Concreto impresso em 3D: ainda em sua infância

Há muito entusiasmo em torno da impressão 3D na construção. Em grande escala, a impressão 3D na construção ainda está em um estágio muito inicial de desenvolvimento. O concreto é um material muito desafiador para a impressão 3D. Uma impressora 3D para construção funciona depositando materiais como o concreto, pistada por pistada, por meio de um bocal. Portanto, durante a impressão, o concreto deve ser fluido para que possa sair do bocal. Após a impressão, o concreto deve perder a maior parte de sua fluidez rapidamente para manter a forma impressa. Entretanto, o concreto não deve endurecer muito rapidamente para que as pistadas tenham tempo de aderir umas às outras. Se as pistadas estiverem apenas em cima de outras pistadas sem nenhuma conexão forte entre elas, o resultado será uma estrutura fraca sem nenhuma resistência à tração. Isso tudo significa que não podemos usar concreto normal na impressão 3D, um tipo especial de concreto - sempre com diferentes tipos de aditivos - será sempre necessário.

Também temos que levar em conta a complexidade das estruturas que estamos construindo. A impressão 3D seria mais adequada para estruturas simples. Por exemplo, as estruturas de parede no norte da Europa são bastante complexas e o uso da impressão 3D nessas estruturas é bastante desafiador. A estrutura de parede sanduíche já é um desafio para a impressão 3D: Você tem três pistadas na estrutura - a parede interna, uma pistada de isolamento e uma parede externa. Além disso, normalmente há diferentes componentes de fiação elétrica montados dentro da estrutura da parede. Imprimir uma estrutura de três pistadas e montar componentes elétricos durante o processo de impressão não é uma tarefa fácil. Toda a estrutura da parede precisa ser reprojetada para a impressão 3D.

A velocidade atual das impressoras 3D não é comparável à das fábricas modernas de pré-moldados. Além disso, a qualidade da pré-moldagem é muito melhor do que a da impressão 3D. A impressão 3D permite a fabricação de formas complexas, mas no caso de estruturas de concreto típicas, como paredes, a eficiência da impressão 3D está longe da eficiência alcançada pela atual tecnologia de pré-moldados.

Apesar de suas limitações atuais, precisamos estar abertos às possibilidades que a impressão 3D traz. A impressão 3D pode ser vista como uma abordagem para aumentar a automatização da construção. Se olharmos objetivamente, a impressão 3D na construção não é muito evidente. Cada vez mais a automatização será necessária na construção. A impressão 3D pode ser uma ferramenta para ajudar a desenvolver a automatização na construção, mas certamente não é a única ferramenta.

Devemos ter em mente que uma das principais vantagens do concreto é que ele é um material que pode ser moldado em diferentes formas, formatos e complexidade. Atualmente, também estão disponíveis diferentes tratamentos para a superfície do concreto. A construção de concreto é basicamente baseada nessa flexibilidade do concreto moldado. Com a impressão 3D, mudaremos isso totalmente. A impressão 3D certamente nos dá novas possibilidades, mas também perdemos algumas vantagens do uso do concreto.

Jouni Punkki
Professor de Prática (Tecnologia do Concreto)
Universidade de Aalto

Devemos considerar a impressão 3D na construção como uma tecnologia muito interessante que tem algum potencial no futuro. Do ponto de vista da segurança, há normas que regem qualquer tipo de construção e há, é claro, requisitos para adicionar barras reforçadas para suporte em estruturas 3D. Como a tecnologia é muito nova e as práticas regulatórias estão sempre mudando, atender a essas normas pode ser um desafio para uma tecnologia emergente como a impressão 3D. Mas não acho que as preocupações com as estruturas impressas em 3D estejam centradas na segurança.

A impressão 3D de concreto enfrenta os mesmos problemas que outros setores que usam a tecnologia estão enfrentando. Usar moldes para fazer peças por meio de fundição será muito mais rápido. Com a impressão 3D, você sempre tem que esperar para ter certeza de que a pistada anterior pode suportar a estrutura antes de adicionar a próxima pistada.

