresoras a base de materiales orgánicos. A pesar de tener distintas composiciones químicas, dan un resultado similar en cada impresión que se realiza no sólo visualmente, sino también en su resistencia condiciones físicas externas y condiciones internas.

En cuanto al impacto ambiental teniendo en cuenta la materialidad y el consumo energético, podemos hacer una lista de 1 a 4, siendo 1 la que genera menor impacto y 4 la opción menos factible entre todas por su mayor impacto ambiental.

Visualizando las siguientes tablas, donde se resumen los datos contenidos en el análisis anteriormente, podemos concluir que en cuestiones de impacto ambiental, la impresora Crane Waps se lleva el puesto número 1, en cuanto a la variable de impacto ambiental y materiales sería la más óptima para ser usada en construcción de vivienda en Medellín, ya que no solo tiene la capacidad de funcionar con energías limpias, sino que también sus materiales son 100% reciclables al ser materias primas extraídas directamente de la tierra, y teniendo en cuenta que

las zonas hábiles de la ciudad para construcción de viviendas se resumen a laderas, esta impresora tendría la ventaja de poder utilizar el material in situ, es decir, el mismo material resultante de aplanar el terreno puede ser usado para la construcción de la vivienda.

En segundo lugar podemos ubicar la impresora Frank al contar con un porcentaje de 75% de reutilización de sus dos materiales en todas las fases y tener un consumo medio de energía; en el tercer lugar estaría la Vulcan 2 que aunque su porcentaje de reutilización de material sea solo del 50%, el consumo energético es de un aproximado de 50 w siendo bajo al no requerir un alto porcentaje de calentamiento en los materiales para la impresión; y finalmente el último lugar es para la Batiprint con un consumo medio de 225 w por hora pero con la desventaja de que la mezcla de sus materiales imposibilitan una futura reutilización.

Aun así, todas las impresoras analizadas siguen generando tanto menor impacto ambiental en consumo energético como en desperdicios de materiales comparándose estos porcentajes con los de la construcción tradicional.

Figura 76. Esquema proceso impresión 3D en Medellín.

En este grafico se puede observar los porcentajes de reutilización de las diferentes fases de impresión de las cuatro impresoras analizadas, es decir, se mide de 0 a 100% la capacidad de los materiales que cada impresora usa para ser reciclado tanto en la fase de impresión, como de desperdicios, de desconstrucción y la fase de destinación final; donde 100% indica que este material es completamente reutilizable después de cada uno de estos procesos.

Como se puede ver en la tabla la impresora Crane Waps es la única que alcanza el 100% puesto que su principal material es el barro, la arcilla o la tierra que son biodegradables y no generan impacto ambiental, además de utilizar materiales complementarios más específicamente fibras como la de arroz, que siguen siendo materias primas de origen vegetal.

Caso contrario tenemos la impresora batiprint que cuenta con solo 5% de reutilización del material, al usar poliestireno expandido como uno de los principales materiales, el cual proviene de materias primas no renovables por lo cual a medida de su uso pierde características físicas que imposibilitan su reutilización y no queda mas que darle una destinación final donde tardara cientos de años en descomponerse.

Figura 77. Gráfica impacto ambiental por material reciclado.

En este grafico observamos la cantidad de W (watts) por hora que consume cada impresora en funcionamiento, iniciando la medición con impresoras de cero consumos, es decir, que funcionan a base de energías limpias como energía solar, hidráulica y eólica; un rango bajo de 50 a 200 W/H, un rango medio de 200 a 860 w/H y finalizando un rango alto de 860 a 1000 W/H.

Si bien ninguna impresora de las analizadas alcanza un rango alto de consumo energético gracias a que son medios más eficientes a comparación de lo que se consumiría en una construcción tradicional, si nos encontramos con una alternativa que supera las expectativas como es la impresora Crane Waps, ya que puede funcionar con energías limpias, permitiendo ser instalada en zonas donde aun no hay un cableado para el abastecimiento energético además de generar menor gasto económico a largo plazo, permitiendo hacer una inversión inicial en la adquisición de la impresora que puede ser recuperado a menor plazo, todo esto se le suma a que su impacto ambiental en cuanto a esta variable seria nulo.

Figura 78. Gráfica impacto ambiental por consumo energético.

