Impressão 3D em arquitectura

PorSercan Kahraman Letzte Überprüfung:

Não só na engenharia mecânica, na indústria aeroespacial, na medicina e na arqueologia, mas também na arquitectura, a impressão 3D está a ser cada vez mais utilizada. Neste artigo, gostaríamos de analisar mais de perto para que pode ser utilizado o fabrico de aditivos na arquitectura e quais são as principais aplicações.

Aplicações

Basicamente, é feita aqui uma distinção entre impressoras 3D que

  • produzir modelos arquitectónicos de baixo custo que são utilizados como modelos de estudo durante o processo de fabrico subsequente,
  • Produzir modelos arquitectónicos realistas mas detalhados para representar visualmente o imóvel e para serem utilizados para promover o projecto; e
  • até ser utilizado para a produção de objectos de construção impressos em 3D.

Que processo de impressão é mais adequado?

A tecnologia FDM (Fused Deposition Modelling ) é normalmente utilizada para a produção de modelos arquitectónicos. A maioria das impressoras 3D de secretária são dispositivos FDM que funcionam com o chamado filamento. Para além do processo FDM, a estereolitografia (SLA) e a tecnologia de processamento de luz digital (DLP) são também utilizadas na impressão arquitectónica 3D.

Vantagens da impressão em 3D no campo da arquitectura

Os modelos impressos em 3D não devem ser subestimados como um suplemento aos modelos virtuais 3D e simulações em computador. Aqui os objectos são feitos como modelos e podem dar ao espectador uma primeira impressão visual. Estes objectos podem ser produzidos com impressoras 3D a baixo custo e, ao mesmo tempo, com alta precisão. Se forem apresentadas diferentes versões de um projecto, isto é possível sem esforço com modelos impressos em 3D. Estes modelos podem ser mostrados ao cliente, que pode assim também obter uma impressão visual durante várias fases de construção.

Para além da poupança de custos, a poupança de tempo é também um factor que não deve ser subestimado. Enquanto no passado os objectos tinham de ser criados à escala a partir de madeira ou espuma em trabalhos manuais meticulosos que por vezes levavam dias, isto pode agora ser feito por uma impressora 3D. Tudo o que é necessário é introduzir os dados relevantes no software 3D apropriado e depois transferir os dados para a impressora 3D pronta a usar via cabo USB ou cartão SD. Enquanto a impressora 3D está a funcionar, o arquitecto pode prosseguir outra actividade.

Se forem feitas alterações ao objecto posterior, o modelo 3D pode ser especificado no computador e depois reimpresso. Especialmente para o desenho iterativo, a impressão em 3D é uma ferramenta quase ideal.

A impressão 3D também representa um elevado nível de detalhe e permite a utilização de muitos materiais e superfícies diferentes. Muito frequentemente, contudo, o pós-processamento tem de ser feito. Este trabalho inclui a remoção de materiais de suporte, limpeza da superfície até à pintura e coloração. Na Malásia, por exemplo – ao contrário de Hamburgo – criaram um país maravilhoso em miniatura com a MinNature, onde a maioria dos modelos de construção foram feitos com impressoras 3D. Entre outras coisas, é possível ver distritos inteiros de Kuala Lumpur em miniatura.

Se a impressão em 3D for realizada com grandes impressoras de betão, é mesmo possível produzir casas inteiras, pavilhões de feiras mais pequenos, pontes para bicicletas e pedestres com esta tecnologia. Tais casas, pavilhões e pontes foram construídos e entregues para utilização na Dinamarca, Países Baixos, Rússia e Espanha, entre outros. Na Design Miami 2016, os visitantes puderam admirar um pavilhão impresso em 3D feito de bambu chamado “Flotsam and Jetsam”.

No entanto, a maioria dos arquitectos irá certamente utilizar a impressão em 3D principalmente para visualizar objectos de construção de vários tipos. Na maioria dos casos, uma impressora 3D utilizando o processo FDM é suficiente para isso.