Uma vantagem que as estruturas impressas em 3D podem oferecer em relação à construção convencional é a facilidade de incorporar tecnologia inteligente, como sensores, por exemplo, o que facilita sua integração ao modelo de cidade inteligente. Desse ponto de vista, é muito mais difícil reformar casas existentes feitas com técnicas de construção tradicionais.

O desenvolvimento de novas tecnologias leva tempo. É uma questão de experimentar e descobrir detalhes e tentar fazer com que todas as diferentes variáveis funcionem. A impressão 3D de estruturas de concreto é algo que provavelmente se tornará mais difundido. O formato que ela assumirá no setor de construção é algo que não podemos prever no momento.

A grande questão, é claro, é se você conseguirá torná-la financeiramente viável. A tecnologia é algo que os clientes estariam interessados em pagar um prêmio por casas impressas em 3D, por exemplo, em vez de casas construídas usando outros métodos? O custo de aquisição será competitivo ou mesmo comparável ao que está sendo oferecido no mercado? Existem outras maneiras de obter resultados semelhantes e essas opções são mais baratas e estão mais prontamente disponíveis para o setor de construção.

Jouni Partanen
Chefe de departamento (Método de Produção Avançada)
Departamento de Engenharia Mecânica
Universidade de Aalto

Há algumas empresas nos EUA e na Europa que se dizem empresas de impressão 3D de concreto, mas, nos últimos dois ou três anos, elas fizeram apenas estruturas bem pequenas, como uma casa de família. Uma empresa russa fez um prédio de três andares em Dubai. Há também uma empresa na Estônia que está prestes a construir uma casa impressa em 3D. Nós os ajudamos a transformar isso em realidade, mas o produto final ainda não foi visto.

A construção é um setor altamente regulamentado e um dos motivos que impedem que o concreto impresso em 3D seja disponibilizado comercialmente é a existência de todas as regulamentações e o tempo necessário para obter permissões. O concreto usado para impressão 3D também é mais caro do que os materiais de concreto tradicionais devido às misturas necessárias para garantir a consistência correta.

No entanto, a tecnologia continua a se desenvolver. Quando eles imprimem uma parede em 3D, eles a fazem como um sanduíche com duas subpistadas para que haja espaço para tubulações e ventilação, entre outros. Em Zurique, eles conseguiram construir uma casa de três andares usando diferentes tecnologias. Eles inventaram algo chamado "laje inteligente", que tinha todos os elementos de aquecimento dentro da laje, mas usaram moldes impressos em 3D muito caros para conseguir isso. Foi um projeto experimental para provar que o conceito poderia funcionar.

A maioria das empresas envolvidas com a impressão 3D na construção civil afirma, é claro, que é uma tecnologia melhor do que a de pré-moldados, mas, até o momento, elas ainda não mostraram provas disso.

Ashish Mohite
Candidato ao doutorado
Departamento de Engenharia Mecânica
Universidade de Aalto

A tecnologia atual usada na construção é a aplicação de concreto. Para tornar isso financeiramente viável, é preciso tornar as estruturas simples e padronizadas. Caso contrário, o custo aumenta, pois é preciso fazer e personalizar diferentes moldes. O problema é que, além de criar elementos que não são visualmente atraentes, as estruturas simples usam muito concreto. Com a impressão 3D, podemos reduzir cerca de 50% do concreto usado, concentrando-nos em onde a parede, por exemplo, suporta a carga. Posso imprimir linhas para fazer uma laje e usar materiais somente nos locais onde realmente preciso deles. No entanto, isso significa que também precisamos desenvolver novas metodologias de projeto na época para nos beneficiarmos da nova tecnologia. Infelizmente, isso leva tempo.

O setor está concentrado no material disponível no momento. Acho que, se você vai mudar alguma coisa, é uma boa ideia olhar para ela de uma perspectiva social e de sustentabilidade. Vi uma oportunidade ao trabalhar com concreto digital: todos apoiam a mudança na composição do concreto porque a impressão 3D não é vista como uma ameaça pelo setor de construção tradicional.