En Medellín 3.4

IMPRESIÓN 3D

En el año 2017, según el informe de la ONU, Medellín es considerada la ciudad más densamente poblada de Latinoamérica y la tercera en el mundo; con un aproximado de 19,700 personas por kilómetro cuadrado, es decir, una ciudad bastante compacta.

Según Jorge Pérez, arquitecto y urbanista, en el año 2017:

Una ciudad más densa o más compacta, como es el caso de Medellín, en principio significa que es una ciudad que capitaliza mejor sus infraestructuras y oferta de servicios, transporte, salud y educación, para mayor cantidad de población en un área acotada (párr. 4).

Explicando que densidad en urbanismo significa mayor cantidad de población y área construida concentrada en menos territorio, tal y como lo dicen las estadísticas, más personas en menos kilómetros cuadrados a comparación de otras ciudades.

Pero allí no acaba todo, el arquitecto también indica que esta concentración de personas se da más hacia las periferias y que a su vez estas están más aisladas de los equipamientos ubicados en el centro, considerada el área menos densa; tal connotación tiene sentido al analizar los usos de esta zona de Medellín, mayor mente comercial, administrativa e industrial.

Teniendo en cuenta la información anteriormente expuesta y que la topografía de Medellín se compone de un valle, donde la zona céntrica es destinada a usos varios y las laderas inmediatas ya están pobladas y con uso definido, primando la vivienda, pareciera que a la ciudad solo le queda crecer en altura; a todo esto se le suma una crisis de vivienda contemporánea, es aquí donde nos preguntamos ¿las viviendas en impresión 3D podrían ayudar a solucionar y generar un impacto positivo en la ciudad?

Analizando el problema más de cerca, hay un alto flujo poblacional lo que aumenta la demanda de vivienda, pero la ciudad está a punto de quedarse sin dar abasto, puesto que la construcción tradicional requiere de una planeación y ejecución a largo tiempo, que refiriéndonos a una vivienda en ladrillo convencional de 50 m2 podemos hablar de un aproximado de 3-4

Figura 79. Representación población promedio.

PROMEDIO DE 16 PERSONAS POR m² EN COLOMBIA

PROMEDIO DE 19 PERSONAS POR m² EN MEDELLÍN

ZONA ALTAMENTE CONSTRUÍDA EN MEDELLÍN

meses contando con al menos tres personas en obra, mientras que si hablamos de un edificio mediano de entre 5 a 7 pisos el tiempo que se puede traducir en años donde la ciudad sin duda no va parar de crecer

Haciendo una analogía entre el tiempo de una construcción tradicional de una vivienda de 50 m2 son 4 meses y una vivienda en impresión 3D de 60 m2 producida en 24 horas; vemos que en el tiempo de construcción de una vivienda tradicional se pueden construir un aproximado de entre 110 a 120 viviendas de impresión 3D, sin duda estas cifras nos hacen pensar en la impresión 3D como una alternativa.

Viendo el panorama de lejos, no solo es el tiempo; encontramos otra variable que dentro de poco limitara las construcciones, el espacio. Construir edificaciones de considerable altura en las laderas disponibles de la ciudad no suena la mejor opción, no solo elevaría los costos por su complicada estructura, si no también ¿qué tan seguro seria?; sin duda la ciudad debe seguir creciendo en altura, pero la impresión 3D puede ser la solución para aprovechar dichos espacios en ladera y sobre todo en optimización de tiempo y rendimientos para lograr abastecer la demanda de vivienda en la ciudad.

ZONAS

Dicho todo esto, contamos con variables previamente analizadas sobre que impresora sería más efectiva para la impresión de viviendas en Medellín y ver de qué forma seria este proceso; dichas variables son: procesos técnicos y factores externos de las impresoras 3D; cualidades espaciales y condiciones físicas

Figura 80. Áreas construídas y no construídas en Medellín.

de viviendas en impresión 3D; materialidad e impacto ambiental de las impresoras 3D. La impresión de viviendas contemporáneas en la ciudad de Medellín puede dar luz verde a través de la impresora Crane wasp, que, según las variables, es la más indicada para lograr imprimir viviendas en las laderas de la ciudad solucionando problemas de tiempo y espacio; a continuación, se describirá el proceso adecuado para que la impresora Crane Wasp desarrolle viviendas en las laderas de Medellín.