Vários modelos arquitectónicos

Já na fase de concepção, é possível fazer diferentes modelos 3D que correspondem a diferentes conceitos, por exemplo. Especialmente então deverá escolher uma impressora 3D que imprima em grande detalhe. A escolha do filamento é também importante e não deve ser subestimada. Um grande volume de construção é também importante, especialmente para modelos urbanos.

O que é que também fala por impressão em 3D na arquitectura?

Outro critério importante a favor da impressão em 3D são os custos de produção mais baixos. Muitos conceitos podem agora ser testados não só no ecrã através de simulação por computador, mas também como um objecto real, destacando assim potenciais problemas. Em regra, uma impressora 3D com extrusora é aqui completamente suficiente. Muitas vezes apenas um ou dois tipos de material são necessários (provavelmente ABS e PLA), que devem estar em stock num pequeno número de cores. De acordo com a Stratasys, um dos principais fabricantes de impressoras 3D, a utilização destes dispositivos pode reduzir os custos de modelação em até 75%.

Os arquitectos podem atingir um nível de detalhe particularmente elevado se utilizarem o método SLA ou DLP para imprimir os modelos. Estes processos de impressão em 3D funcionam parcialmente com uma resina e são conhecidos pelo seu elevado nível de detalhe. São precisamente os detalhes que frequentemente despertam o interesse dos investidores ou clientes.

Para além da própria impressão em 3D, é claro que é necessário algum trabalho adicional. Isto inclui a concepção gráfica dos objectos individuais no computador com a ajuda de software de impressão 3D durante o tempo de preparação. Durante o período de pós-processamento, a impressora 3D ou a sua placa de construção pode precisar de ser limpa e o objecto impresso polido, montado se necessário e pintado.

Fabrico de estruturas complexas

Objectos arquitectonicamente difíceis podem ser realizados com o fabrico de aditivos. Isto permite, entre outras coisas, a impressão de arcos e cúpulas que dificilmente podem ser realizados manualmente. Mas quem pensa que isto tornaria obsoleto o trabalho de designers ou fabricantes de modelos está provavelmente enganado. Com esta tecnologia, eles são capazes de realizar estruturas ainda mais complicadas. Assim, a impressão em 3D é apenas uma parte da “caixa de ferramentas” dos criadores, fabricantes de modelos e designers.

Custos

A produção de modelos arquitectónicos impressos em 3D pode ser realizada internamente ou subcontratada a um fornecedor de serviços de impressão 3D que produzirá modelos arquitectónicos. Aqueles que não querem externalizar estes serviços devem dar uma vista de olhos às várias revisões de produtos que foram agora publicadas em muitas impressoras 3D – impressoras prontas a usar ou kits de impressoras 3D. Em geral, o preço de um objecto impresso em 3D depende dos seguintes parâmetros, entre outros:

  • Tamanho do modelo a ser impresso,
  • Intensidade pretendida dos detalhes,
  • Qualidade do material,
  • Escolha de filamentos,
  • Duração da impressão em 3D (consumo de energia/custos de electricidade),
  • Custos de aquisição proporcionais para a impressora 3D.

Tamanho do modelo a imprimir e duração da impressão em 3D

Quanto maior for o modelo impresso em 3D, mais material é utilizado e mais elevados são os custos do filamento. O tamanho também tem um efeito sobre o tempo de impressão. A impressão em 3D de objectos maiores leva geralmente mais tempo, o que aumenta os custos de electricidade.

Intensidade dos detalhes

O fabrico aditivo de um modelo arquitectónico complexo e ao mesmo tempo detalhado leva mais tempo do que para um simples objecto com apenas alguns detalhes. Os modelos detalhados também requerem frequentemente mais tempo de preparação.

Qualidade do material

Os filamentos são bastante caros de adquirir, especialmente se se pretende que tenham propriedades tais como resistência aos UV e flexibilidade. Em caso algum se deve poupar na qualidade do material, mas adquirir bens de alta qualidade.

