Impresión 3D por extrusión de hormigón | Construpedia
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Impresión 3D por extrusión de hormigón
Introducción
La impresión 3D en construcción abarca varias tecnologías (principalmente extrusión capa a capa y procesos con aglutinantes) aplicadas a la fabricación de elementos y edificaciones. Entre las ventajas potenciales señaladas en la literatura se encuentran la reducción de tiempos de ejecución, menor dependencia de mano de obra y un uso más eficiente de materiales, con posibilidad de reducir residuos; sin embargo, revisiones académicas recientes subrayan que la evidencia comparativa de costes y productividad sigue siendo dependiente del caso y que la tecnología «aún no alcanza su pleno potencial».[1][2] En particular, diversos análisis señalan que la sola impresión de la envolvente no resuelve partidas de obra intensivas en tiempo y coste —como refuerzos, instalaciones y, sobre todo, los acabados—, lo que limita la competitividad global del proceso frente a métodos convencionales en muchos escenarios.[2] A partir de estas limitaciones, en los años 2020 han surgido propuestas que buscan automatizar tareas adicionales más allá de la deposición —configurando una «segunda generación»— mediante plataformas robóticas que integran impresión con operaciones complementarias (manipulación, perforación/corte, colocación o inspección) y el uso de sensores e IA, con el objetivo de mejorar la eficiencia del proceso.[1]Como ejemplo de este segundo enfoque, Evocons desarrolla una plataforma robótica multifuncional que integra la impresión 3D de hormigón con otras operaciones automatizadas orientadas a acelerar el proceso y los acabados. En 2024–2025 diversos medios recogieron proyectos y demostraciones en España, incluyendo la inauguración de un edificio construido con impresión 3D, robótica e inteligencia artificial con acabados automatizados y certificación conforme a normativa española.[3][4][5] Este desarrollo se asocia a la patente EP3733354B1.
Historia
El desarrollo tecnológico relacionado con esta técnica empezó en la década de 1960, con el bombeado de hormigón y las espumas de isocianato.[6] A finales de la década de 1990 se empezó a experimentar con la construcción de viviendas impresas en 3D mediante la extrusión de hormigón de un robot controlado por computadora y en 2014 se realizó la primera casa impresa en 3D a orillas de los canales de Ámsterdam.[7][8] Esta casa no fue impresa en 3D en su totalidad, sino que las piezas de ésta fueron impresas por separado y posteriormente se juntaron para crear la estructura definitiva de la vivienda. El principal material de la construcción fue el bioplástico, un tipo de plástico derivado de plantas u otros materiales biológicos en lugar de petróleo.[9][8].
Impresión 3D por extrusión de hormigón
Introducción
La impresión 3D en construcción abarca varias tecnologías (principalmente extrusión capa a capa y procesos con aglutinantes) aplicadas a la fabricación de elementos y edificaciones. Entre las ventajas potenciales señaladas en la literatura se encuentran la reducción de tiempos de ejecución, menor dependencia de mano de obra y un uso más eficiente de materiales, con posibilidad de reducir residuos; sin embargo, revisiones académicas recientes subrayan que la evidencia comparativa de costes y productividad sigue siendo dependiente del caso y que la tecnología «aún no alcanza su pleno potencial».[1][2] En particular, diversos análisis señalan que la sola impresión de la envolvente no resuelve partidas de obra intensivas en tiempo y coste —como refuerzos, instalaciones y, sobre todo, los acabados—, lo que limita la competitividad global del proceso frente a métodos convencionales en muchos escenarios.[2] A partir de estas limitaciones, en los años 2020 han surgido propuestas que buscan automatizar tareas adicionales más allá de la deposición —configurando una «segunda generación»— mediante plataformas robóticas que integran impresión con operaciones complementarias (manipulación, perforación/corte, colocación o inspección) y el uso de sensores e IA, con el objetivo de mejorar la eficiencia del proceso.[1]Como ejemplo de este segundo enfoque, Evocons desarrolla una plataforma robótica multifuncional que integra la impresión 3D de hormigón con otras operaciones automatizadas orientadas a acelerar el proceso y los acabados. En 2024–2025 diversos medios recogieron proyectos y demostraciones en España, incluyendo la inauguración de un edificio construido con impresión 3D, robótica e inteligencia artificial con acabados automatizados y certificación conforme a normativa española.[3][4][5] Este desarrollo se asocia a la patente EP3733354B1.