1. Transporte: para trasladar la impresora del lugar de almacenamiento al lugar de trabajo, la tarea se facilita ya que Crane wasp está compuesta de módulos que se pueden ensamblar y desmontar, estos módulos se componen de estructuras similares a las cerchas, pero en forma cuadrada y de brazos robóticos que son los encargados de imprimir.

Su peso es liviano, por lo cual puede ser transportado en remolques, volquetas o carros de arrastre de tamaño mediano, lo que facilita su acceso a zonas periféricas de la ciudad y con carreteras destapadas, como es posible el caso de las laderas.

2. Preparación previa del terreno: en esta fase la Crane wasp es donde nos brinda una mayor oportunidad que otras impresoras, pues si es cierto que la impresora se puede adaptar fácilmente al terreno por su estructura modular, también se puede buscar la adaptación del terreno, si es en ladera, aplanando el lugar de impresión y aprovechando este material primario restante ( tierra, barro, arcilla) para ser

CONSTRUCCIÓN TRADICIONAL:

1 VIVIENDA / 4 MESES

IMPRESIÓN 3D:

110 VIVIENDA / 4 MESES

Figura 81. Comparativa construcción tradicional e impresión 3D.

usado como material de impresión, dando un doble aprovechamiento al terreno, obteniendo el material de impresión en sitio y adaptando el terreno para la vivienda.

3. Instalación de impresora: como fue mencionado anteriormente la impresora se compone de módulos ensamblables, los cuales una vez en sitio pueden demorar un aproximado de 30 minutos de armado por modulo; un módulo equivale a 6 apoyos conectados entre sí que forman un hexágono y cuanta con un brazo que sería el encargado de imprimir; siendo así si se desea una vivienda más grande se sumarian 30 minutos por modulo y se arman en forma de panel de abeja. Cada módulo mínimo debe ser de 20 m2 y máximo de 40m2.

4. Conexión y calibración de la impresora: luego de ensamblar la impresora, esta debe ser conectada a un fuente de energía para ponerse en marcha, la Crane wasp a diferencia de las otras impresoras cuenta con la posibilidad de funcionar con energías alternativas como energía solar, eólica o hidráulica, sin depender de la energía eléctrica para su funcionamiento; esto permite que en lugares remotos donde aún no se cuenta con sistema de servicios públicos, se puedan adelantar labores de construcción mientras estos servicios son instalados para el posterior uso en la vivienda.

Una vez la impresora tenga una fuente de energía, se procede a calibrar para una correcta impresión, en estos casos se utiliza un poco del material para veri-

Figura 82. Representación proceso constructivo impresión 3D.

ficar el proceso de impresión y dicho material puede ser nuevamente impreso luego de ser usado para calibrar la impresora.

5. Impresión de vivienda: ya con la impresora correctamente instalada, y un diseño de módulos a imprimir, la impresora es cargada con el material obtenido en el sitio, es decir, la tierra, la arcilla o el barro, y comienza el proceso guía por computación y supervisión para la impresión de la vivienda. Esta se encargará de construir muros exteriores, separaciones interiores y en algunos casos también se imprime parte del mobiliario fijo de la vivienda.

Este proceso tarda alrededor de 24 horas, imprimiendo una vivienda de 60 m2, compuesta de dos módulos; hay que tener en cuenta que la vivienda se puede producir en mayor tamaño y en el mismo tiempo con ayuda de módulos de pórticos adicionales, pues estos funcionan de manera simultánea y sincronizada, evitando desfaces.

6. Acabados: si bien la impresora Crane wasp hace la mayoría del trabajo, hay acabados que aun la impresión 3D no resuelve, como son ventanas, puertas y cubiertas; por lo cual al finalizar la etapa de impresión se debe intervenir manualmente para la instalación de dichos cerramientos; para el caso de Crane wasp, esta impresora es la que resuelve en mayor medida las cubiertas, pues la forma atípica de su diseño permite que este se vaya cerrando a medida que crece en altura, de forma que solo es necesario un tragaluz superior como cerramiento, permitiendo además la iluminación natural.

