A House Zero em Austin, Texas, é uma casa de 2,000 pés quadrados que foi construída com concreto impresso em 3D. Lake Flato Arquitetos

Na arquitetura, raramente surgem novos materiais.

Durante séculos, madeira, alvenaria e concreto formaram a base da maioria das estruturas da Terra.

Na década de 1880, a adoção de a estrutura de aço mudou a arquitetura para sempre. O aço permitiu que os arquitetos projetassem edifícios mais altos com janelas maiores, dando origem aos arranha-céus que hoje definem os horizontes das cidades.

Desde a revolução industrial, os materiais de construção foram amplamente confinados a uma variedade de elementos produzidos em massa. De vigas de aço a painéis de madeira compensada, este kit padronizado de peças informa o projeto e a construção de edifícios há mais de 150 anos.

Isso pode mudar em breve com os avanços no que é chamado de “manufatura aditiva em larga escala.” Desde a adoção da estrutura de aço, não houve um desenvolvimento com tanto potencial para transformar a forma como os edifícios são concebidos e construídos.

A manufatura aditiva em grande escala, como a impressão 3D de mesa, envolve a construção de objetos uma camada por vez. Seja argila, concreto ou plástico, o material impresso é extrudado em um estado fluido e endurece em sua forma final.

Como diretor de Instituto de Estruturas Inteligentes na Universidade do Tennessee, tive a sorte de trabalhar em uma série de projetos que implantam essa nova tecnologia.

Embora ainda existam alguns obstáculos para a adoção generalizada dessa tecnologia, posso prever um futuro em que os edifícios serão construídos inteiramente com materiais reciclados ou materiais adquiridos no local, com formas inspiradas nas geometrias da natureza.

Protótipos promissores

Entre estes é o Pavilhão Trillium, uma estrutura ao ar livre impressa em Polímero ABS, um plástico comum usado em uma ampla gama de produtos de consumo.

As superfícies finas e duplamente curvas da estrutura foram inspiradas nas pétalas de sua flor homônima. O projeto foi projetado por estudantes, impresso pela Loci Robotics e construído no University of Tennessee Research Park em Cherokee Farm em Knoxville.

Outros exemplos recentes de manufatura aditiva em larga escala incluir Tecla, uma residência protótipo de 450 pés quadrados (41.8 metros quadrados) projetada por Mario Cucinella Architects e impressa em Massa Lombarda, uma pequena cidade na Itália.

Tecla foi construída com argila de origem local. Arquitetos Mario Cucinella

Os arquitetos imprimiram Tecla em argila proveniente de um rio local. A combinação única deste material barato e geometria radial criou uma forma energeticamente eficiente de caixa alternativa.

De volta aos Estados Unidos, o escritório de arquitetura Lake Flato fez parceria com a empresa de tecnologia de construção ICON para imprimir paredes externas de concreto para uma casa chamada “Casa Zero” em Austin, Texas.

A casa de 2,000 pés quadrados (185.8 metros quadrados) demonstra a velocidade e a eficiência do concreto impresso em 3D, e a estrutura exibe um contraste agradável entre suas paredes curvilíneas e sua estrutura de madeira exposta.

O processo de planejamento

A manufatura aditiva em grande escala envolve três áreas de conhecimento: design digital, fabricação digital e ciência de materiais.

Para começar, os arquitetos criam modelos de computador de todos os componentes que serão impressos. Esses projetistas podem usar o software para testar como os componentes responderão às forças estruturais e ajustar os componentes de acordo. Essas ferramentas também podem ajudar o designer a descobrir como reduzir o peso dos componentes e automatizar certos processos de design, como suavizar interseções geométricas complexas, antes da impressão.

Um pedaço de software conhecido como fatiador então traduz o modelo do computador em um conjunto de instruções para a impressora 3D.

Você pode supor que as impressoras 3D funcionam em uma escala relativamente pequena – pense casos de celular e porta-escovas.

Mas os avanços na tecnologia de impressão 3D permitiram que o hardware escalar de forma séria. Às vezes, a impressão é feita através do que é chamado um sistema baseado em pórtico – uma estrutura retangular de trilhos deslizantes semelhante a uma impressora 3D de mesa. Cada vez mais, braços robóticos são usados ​​devido à sua capacidade de imprimir em qualquer orientação.