Acredito que a impressão 3D também oferece muitas possibilidades para a fabricação de materiais mais inteligentes. Por que não ligar materiais condutores de eletricidade no concreto para que não precisemos mais colocar fios em nossas estruturas de concreto? Com a impressão 3D, você pode adicionar por centímetro, fazer alterações no material, fazer com que ele ligue a eletricidade no ponto exato que você deseja, tornar o concreto translúcido onde você quiser. Trata-se de combinar concreto impresso em 3D com tecnologia inteligente para nos beneficiar como sociedade.

Um obstáculo é a viabilidade econômica. Tecnologias como a impressão 3D não serão amplamente adotadas se não houver um benefício econômico visível em algum momento. Portanto, os fabricantes talvez pudessem procurar expandir seu modelo de negócios para que a construção não seja julgada apenas pelo preço da casa ou da estrutura que está sendo construída, mas também pelo impacto que ela tem em nosso ecossistema e em sua sustentabilidade.

Dito isso, há muita diferença entre imprimir em 3D uma ponte e uma casa. Anunciamos um projeto para construir casas impressas em 3D em Eindhoven há dois anos e meio e a primeira casa ainda não foi construída. A complexidade fica evidente quando comparada à primeira ponte impressa. A primeira ponte foi inaugurada em um semestre após o início do projeto.

Aprendemos que isso é muito difícil porque, ao construir uma casa, há sistemas complicados - HVAC, eletricidade, conectividade com a Internet - que precisam ser levados em conta. Levamos muito tempo para descobrir como fazer isso e acho que ainda levará muitos anos até que possamos imprimir casas ou edifícios em uma escala maior. As pontes são mais simples de imprimir em 3D, pois têm menos detalhes.

Theo Salet
Diretor do Departamento de Ambiente Construído
Professor Titular de Projeto Estrutural / Estruturas de Concreto
Universidade de Eindhoven

A impressão 3D é um sistema de produção muito interessante que estamos acompanhando de perto. Ela já está sendo usada em muitos setores, como na produção de aço e plástico e na aeronáutica, especialmente na fabricação de peças de avião. No entanto, ela não é tão amplamente utilizada no setor de construção.

Como os especialistas observaram, ainda há muitos desafios que precisam ser resolvidos antes que a impressão 3D deixe sua marca na construção. Acredito que esse é o futuro do nosso negócio - é apenas uma questão de como e quando. No momento, a impressão 3D é usada principalmente para criar elementos decorativos. Em alguns navios de cruzeiro, elementos impressos em 3D feitos de plástico e fibras de celulose são usados como parte do design de interiores.

Embora o concreto ainda não seja amplamente usado para impressão 3D, ele oferece muitos benefícios: é à prova de fogo, forte e pode suportar os elementos. Isso é o que o torna o material perfeito para elementos externos impressos em 3D, como estátuas ou colunas, especialmente porque as pessoas estão procurando algo além das estruturas pré-moldadas básicas em forma de caixa.

Os elementos decorativos podem, é claro, ser moldados em concreto, mas isso exige que os trabalhadores da forma sejam artesãos. Uma aplicação prática da impressão 3D na construção é a fabricação de moldes. Em projetos pré-moldados complicados, a criação do molde é sempre um desafio, pois exige muito trabalho e precisão. Se os moldes forem impressos em 3D, o processo se tornará mais fácil e exigirá menos mão de obra.

Foram realizados testes de impressão 3D de estruturas inteiras usando concreto, como residências unifamiliares. É bom que esses testes estejam sendo feitos, mas também está claro que o concreto impresso em 3D ainda tem um longo caminho a percorrer. Há desafios técnicos e de qualidade que precisam ser superados, especialmente quando começamos a pensar na impressão 3D de grandes estruturas, como edifícios de vários andares. A construção com concreto impresso em 3D também enfrenta um desafio econômico. Os aditivos necessários para fazer o concreto funcionar com a tecnologia de impressão 3D são muito caros.

A construção que se baseia totalmente no concreto impresso em 3D - onde todos os sistemas de reforço, HVAC e esgoto são integrados e não colocados separadamente, como é feito hoje - simplesmente não é possível no momento. Talvez no futuro, quando tivermos desenvolvido a tecnologia do concreto no nível certo, as estruturas de impressão 3D serão uma opção viável.

Petteri Laitinen
Vice-presidente de Projetos e Serviços
Elematic