7. Desplazamiento o Desmontaje: en caso de ser

un proyecto que implique varias viviendas, la impresora se puede desplazar por módulos al nuevo sitio de impresión, sin necesidad de ser desmontada por completo, lo cual permite ahorrar tiempo en montaje y desmontaje de la misma entre cambio de lugar cercano.

Para el desmontaje, esta es la parte final del proceso, cuando ya no se imprimirán más viviendas y

Figura 83. Ilustración Ciudad Medellín con impresioras 3D.

realmente parecida al proceso inicial ensamblaje; primero se debe cerciorar que la impresora no cuente con material en su interior, pues por cuestiones de mantenimiento se deben guardar limpias, luego de esto se desmonta el pórtico y ya queda lista para ser transportada hasta el lugar de almacenamiento. La impresora Crane wasp, no solo es fácil de transportar, pudiendo llegar a laderas; también es adaptable y puede sacar provecho de las mimas laderas utilizan-

do material del sitio para la impresión de las viviendas; su impacto ambiental es casi nulo, ya que hace uso de materiales de fibra natural y permite el uso de energías limpias; puede construir viviendas con posibilidad de expansión a través de módulos en solo 24 horas; sin duda, en caso de usar impresión 3D en la ciudad de Medellín para la construcción de vivienda contemporánea, esta sería la mejor opción.

Figura 84. Ilustración en sección Ciudad Medellín con impresioras 3D.

Conclusiones

Esta investigación que se ha llevado a cabo a lo largo de 2 años, cuyo objetivo principal era la búsqueda de los procesos técnicos y constructivos necesarios para desarrollar una vivienda unifamiliar en la ciudad de Medellín, indagando si era factible una articulación de las tecnologías de la impresión 3D con las técnicas tradicionalmente usadas en el área metropolitana, teniendo en cuenta las siguientes variables: adaptabilidad, sostenibilidad, innovación, rendimiento, materialidad, procesos y técnicas.

Figura 85. Mapa conceptual de la construcción de la vivienda.

Figura 86. Esquema articulación técnicas construcción.

Inicialmente se buscaba reconocer cuales técnicas de la impresión 3D (contour crafting, D-shape, Apis Cor) tenían características similares a las técnicas de construcción tradicionales (mampostería, vaciado en concreto y prefabricado), con el fin de articularlas para lograr la construcción de una vivienda unifamiliar en el contexto de Medellín. Se buscaba proponer alternativas de construcción más amigables con el medio ambiente y con el gremio de la construcción de la ciudad. La idea era buscar una solución a la aplicación de las dos técnicas sin afectar a la parte empírica del gremio ni a pequeñas empresas dedicadas a la construcción, ya que las tecnologías de impresión 3D requieren menos mano de obra y más profesionales calificados, pero un alto costo inicial de implementación.

A lo largo de la investigación fue saliendo a flote que las técnicas e impresión 3D aún no están lo suficientemente desarrolladas para construir una vivienda en su totalidad; puesto que hay componentes que aun no logran desarrollar como lo son cubiertas, cerramientos y algunos acabados interiores; por lo cual en la actualidad construir una vivienda por medio de impresión 3D aun requiere complementarse de la construcción tradicional para lograr un mejor acabado que permita una mejor estética y funcionabilidad de la vivienda.

Teniendo esto en cuenta, un factor clave es desarrollar más las técnicas de impresión 3D o como segunda opción articularlas con la construcción tradicional; pero no solo esto es necesario para poder llevar acabo una aplicación de esta técnica en Medellín, puesto que hay otros dos factores que en el contexto del país no han sido solucionados para implementar la impresión 3D a gran escala, los cuales son: los altos costos de las impresoras, que hasta el día de hoy no se encuentran empresas interesadas en invertir en estos procesos y solo se cuenta con una impresora a gran escala, siendo la de conconcreto que fue desarrollada por sus expertos; lo cual es un costo más económico que

recurrir a la importación de una impresora ya existente en el mercado. Por otro lado, esta la falta de conocimientos técnicos, ya que realizar impresión 3D requiere de profesionales especializados en áreas específicas, como son programadores, operarios, arquitectos e ingenieros con experticia en los diferentes softwares de diseño programático, entre otros.

