A impressão 3D, em suas diversas modalidades, é uma tecnologia voltada à prototipagem e à construção de objetos e edifícios de forma rápida e precisa. As impressoras 3D disponíveis no mercado hoje comumente utilizam metal em pó ou materiais plásticos para imprimir objetos e estruturas personalizadas, sobrepondo camada sobre camada de acordo com as informações fornecidas por um modelo digital.
A aplicação de tecnologias de impressão 3D na arquitetura é hoje uma das principais tendências na industria da construção civil. De forma muito similar as pequenas impressoras de mesa atualmente disponíveis no mercado—largamente utilizadas para a produção e prototipagem de pequenos objetos—, os sistemas de impressão 3D comumente utilizados na arquitetura estão compostas por um cabeçote de impressão, que derrete e/ou deposita o material em camadas sobrepostas para a construção de estruturas complexas.
Desta forma, uma casa ou um conjunto de casas (mesmo que cada estrutura tenha uma forma diferente), pode ser construída automaticamente através do emprego de um sistema automatizado conectado a um programa de execução. Finalmente, o modelo virtual vai sendo impresso e transformado em um edifício de verdade.
Como um dos países que mais investe no desenvolvimento de novas tecnologias de impressão 3D no mundo, a China talvez seja hoje a principal potência neste setor. Pensando nisso, apresentaremos a seguir uma série de exemplos de arquitetura impressa que estão impulsionando a indústria da construção civil na China.
Os prós e contras da impressão 3D
Uma das principais vantagens da impressão 3D aplicada à arquitetura é a rapidez e a eficiência nos processos de construção. Com as tecnologias atualmente disponíveis, é possível erguer a estrutura de uma casa de cerca de 50 metros quadrados em apenas um dia.
Mas a rapidez não é a única vantagem: a impressão 3D de edifícios também reduz consideravelmente o desperdício na construção.
Em média, ao longo do processo de construção de uma casa de pequeno porte são geradas até 4 toneladas de lixo. Para a construção da estrutura do contra-piso, por exemplo, o concreto é aplicado de maneira não uniforme, resultando em um desperdício de praticamente metade de todo volume de concreto, independentemente do uso de estruturas complementares de suporte. Este é um dado particularmente alarmante, porque a industria do cimento, o principal componente do concreto, é responsável por cerca de 7% das emissões globais de dióxido de carbono. Em contraste, uma impressora 3D pode ser calibrada de forma a executar estruturas com espessuras regulares e precisas, utilizando somente a quantidade exata de concreto e apenas onde for realmente necessário. Isso é o que chamamos de otimização de topologia.
Outra vantagem da impressão 3D aplicada à arquitetura é que o sistema faz a leitura de um arquivo digital, eliminando a necessidade de converter todo o projeto em desenhos bidimensionais, minimizando erros de leitura e compatibilidade e problemas desnecessários, resultado em uma maior economia de tempo e recursos. E ainda há um benefício extra em um processo de construção digitalizado e automatizado. É possível desenvolver infinitas variações de um mesmo tema assim como desenvolver projetos customizados ou semi-customizados a um custo relativamente baixo, principalmente porque os processos de impressão 3D independem do uso de mão de obra qualificada.
Por outro lado, sistemas automatizados de impressão em concreto ainda estão muito defasados em relação às tecnologias de impressão 3D mais simples. Em primeiro lugar, está a dificuldade de controlar a pega do concreto para que ele possa fluir livremente e de forma uniforme ao longo de todo o processo de impressão. Somado a isso, uma vez projetado pelo cabeçote da impressora, o concreto deve adquirir resistência muito rapidamente e suficiente para suportar as camadas subsequentes. E finalmente, entre atrasar e acelerar a pega do concreto fresco, é preciso garantir a aderência entre as camadas para que a estrutura funcione de forma coesa e integrada.
Além do mais, as tecnologias de impressão 3D em concreto também precisam evoluir em uma série de outras frentes para poder superar os muitos desafios encontrados em um canteiro de obras a céu aberto, como a presença de poeira e água da chuva assim como as variações de temperatura e umidade no ambiente—variáveis que afetam e muito o desempenho do concreto.
Projetos recentes que fazem usos de tecnologias de impressão 3D
Cabana de leitura impressa em 3D / Professor XU Weiguo's Team
Projetada pelo Professor Xu Weiguo da Escola de Arquitetura da Universidade de Tsinghua e construída com impressoras e materiais desenvolvidos pela equipe, a cabana de leitura impressa em 3D foi inaugurada recentemente no Parque de Ciência e Tecnologia Baoshan Wisdom Bay de Shanghai e conta com espaços para a exposição de livros e para a realização de eventos como debates e palestras.