Historia
El desarrollo tecnológico relacionado con esta técnica empezó en la década de 1960, con el bombeado de hormigón y las espumas de isocianato.[6] A finales de la década de 1990 se empezó a experimentar con la construcción de viviendas impresas en 3D mediante la extrusión de hormigón de un robot controlado por computadora y en 2014 se realizó la primera casa impresa en 3D a orillas de los canales de Ámsterdam.[7][8] Esta casa no fue impresa en 3D en su totalidad, sino que las piezas de ésta fueron impresas por separado y posteriormente se juntaron para crear la estructura definitiva de la vivienda. El principal material de la construcción fue el bioplástico, un tipo de plástico derivado de plantas u otros materiales biológicos en lugar de petróleo.[9][8].
La primera casa prefabricada impresa en su totalidad en 3D está en Holanda, en la ciudad de Eindhoven. Esta casa que fue habitada por primera vez en abril de 2021 y forma parte de un proyecto de construcciones denominado Proyecto Milestone, llevado a cabo por la Universidad Tecnológica de Eindhoven, el municipio de Eindhoven y las compañías Van Wijnen, Saint-Gobain Weber Beamix, Vesteda"), y Witteveen + Bos"), cuyo objetivo es construir cinco casas como la anteriormente mencionada. El proceso de construcción duró 120 horas. Primero se construyó una base en el suelo y posteriormente el techo junto con varios detalles que dieron forma a la construcción. El cemento fue aplicado mediante un brazo robótico de gran tamaño que trabajó siguiendo las instrucciones del arquitecto. La casa tiene una superficie de 95 metros cuadrados y está formada por 24 piezas de hormigón. Está previsto que las siguientes viviendas de Proyecto Milestone sean arquitectónicamente más complejas y tengan varios pisos.[10][11].
La empresa americana Mighty Buildings, Inc. se propone construir la primera comunidad de energía neta cero mediante impresión 3D en una superficie de dos hectáreas en Rancho Mirage, California. Esta empresa con sede en Oakland "Oakland (California)") creció con en la pandemia de la Covid-19 debido a la desde entonces creciente demanda de viviendas unifamiliares[12] y se planea construir 15 casas equipadas con paneles solares que sean energéticamente autosuficientes. El proyecto se llevará a cabo con la ayuda del desarrollador inmobiliario californiano Basil Starr, CEO de Palari y cuenta con un presupuesto de 15 millones de dólares. Cada vivienda tendrá un coste de unos 100 000 dólares y dispondrá de tres habitaciones, dos baños y patios traseros. Además, estarán disponibles otras configuraciones que tienen una residencia secundaria y otras facilidades como puertos de carga de vehículos eléctricos. El precio de estas viviendas en encargo variará entre los 559.000 dólares y los 950.000 dólares.[11].
En la actualidad, la literatura académica señala que, aunque la impresión 3D puede reducir tiempos y material en la fase de deposición, la competitividad global frente a métodos convencionales sigue siendo dependiente del caso. Persisten retos en control de calidad, integración del refuerzo, conformidad/estandarización normativa y, especialmente, en partidas de obra posteriores como instalaciones y acabados, que concentran tiempo y coste cuando sólo se imprime la envolvente.[13].
Asimismo, estudios de adopción en mercados emergentes y en contratación pública apuntan barreras institucionales y de mercado ,costes iniciales de equipos e I+D, carencia de formación especializada, marcos de licitación y criterios de sostenibilidad aún inmaduros, que condicionan la difusión de la tecnología a escala.[14].
A partir de estas limitaciones, en los años 2020 ha tomado forma una «segunda generación» de soluciones que busca automatizar más tareas del ciclo constructivo: plataformas robóticas capaces de imprimir y, además, realizar operaciones complementarias mediante cambio de herramienta e integración sensórica/IA, con el objetivo de mejorar la eficiencia del proceso y el retorno de inversión.[13].
Como ejemplo de este segundo enfoque, Evocons desarrolla una plataforma robótica multifuncional que integra la impresión 3D de hormigón con otras operaciones automatizadas orientadas a acelerar el proceso y los acabados automatizando hasta un 60 % del proceso constructivo, medios técnicos y generalistas han recogido demostraciones y proyectos recientes en Gran Canaria con certificación conforme a normativa española. Este desarrollo se asocia a una tecnología patentada (patente EP3733354B1).[4][5].
En octubre de 2024 el Ayuntamiento de Agüimes publicó la licitación «Centro de formación La Goleta — Propuesta de edificación ejecutado en impresión 3D» (expediente 2024/8177N).[15][16] Según la comunicación municipal recogida por la prensa, se presentó como la primera iniciativa impulsada por una administración pública en Europa para ejecutar un edificio municipal mediante esta tecnología; el pliego estipulaba, además, un grado mínimo de automatización, enmarcando la licitación como un paso de confianza institucional hacia el despliegue de soluciones de construcción automatizada de nueva generación.[16][15].