En el contexto de Medellín, el hecho de requerir menos personal pero mas especializado puede ser un factor en contra de la implementación de estas técnicas en la ciudad, ya que bien es sabido que el gremio de la construcción tradicional es uno de los mas extensos del país, por lo cual traería afectaciones en el medio laboral y económico; mientras que un punto a favor seria la precisión que se puede llevar acabo al contar con profesionales especializados desde el inicio del planteamiento del problema y mas aun si se pone en el contexto de la ciudad, donde la mayoría de sus barrios surgen de invasiones y han tenido un crecimiento espontaneo no establecido en los lineamientos POT y al ser la impresión 3D un método mas estandarizado que requiere estudios topográficos, de suelo y de contexto para la implantación de las impresoras se podrían lograr viviendas mas seguras y entornos mas agradables para el desarrollo social.

Con todo esto, vemos que implementar la impresión 3D en Medellín para construcción de vivienda unifamiliar si es posible, pero sobre todo que se puede lograr articulándose con las técnicas tradicionales, tal y como se había planteado en un principio de la investigación; de esta forma se podrán obtener unos resultados de mejor calidad y se mantendrá un equilibrio entre lo existente y la transición hacia las tecnologías del futuro; sin dejar a un lado todos los beneficios que puede traer dichas articulaciones en temas de costos, tiempos, rendimientos e impacto ambiental que sin duda ayudaran a que la ciudad avance por un mejor camino.

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Índice de imágenes

Figura 1. Esquema Impresora 3D / Beneficios en el uso. Elaboración propia.

Figura 2. Esquema Impresora 3D / Implementación lugar. Elaboración propia.

Figura 3. Charles Hull / el co-fundador de 3D Systems, inventa la estereolitografía, un proceso de impresión que permite que un Objeto en 3D se cree a partir de datos digitales. Tomada de: https://www.impresoras3d.com/brevehistoria-de-la-impresion-3d/

Figura 4. Muros impresos en 3D. Tomada de: https://www.3dnatives.com/es/futuro-impresion-3d-sector-construccion-260120212/

Figura 5. Sistema de Impresión 3D / Construcción por contornos. Tomada de: https://www.archdaily.co/co/02357233/en-detalle-sistema-de-impresion-3d-construccion-por-contornos

Figura 6. Sistema de Impresión 3D / Construcción por contornos. Tomada de: https://www.cdt.cl/como-funcionan-las-impresoras-3d-de-hormigon/

Figura 7. Interior de la vivienda / Impresión 3D. Elaboración propia

Figura 8. Primeras máquinas comerciales de impresión en 3D / de la mano de 3D Systems, aparecen en el mercado las primeras impresoras SLA o estereolitográficas. Tomada de: https://bitfab.io/es/blog/historia-impresion-3d/

Figura 9. Impresión 3D con brazo robótico. Tomada de: https://www.3dnatives.com/es/impresion-3d-de-casas-310120182/

Figura 10. Desperdicio material, mano de obra y equipo. Tomada de: https://flexmade.com.br/es/conozca-4-tipos-de-desperdicios-en-la-construccion-civil/

Figura 11. La primera casa impresa en 3D en Brasil por InnovaHouse3D. Tomada de: https://www.inovahouse3d.com.br/post/brasil-constr%C3%B3i-sua-primeira-casa-modelo-impressa-em-3d

Figura 12. Contour Crafting la tecnología que imprimirá casas en la Tierra y en la Luna. Tomado de: https://www.3dnatives.com/es/contour-crafting-casas-luna-03082016/

Figura 13. Prototipo muro impreso en 3D por Conconreto. Fotografía propia.

Figura 14. Exterior casa terracota.Tomada de: https://www.3dnatives.com/es/casa-terracota-casa-3d-220220192/

Figura 15. Interior casa terracota.Tomada de: https://www.3dnatives.com/es/casa-terracota-casa-3d-220220192/

Figura 16. Figura 16. Impresión 3D de piezas individuales por empresa

Conconreto. Tomada de: https://www.360enconcreto. com/blog/detalle/categoryid/168/categoryname/innovacion-y-tendencias/como-nace-la-impresion-3d-en-colombia

Figura 17. Interior Casa Origami. Fotografía propia.

Figura 18. Exterior Casa Origami. Fotografía propia.