O projeto da Book Cabin partiu do esboço do conceito, depois utilizou o software MAYA de acordo com as necessidades da modelagem da construção, que por sua vez modelou a forma do espaço e a da estrutura de forma racionalizada para determinar o modelo de implementação. Em seguida, se estabeleceu o planejamento das etapas e a codificação da impressão para completar o arquivo digital e, em seguida, tais arquivos conduziram o equipamento robótico de impressão 3D para a impressão em concreto do material camada por camada, construindo assim a forma curva do projeto. A Book Cabin tem uma área total de cerca de 30 metros quadrados e pode acomodar 15 pessoas para diversas atividades.
Casa de concreto impressa em 3D / Professor XU Weiguo‘s Team
Outro projeto realizado pela equipe do professor Xu Weiguo é a casa de concreto impressa em 3D, a qual foi construída como estudo de caso para dois diferentes projetos de pesquisa realizados na Escola de Arquitetura da Universidade de Tsinghua: “Plataformas Móveis para Impressão 3D em Concreto” e “Sistemas de Construção Rápida para Casas de Concreto”.
A plataforma para impressão 3D em concreto é um sistema composto por um braço robótico com um cabeçote de impressão 3D instalado sobre um trilho de uma plataforma móvel elevatória. Durante todo o processo de impressão do protótipo da casa de concreto, a plataforma trabalhou praticamente sozinha, precisando apenas de dois supervisores. Ao mesmo tempo que procura desenvolver e simplificar os processos de impressão 3D em concreto, o professor Xu Weiguo e sua equipe também buscam promover a autonomia destes sistemas, minimizando a presença humana no canteiro de obras. Através da plataforma de impressão móvel, é possível imprimir com rapidez e eficiência cada um dos elementos construtivos necessários, desde as fundações, passando pelas paredes até os planos de cobertura.
Robot-Printed 'Cloud Village' / Philip Feng Yuan's Team
Criado por Philip Feng Yuan e sua equipe, o pavilhão “Cloud Village” foi impresso em 3D em 2018 no Arsenale de Veneza para a Bienal de Arquitetura daquele ano. Através de suas formas orgânicas, o pavilhão chinês Cloud Village foi pensado para criar e abrigar uma série de diferentes espaços abertos e semi-abertos.
O projeto do pavilhão, através de sua semiótica e materialidade, foi inspirado em elementos da arquitetura tradicional chinesa. Utilizando material plástico reciclado, o pavilhão Cloud Village procura estabelecer uma crítica sobre a atual crise ambiental que assola o país, convidando-nos a refletir sobre novas formas alternativas de se construir no futuro.
Pavilhão Impesso em 3D / Archi-Union Architects + Fab-Union
Implantado junto ao acesso leste do Parque Temático Happy Valley de Nanjing, encontra-se a maior estrutura arquitetônica impressa em 3D do mundo. Em operação desde meados de novembro de 2020, quando o parque temático de Nanjing abriu suas portas ao público por primeira vez, o pavilhão foi construído e posto a prova por um período de seus meses antes de ser inaugurado oficialmente. Atualmente, esta estrutura nos serve como um ótimo exemplo sobre as possibilidades futuras desta tecnologia.
E o que podemos esperar para o futuro?
Já que estamos falando sobre o futuro da impressão 3D na arquitetura, a Scientific American nos oferece alguns importantes insights:
Para aumentar a produtividade na industria da construção civil, é necessário investirmos em novas tecnologias assim como também é preciso regulamentá-las. O salto de qualidade será dado quando novas fórmulas de concreto, ou até mesmo novos materiais, nos permitirão criar estruturas suficiente resistentes e que dispensem o uso de estruturas secundárias ou de reforço. Isso também significa que precisaremos mudar as regras do jogo, compatibilizando e flexibilizando nossos códigos de obras existentes.
Este artigo é parte do Tópico do ArchDaily: Automação na arquitetura. Mensalmente, exploramos um tema específico através de artigos, entrevistas, notícias e projetos. Saiba mais sobre os tópicos mensais. Como sempre, o ArchDaily está aberto a contribuições de nossos leitores; se você quiser enviar um artigo ou projeto, entre em contato.