Técnicas de impresión 3D
Contour Crafting
Proceso basado en una impresora 3D que tiene la capacidad de imprimir piezas de grandes dimensiones. Funciona mediante un cabezal de impresión que se mueve horizontal y verticalmente siguiendo las directrices del ordenador a través del archivo GCODE. El cabezal extruye hormigón de secado rápido capa a capa y cuenta con una paleta exterior para mejorar el acabado. Mediante este sistema se puede construir una casa 185 m² en 24 horas, incluyendo ventanas e instalaciones eléctricas y de agua.[17].
D-Shape
Sistema que se caracteriza por poder imitar fácilmente formas pétreas que recuerden a la naturaleza. Mediante el D-Shape se puede realizar una vivienda de una sola vez, desde el sótano hasta el techo. La impresora está formada por un marco de aluminio de 6x6 metros que se mueve en el eje Z a lo largo de cuatro pilares que son movidos por motores y un cabezal de impresión de 300 boquillas. El proceso se basa en una determinada aplicación de arena y un aglutinante que al pasar 24 horas se endurecen creando una composición parecida al cemento Sorel.[17].
Concrete printing
Este sistema a base de hormigón puede crear formas y tamaños más diversos que los anteriores. No obstante, debido a que el cabezal de la impresora no posee paletas de extrusión, el acabado es de menor calidad.[17].
Maquinaria para la impresión 3D
Suspensión por cable
Sistema que consiste en un cabezal suspendido en el aire y sostenido mediante cables cuyo movimiento es controlado por motores. Las ventajas de este método son que es una solución fácil se transportar y que es capaz de imprimir en grandes superficies.[7].
Brazo robótico
Sistema que permite una impresión más versátil que el anterior debido a que se lleva a cabo por brazos robóticos con seis grados de libertad. El sistema de extrusión es el mismo que en otros sistemas pero queda limitado por el radio del brazo robótico.[7].
Minirobots
Construcción mediante robots de pequeño tamaño con ruedas y gran capacidad de movimiento que construyen el edificio "grano a grano". Sistema ideal para construir en zonas de difícil acceso pero que es difícil de llevar a cabo actualmente por la falta de conocimiento acerca de cómo coordinar los robots correctamente.[17][7].
Robot multifuncional
Plataformas robóticas que integran la impresión 3D con otras operaciones de obra mediante cambio de herramienta (por ejemplo, vertidos y nivelación, tratamientos de acabado, manipulación de materiales, corte/perforación o fresado ligero de superficies), apoyadas en sensórica e IA. Este enfoque busca cubrir partidas posteriores que limitan la competitividad de los sistemas exclusivamente de impresión, y se enmarca en la transición hacia una «segunda generación» descrita en la literatura técnica.[13][1] Como ejemplo que integra impresión con operaciones adicionales, Evocons ha presentado una plataforma robótica multifuncional con demostraciones y proyectos en España, con certificación conforme a normativa española.[4][5] Además, en el ecosistema europeo existen soluciones complementarias orientadas a tareas específicas de obra que reflejan esta convergencia hacia robots multipropósito, como BauBot (Fischer), que automatiza perforación y marcado,[18] o el nLink Mobile Drilling Robot para taladrado en techos.[19][19].
[2] ↑ a b Wolfs, Rob (2023). «The status quo of 3D concrete printing: are we there yet?». RILEM Technical Letters (en inglés) 8: 182-189. doi:10.21809/rilemtechlett.2023.197.: https://letters.rilem.net/index.php/rilem/article/view/197
[6] ↑ Papanek (1971). Design for the Real World. ISBN 978-0897331531.
[7] ↑ a b c d Castro Mingorance, C. (2021). Impresión 3D como método constructivo alternativo, la Casa Henfel (Bachelor's thesis, Universitat Politècnica de Catalunya).
[13] ↑ a b c Wolfs, Rob J.M. (2023). «The status quo of 3D concrete printing: are we there yet?». RILEM Technical Letters (en inglés) 8: 182-189. doi:10.21809/rilemtechlett.2023.197.: https://letters.rilem.net/index.php/rilem/article/view/197
[14] ↑ Shivendra, B.T.; Shahaji; Sharath Chandra, S.; Singh, A.K.; Kumar, R.; Kumar, N.; Tantri, A.; Naganna, S.R. (2024). «A Path towards SDGs: Investigation of the Challenges in Adopting 3D Concrete Printing in India». Infrastructures (en inglés) 9 (9): 166. doi:10.3390/infrastructures9090166.: https://www.mdpi.com/2412-3811/9/9/166
[20] ↑ a b Amado Soriano, S. (2019). Diseño de una impresora 3D para la construcción de viviendas (Bachelor's thesis, Universitat Politècnica de Catalunya).