Figura 19. Línea de tiempo. Elaboración propia.

Figura 20. Impresión 3D vs Manufactura tradicional. Tomada de: https://www.3dingenieriabq.com/impresion-3d-vs-manufactura-tradicional/

Figura 21. Vida útil materiales. Elaboración propia.

Figura 22. Tiempo de descomposición materiales. Elaboración propia.

Figura 23. Capacidad de transformación (Reciclar). Elaboración propia.

Figura 24. Liberación de gases efecto invernadero. Elaboración propia.

Figura 25. Origen de la material prima. Elaboración propia.

Figura 26. Consumo de agua para su elaboración. Elaboración propia.

Figura 27. Casa Origami. Tomado de: https://conconcreto.com/sala-de-prensa/conozca-la-primera-impresora-3d-gran-formato-de-concreto-en-colombia/

Figura 28. Isométrico explotado Casa Origami. Elaboración propia.

Figura 29, Esquema fabricación Casa Origami. Elaboración propia

Figura 30. Esquema Casa Origami. Elaboración propia.

Figura 31. Impresora 3D Conconcreto. Tomada de: https:// conconcreto.com/

Figura 32. Vivienda Marruecos. Tomada de: https://revistanuve.com/upv-construye-la-primera-casa-impresa-en-3d-de-africa/

Figura 33. Esquema Prototipo Vivienda Marruecos. Elaboración propia.

Figura 34. Viviendas Tecla. Tomada de: https://www.ecoportal.net/temas-especiales/habitat-urbano/casa-3d-adobe/

Figura 35. Esquema Prototipo Vivienda Tecla. Elaboración propia.

Figura 36. Viviendas Nacajuca. Tomada de: https:// www.jornada.com.mx/notas/2021/05/04/politica/vivien -

das-de-chontales-pioneras-en-utilizar-la-impresion-en-3d/

Figura 37. Esquema Prototipo Viviendas Nacajuca. Elaboración propia.

Figura 38. Viviendas Gaia. Tomada de: https://ecoinventos.com/gaia-casa-arroz-y-tierra-impresa-en-3d/

Figura 39. Esquema Prototipo Viviendas Gaia. Elaboración propia.

Figura 40. Viviendas Nantes. Tomada de: https://buenavibra.es/casa/arquitectura/rapida-y-barata-construyen-enhoras-una-casa-en-3d-y-ya-vive-una-familia/

Figura 41. Esquema Prototipo Viviendas Nantes. Elaboración propia.

Figura 42. Edificio Dubai. Tomada de: https://decoracion.trendencias.com/varios/edificio-grande-fabricado-ahora-impresora-3d-inaugurado-supuesto-tenia-que-ser-dubai

Figura 43. Esquema Prototipo Edificio Dubai. Elaboración propia.

Figura 44. Figura 44. Esquema Impresora tipo pórtico. Tomada de https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/350689/Castro%2CCristian_Impresi%C3%B3n%203D%20como%20metodo%20constructivo%20alternativo.%20la%20casa%20Henfel.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Figura 45. Esquema Impresora tipo brazo robótico. Tomada de https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/350689/Castro%2CCristian_Impresi%C3%B3n%203D%20como%20metodo%20constructivo%20alternativo.%20la%20casa%20Henfel.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Figura 46. Esquema Impresora Frank. Elaboración propia.

Figura 47. Esquema Impresora Crane Wasp.. Elaboración propia.

Figura 47. Esquema Impresora Vulcan II. Elaboración propia.

Figura 48. Esquema Impresora Batiprint 3D. Elaboración propia.

Figura 49. Esquema Impresora Frank en caso estudio Apis Cor House.Elaboración propia.

Figura 50. Apis Cor House. Tomada de: https://www. metrocuadrado.com/noticias/arquitectura/la-impresora-3d-que-construye-viviendas-en-tiempo-record-2901

Figura 51. Plano general Apis Cor House.. Tomada de: https://www.metrocuadrado.com/noticias/arquitectura/ la-impresora-3d-que-construye-viviendas-en-tiempo-record-2901

Figura 52. Vista aérea Apis Cor House.. Tomada de: https:// www.metrocuadrado.com/noticias/arquitectura/la-impresora-3d-que-construye-viviendas-en-tiempo-record-2901

Figura 53. Proceso construcción Apis Cor House.. Tomada de: https://www.metrocuadrado.com/noticias/arquitectura/ la-impresora-3d-que-construye-viviendas-en-tiempo-record-2901

Figura 54. Proceso acabados Apis Cor House.. Tomada de: https://www.metrocuadrado.com/noticias/arquitectura/ la-impresora-3d-que-construye-viviendas-en-tiempo-record-2901

Figura 55. Esquema Impresora Batiprint 3D en caso estudio Yhnova House. Elaboración propia.