Os braços robóticos permitem mais flexibilidade no processo de construção.

O local de impressão também pode variar. Móveis e componentes menores podem ser impressos nas fábricas, enquanto casas inteiras devem ser impressas no local.

Uma variedade de materiais pode ser usada para manufatura aditiva em larga escala. O concreto é uma escolha popular devido à sua familiaridade e durabilidade. A argila é uma alternativa intrigante porque pode ser colhida no local – foi o que fizeram os projetistas da Tecla.

Mas plásticos e polímeros podem ter a aplicação mais ampla. Esses materiais são incrivelmente versáteis e podem ser formulados de forma a atender a uma ampla gama de requisitos estruturais e estéticos específicos. Eles também podem ser produzidos a partir de materiais reciclados e de origem orgânica.

Inspiração da natureza

Como a manufatura aditiva constrói camada por camada, usando apenas o material e a energia necessários para fabricar um determinado componente, é um processo de construção muito mais eficiente do que “métodos subtrativos”, que envolve cortar o excesso de material – pense em fresar uma viga de madeira de uma árvore.

Mesmo materiais comuns, como concreto e plásticos, se beneficiam da impressão 3D, já que não há necessidade de fôrmas ou moldes adicionais.

A maioria dos materiais de construção hoje é produzida em massa em linhas de montagem projetadas para produzir os mesmos componentes. Ao mesmo tempo em que reduz custos, este processo deixa pouco espaço para personalização.

Uma vez que não há necessidade de ferramentas, formas ou matrizes, a manufatura aditiva em grande escala permite que cada peça seja única, sem perda de tempo para maior complexidade ou personalização.

Outra característica interessante da manufatura aditiva em larga escala é a capacidade de produzir componentes complexos com vazios internos. Isso pode um dia permitir que as paredes sejam impressas com conduítes ou dutos já instalados.

Além disso, pesquisa está ocorrendo para explorar as possibilidades da impressão 3D multimaterial, uma técnica que pode permitir que janelas, isolamentos, reforços estruturais – até mesmo fiação – sejam totalmente integrados em um único componente impresso.

Um dos aspectos da manufatura aditiva que mais me entusiasma é a maneira como a construção camada por camada, com um material de endurecimento lento, espelha processos naturais, como a formação de cascas.

Uma casa impressa em 3D em Xangai que foi construída em menos de 24 horas com resíduos de construção. Grupo Visual China/Getty Images

Isso abre janelas de oportunidade, permitindo que os projetistas implementem geometrias que são difíceis de produzir usando outros métodos de construção, mas são comuns na natureza.

quadros estruturais inspirado na fina estrutura dos ossos das aves poderia criar treliças leves de tubos, com tamanhos variados refletindo as forças que agem sobre eles. fachadas que evocar as formas das folhas das plantas podem ser projetados para simultaneamente sombrear o edifício e produzir energia solar.

Superando a curva de aprendizado

Apesar dos muitos aspectos positivos da manufatura aditiva em larga escala, há uma série de impedimentos para sua adoção mais ampla.

Talvez o maior a superar seja sua novidade. Existe toda uma infraestrutura construída em torno de formas tradicionais de construção como aço, concreto e madeira, que incluem cadeias de suprimentos e códigos de construção. Além disso, o custo do hardware de fabricação digital é relativamente alto e as habilidades específicas de design necessárias para trabalhar com esses novos materiais ainda não são amplamente ensinadas.

Para que a impressão 3D na arquitetura seja mais amplamente adotada, ela precisará encontrar seu nicho. Semelhante a como processamento de texto ajudou a popularizar os computadores de mesa, acho que será uma aplicação específica de manufatura aditiva em larga escala que levará ao seu uso comum.

Talvez seja sua capacidade de imprimir quadros estruturais altamente eficientes. Também já vejo sua promessa de criar fachadas esculturais únicas que podem ser recicladas e reimpressas no final de sua vida útil.

De qualquer forma, parece provável que alguma combinação de fatores garanta que os edifícios futuros sejam, em parte, impressos em 3D.

Sobre o autor

James Rosa, Diretor do Instituto de Estruturas Inteligentes, Universidade do Tennessee

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.