Selecção do filamento

As impressoras 3D que utilizam o processo de extrusão – ou seja, tecnologia FDM – podem trabalhar com uma grande variedade de filamentos tais como PLA, ABS, PET-G, PVA, filamentos de madeira, etc. O ABS e o PLA em particular são ideais para fazer modelos arquitectónicos.

Se a impressão deve ter muitos detalhes, pode fazer sentido trabalhar com uma impressora SLA ou DLP 3D.

Duração da impressão em 3D

Outro factor de custo é sem dúvida a duração da impressão em 3D. Se um objecto maior ou detalhado tiver de ser impresso em 3D, a impressora 3D pode ter de trabalhar durante várias horas de cada vez. Isto, claro, tem um impacto no filamento e especialmente no consumo de energia. A propósito, se entretanto houver uma falha de energia ou se o filamento se esgotar, cada vez mais impressoras 3D podem continuar a imprimir no mesmo ponto mais tarde.

Custos de aquisição proporcionais para a impressora 3D

Tal como com os veículos (palavra-chave: quilometragem permitida na declaração de impostos), os custos de aquisição da impressora 3D também devem ser tidos em conta no cálculo dos custos. Afinal de contas, pelo menos a compra de um dispositivo de preço mais elevado só se paga a si próprio após um período de tempo mais longo e apenas se for utilizado regularmente.

Os preços das impressoras 3D de secretária com funções para a indústria da arquitectura diferem consideravelmente. Para as impressoras 3D convencionais de kit, que são principalmente utilizadas para uso privado e que poderiam certamente ser também adequadas para a produção de modelos individuais de construção simples, começam por cerca de 150 euros. Contudo, se não quiser passar muito tempo a mexer na configuração e, ao mesmo tempo, quiser utilizar uma impressora 3D de alto valor, deve investir em impressoras prontas a usar. Os dispositivos profissionais com um grande espaço de instalação podem também custar mais de 10.000 euros. Estes últimos dispositivos são utilizados, por exemplo, para a produção de maiores quantidades.

Scanner 3D em arquitectura

Quando se trata de impressão em 3D na arquitectura e construção, o foco principal, como em qualquer outro lugar, é a tecnologia de impressão. No entanto, com a digitalização 3D, há outro procedimento interessante que também pode servir bem aos arquitectos. Gostaríamos de abordar brevemente este assunto aqui.

Os scanners 3D são utilizados, por exemplo, para capturar espaços interiores em casas e edifícios comerciais. Os dados gerados desta forma são transferidos para um computador e processados com programas CAD apropriados (por exemplo, Autocad, Fusion 360, etc.). Tal processo é utilizado por alguns agentes imobiliários para permitir aos potenciais clientes visitar virtualmente unidades residenciais ou casas.

A digitalização 3D também pode ser benéfica para edifícios históricos. Se, por exemplo, os desenhos de construção e outros documentos de construção estiverem apenas incompletos ou não estiverem disponíveis, um scanner 3D pode ser utilizado para criar uma representação detalhada e determinar pelo menos algumas das dimensões.

O exemplo mais conhecido da utilização de scanners 3D na arquitectura é certamente a Catedral da Sagrada Família em Barcelona, que deverá finalmente ser concluída mais de 130 anos após o início da construção. Com a ajuda de scanners 3D, foram criados modelos de áreas individuais deste edifício sagrado, que agora fornecem uma base para a continuação da conclusão da estrutura. Até à viragem do milénio, os modelos individuais tinham sido meticulosamente elaborados à mão.

Mais literatura/ fontes:

  • https://minnature.com/
  • https://www.miamidesigndistrict.net/blog/entries/579/flotsam–jetsam-brings-one-of-the-worlds-largest-3d-printed-objects-to-miami/
  • https://i.materialise.com/blog/en/how-3d-printing-is-changing-architecture-learning-from-the-sagrada-familia-team-in-barcelona/