Figura 56. Plano general Yhnova House.. Tomada de:

https://arquitecturayempresa.es/noticia/yhnova-el-futuro-de-la-arquitectura-y-la-impresion-en-3d

Figura 57. Brzo impresora Batriprint 3D. Tomada de: https://actualidad.rt.com/actualidad/268155-casa-imprimir-3d-francia

Figura 58. Impresora Batriprint 3D. Tomada de: https://actualidad.rt.com/actualidad/268155-casa-imprimir-3d-francia

Figura 59. Esquema Impresora 3D Vulcan II en caso estudio Viviendas House Zero. Elaboración propia.

Figura 60. Interior vivienda Tecla.. Tomada de: https://ecoinventos.com/house-zero-icon/

Figura 61. Exterior vivienda Tecla.. Tomada de: https://ecoinventos.com/house-zero-icon/

Figura 62. Esquema Impresora 3D Crane Waps en caso estudio Viviendas Tecla. Elaboración propia.

Figura 63. Impresora Crane Waps en vivienda Tecla. Tomada de: https://entreplanos.com.ar/tag/crane-wasp/

Figura 64. Exterior Vivienda Tecla. Tomada de:

https://www.archdaily.co/co/985435/casa-impresa-en-3d-y-tecnologia-tecla-mario-cucinella-architects

Figura 65. Plano general Vivienda Tecla. Tomada de:

https://www.archdaily.co/co/985435/casa-impresa-en-3d-y-tecnologia-tecla-mario-cucinella-architects

Figura 66. Interior tragaluz Vivienda Tecla. Tomada de: https://www.archdaily.co/co/985435/casa-impresa-en-3d-y-tecnologia-tecla-mario-cucinella-architects

Figura 67. Interior pasillos Vivienda Tecla. Tomada de: https://www.archdaily.co/co/985435/casa-impre-

sa-en-3d-y-tecnologia-tecla-mario-cucinella-architects

Figura 68. Gráfica impacto ambiental impresora Frank. Elaboración propia.

Figura 69. Esquema proceso impresión 3D con impresora Frank. Elaboración propia.

Figura 70. Gráfica impacto ambiental impresora Crane Waps. Elaboración propia.

Figura 71. Esquema proceso impresión 3D Crane Waps. Elaboración propia.

Figura 72. Gráfica impacto ambiental impresora Vulcan II.. Elaboración propia.

Figura 73. Esquema proceso impresión 3D Vulcan II. Elaboración propia.

Figura 74. Gráfica impacto ambiental impresora BatiPrint 3D. Elaboración propia.

Figura 75. Esquema proceso impresión 3D BatiPrint. Elaboración propia.

Figura 76. Esquema proceso impresión 3D en Medellín. Elaboración propia.

Figura 77. Gráfica impacto ambiental por material reciclado. Elaboración propia.

Figura 78. Gráfica impacto ambiental por consumo energético. Elaboración propia.

Figura 79. Representación población promedio. Elaboración propia.

Figura 80. Áreas construídas y no construídas en Medellín. Elaboración propia.

Figura 81. Comparativa construcción tradicional e impresión 3D. Elaboración propia.

Figura 82. Representación proceso constructivo impresión 3D. Elaboración propia.

Figura 83. Ilustración Ciudad Medellín con impresioras 3D. Elaboración propia.

Figura 84. Ilustración en sección Ciudad Medellín con impresora 3D. Elaboración propia.

Figura 85. Mapa conceptual de la construcción de la vivienda. Elaboración propia.

Figura 86. Esquema articulación técnicas construcción. Elaboración propia.

Tabla 1. Cuadro comparativo técnica constructiva D-shape. Elaboración propia.