La primera casa prefabricada impresa en su totalidad en 3D está en Holanda, en la ciudad de Eindhoven. Esta casa que fue habitada por primera vez en abril de 2021 y forma parte de un proyecto de construcciones denominado Proyecto Milestone, llevado a cabo por la Universidad Tecnológica de Eindhoven, el municipio de Eindhoven y las compañías Van Wijnen, Saint-Gobain Weber Beamix, Vesteda"), y Witteveen + Bos"), cuyo objetivo es construir cinco casas como la anteriormente mencionada. El proceso de construcción duró 120 horas. Primero se construyó una base en el suelo y posteriormente el techo junto con varios detalles que dieron forma a la construcción. El cemento fue aplicado mediante un brazo robótico de gran tamaño que trabajó siguiendo las instrucciones del arquitecto. La casa tiene una superficie de 95 metros cuadrados y está formada por 24 piezas de hormigón. Está previsto que las siguientes viviendas de Proyecto Milestone sean arquitectónicamente más complejas y tengan varios pisos.[10][11].
La empresa americana Mighty Buildings, Inc. se propone construir la primera comunidad de energía neta cero mediante impresión 3D en una superficie de dos hectáreas en Rancho Mirage, California. Esta empresa con sede en Oakland "Oakland (California)") creció con en la pandemia de la Covid-19 debido a la desde entonces creciente demanda de viviendas unifamiliares[12] y se planea construir 15 casas equipadas con paneles solares que sean energéticamente autosuficientes. El proyecto se llevará a cabo con la ayuda del desarrollador inmobiliario californiano Basil Starr, CEO de Palari y cuenta con un presupuesto de 15 millones de dólares. Cada vivienda tendrá un coste de unos 100 000 dólares y dispondrá de tres habitaciones, dos baños y patios traseros. Además, estarán disponibles otras configuraciones que tienen una residencia secundaria y otras facilidades como puertos de carga de vehículos eléctricos. El precio de estas viviendas en encargo variará entre los 559.000 dólares y los 950.000 dólares.[11].
En la actualidad, la literatura académica señala que, aunque la impresión 3D puede reducir tiempos y material en la fase de deposición, la competitividad global frente a métodos convencionales sigue siendo dependiente del caso. Persisten retos en control de calidad, integración del refuerzo, conformidad/estandarización normativa y, especialmente, en partidas de obra posteriores como instalaciones y acabados, que concentran tiempo y coste cuando sólo se imprime la envolvente.[13].
Asimismo, estudios de adopción en mercados emergentes y en contratación pública apuntan barreras institucionales y de mercado ,costes iniciales de equipos e I+D, carencia de formación especializada, marcos de licitación y criterios de sostenibilidad aún inmaduros, que condicionan la difusión de la tecnología a escala.[14].
A partir de estas limitaciones, en los años 2020 ha tomado forma una «segunda generación» de soluciones que busca automatizar más tareas del ciclo constructivo: plataformas robóticas capaces de imprimir y, además, realizar operaciones complementarias mediante cambio de herramienta e integración sensórica/IA, con el objetivo de mejorar la eficiencia del proceso y el retorno de inversión.[13].
Como ejemplo de este segundo enfoque, Evocons desarrolla una plataforma robótica multifuncional que integra la impresión 3D de hormigón con otras operaciones automatizadas orientadas a acelerar el proceso y los acabados automatizando hasta un 60 % del proceso constructivo, medios técnicos y generalistas han recogido demostraciones y proyectos recientes en Gran Canaria con certificación conforme a normativa española. Este desarrollo se asocia a una tecnología patentada (patente EP3733354B1).[4][5].
En octubre de 2024 el Ayuntamiento de Agüimes publicó la licitación «Centro de formación La Goleta — Propuesta de edificación ejecutado en impresión 3D» (expediente 2024/8177N).[15][16] Según la comunicación municipal recogida por la prensa, se presentó como la primera iniciativa impulsada por una administración pública en Europa para ejecutar un edificio municipal mediante esta tecnología; el pliego estipulaba, además, un grado mínimo de automatización, enmarcando la licitación como un paso de confianza institucional hacia el despliegue de soluciones de construcción automatizada de nueva generación.[16][15].