Tabla 2. Cuadro comparativo técnica constructiva Contour Crafting. Elaboración propia

Tabla 3. Cuadro comparativo técnica constructiva Apis Cor. Elaboración propia

Tabla 4. Cuadro comparativo técnica constructiva Vaciado en concreto. Elaboración propia

Tabla 5. Cuadro comparativo técnica constructiva Mampostería Estructural. Elaboración propia.

Tabla 6. Cuadro comparativo técnica constructiva Prefabricado. Elaboración propia

Tabla 7. Características y aplicación de los materiales. Elaboración propia.

Tabla 8. Conclusiones entrevistas. Elaboración propia.

Tabla 9. Cuadro comparativo impresoras 3D. Elaboración propia.

RESUMEN / ABSTRACT

En la presente investigación se reflexiona sobre la implementación y avances de la construcción con impresión 3D a nivel mundial como modelo replicable en la ciudad de Medellín. El enfoque se centra en la construcción de la vivienda unifamiliar contemporánea, aplicando técnicas de la impresión 3D como alternativa más rentable, innovadora y de menor costo, ya que esta nueva tecnología permite realizar construcciones de una manera más precisa y eficaz, que posteriormente se puede reflejar en el costo final de la obra, además, como alternativa para el desarrollo de viviendas en mayor cantidad por menor tiempo, en comparación con las técnicas constructivas tradicionales. A su vez, se analiza la posible sinergia con las técnicas tradicionalmente usadas en la ciudad e identificar la viabilidad para la construcción de viviendas más resistentes, adaptables a diferentes entornos y escalas, que aun la impresión 3D no pueda elaborar por completo.

Con todo esto se busca plantear procesos técnicos y constructivos que se puedan desarrollar para la construcción de vivienda por medio de las tecnologías con impresión 3D en la ciudad de Medellín. Teniendo en cuenta el análisis del desarrollo y los alcances de la impresión 3D en el proceso constructivo, como una posible contribución a la crisis de la vivienda, ya que esta alternativa ofrece un proceso eficiente, más económico y sostenible. Para lograrlo se desarrollan diferentes metodologías de trabajo, tales como: análisis de caso, visita a un prototipo, entrevistas a profesionales y tablas estadísticas.

Este análisis investigativo dará como resultado, la caracterización de una serie de impresoras 3D que pueden contribuir a la construcción de vivienda en la ciudad, analizadas desde tres variables: procesos técnicos y factores externos, cualidades espaciales y condiciones físicas, y materialidad e impacto ambiental, que nos permiten evaluar cuál de estas puede ayudar a solucionar la crisis de la vivienda en Medellín y adaptarse de forma más fácil al contexto morfológico y social del valle.

This research reflects on the implementation and progress of 3D printing construction worldwide as a replicable model in the city of Medellin. The focus is on the construction of contemporary single-family housing, applying 3D printing techniques as a more profitable, innovative and lower cost alternative, since this new technology allows for a more precise and efficient construction, which can later be reflected in the final cost of the work, as well as an alternative for the development of housing in greater quantity for less time, compared to traditional construction techniques. At the same time, we analyze the possible synergy with the techniques traditionally used in the city and identify the feasibility for the construction of more resistant housing, adaptable to different environments and scales, which even 3D printing cannot completely elaborate. With all this, we seek to propose technical and constructive processes that can be developed for the construction of housing through 3D printing technologies in the city of Medellin. Taking into account the analysis of the development and scope of 3D printing in the construction process, as a possible contribution to the housing crisis, since this alternative offers an efficient, more economical and sustainable process. To achieve this, different work methodologies are developed, such as: case analysis, visit to a prototype, interviews to professionals and statistical tables. This research analysis will result in the characterization of a series of 3D printers that can contribute to the construction of housing in the city, analyzed from three variables: technical processes and external factors, spatial qualities and physical conditions, and materiality and environmental impact, which allow us to evaluate which of these can help solve the housing crisis in Medellin and adapt more easily to the morphological and social context of the valley.

Impresión 3D, Técnicas Constructivas, Innovación, Adaptabilidad, Viviendas en Medellín.

KEYWORDS

3D print, Construction Techniques, innovation, Adaptability, Homes in Medellin.

PALABRAS CLAVE