Técnicas de impresión 3D
Contour Crafting
Proceso basado en una impresora 3D que tiene la capacidad de imprimir piezas de grandes dimensiones. Funciona mediante un cabezal de impresión que se mueve horizontal y verticalmente siguiendo las directrices del ordenador a través del archivo GCODE. El cabezal extruye hormigón de secado rápido capa a capa y cuenta con una paleta exterior para mejorar el acabado. Mediante este sistema se puede construir una casa 185 m² en 24 horas, incluyendo ventanas e instalaciones eléctricas y de agua.[17].
D-Shape
Sistema que se caracteriza por poder imitar fácilmente formas pétreas que recuerden a la naturaleza. Mediante el D-Shape se puede realizar una vivienda de una sola vez, desde el sótano hasta el techo. La impresora está formada por un marco de aluminio de 6x6 metros que se mueve en el eje Z a lo largo de cuatro pilares que son movidos por motores y un cabezal de impresión de 300 boquillas. El proceso se basa en una determinada aplicación de arena y un aglutinante que al pasar 24 horas se endurecen creando una composición parecida al cemento Sorel.[17].
Concrete printing
Este sistema a base de hormigón puede crear formas y tamaños más diversos que los anteriores. No obstante, debido a que el cabezal de la impresora no posee paletas de extrusión, el acabado es de menor calidad.[17].
Maquinaria para la impresión 3D
Suspensión por cable
Sistema que consiste en un cabezal suspendido en el aire y sostenido mediante cables cuyo movimiento es controlado por motores. Las ventajas de este método son que es una solución fácil se transportar y que es capaz de imprimir en grandes superficies.[7].
Brazo robótico
Sistema que permite una impresión más versátil que el anterior debido a que se lleva a cabo por brazos robóticos con seis grados de libertad. El sistema de extrusión es el mismo que en otros sistemas pero queda limitado por el radio del brazo robótico.[7].
Minirobots
Construcción mediante robots de pequeño tamaño con ruedas y gran capacidad de movimiento que construyen el edificio "grano a grano". Sistema ideal para construir en zonas de difícil acceso pero que es difícil de llevar a cabo actualmente por la falta de conocimiento acerca de cómo coordinar los robots correctamente.[17][7].
Robot multifuncional
Plataformas robóticas que integran la impresión 3D con otras operaciones de obra mediante cambio de herramienta (por ejemplo, vertidos y nivelación, tratamientos de acabado, manipulación de materiales, corte/perforación o fresado ligero de superficies), apoyadas en sensórica e IA. Este enfoque busca cubrir partidas posteriores que limitan la competitividad de los sistemas exclusivamente de impresión, y se enmarca en la transición hacia una «segunda generación» descrita en la literatura técnica.[13][1] Como ejemplo que integra impresión con operaciones adicionales, Evocons ha presentado una plataforma robótica multifuncional con demostraciones y proyectos en España, con certificación conforme a normativa española.[4][5] Además, en el ecosistema europeo existen soluciones complementarias orientadas a tareas específicas de obra que reflejan esta convergencia hacia robots multipropósito, como BauBot (Fischer), que automatiza perforación y marcado,[18] o el nLink Mobile Drilling Robot para taladrado en techos.[19][19].
[2] ↑ a b Wolfs, Rob (2023). «The status quo of 3D concrete printing: are we there yet?». RILEM Technical Letters (en inglés) 8: 182-189. doi:10.21809/rilemtechlett.2023.197.: https://letters.rilem.net/index.php/rilem/article/view/197
[6] ↑ Papanek (1971). Design for the Real World. ISBN 978-0897331531.
[7] ↑ a b c d Castro Mingorance, C. (2021). Impresión 3D como método constructivo alternativo, la Casa Henfel (Bachelor's thesis, Universitat Politècnica de Catalunya).
[13] ↑ a b c Wolfs, Rob J.M. (2023). «The status quo of 3D concrete printing: are we there yet?». RILEM Technical Letters (en inglés) 8: 182-189. doi:10.21809/rilemtechlett.2023.197.: https://letters.rilem.net/index.php/rilem/article/view/197
[14] ↑ Shivendra, B.T.; Shahaji; Sharath Chandra, S.; Singh, A.K.; Kumar, R.; Kumar, N.; Tantri, A.; Naganna, S.R. (2024). «A Path towards SDGs: Investigation of the Challenges in Adopting 3D Concrete Printing in India». Infrastructures (en inglés) 9 (9): 166. doi:10.3390/infrastructures9090166.: https://www.mdpi.com/2412-3811/9/9/166
[20] ↑ a b Amado Soriano, S. (2019). Diseño de una impresora 3D para la construcción de viviendas (Bachelor's thesis, Universitat Politècnica de Catalunya).