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La utilización de herramientas digitales en la construcción ha generado un cambio radical en cómo se conciben y fabrican los elementos estructurales, especialmente aquellos de formas complejas. En lugar de depender de moldes estáticos y desechables, la información digital se emplea para programar moldes dinámicos que se adaptan automáticamente a las formas de los modelos tridimensionales generados en un software de diseño, como Grasshopper®. Este proceso permite que el molde se ajuste a las especificaciones exactas del modelo virtual, lo que resulta en una mayor precisión y eficiencia en la producción (Figs. 15, 16, 17). Este avance ofrece una flexibilidad sin precedentes, ya que el mismo sistema de moldes puede ser utilizado para una variedad de geometrías complejas, optimizando tanto el tiempo como los recursos.
El uso de estos moldes adaptativos implica un salto significativo en la forma en que las fábricas de prefabricados operan, ya que permiten la personalización a gran escala sin la necesidad de crear nuevos moldes para cada diseño. Estos avances no solo incrementan la precisión, sino también la sostenibilidad, al reducir la cantidad de residuos generados durante la producción y minimizar el consumo de material innecesario.
En paralelo a la mejora en los sistemas de moldes, la implementación de tecnologías digitales ha facilitado la creación y manejo de refuerzos de acero para elementos prefabricados de formas especiales. La elaboración de refuerzos, que en el pasado era un proceso manual y lleno de errores, ahora se gestiona de manera paramétrica. Mediante el uso de scripts en Grasshopper®, el diseño y modelado de las barras de refuerzo se automatiza, lo que permite generar dibujos de taller de forma mucho más rápida y precisa que los métodos tradicionales. Además, la automatización mejora la calidad de los productos, ya que se garantiza que la geometría y las dimensiones de las barras de acero sean correctas y consistentes en todos los elementos prefabricados.
Una vez que se ha completado el diseño paramétrico, las barras de refuerzo modeladas se transmiten al software BIM, desde donde se extraen las listas de barras necesarias para su fabricación. El sistema también puede generar los diagramas de ensamblaje de las jaulas de refuerzo, los cuales son esenciales para los operarios de planta. De esta forma, se eliminan las tareas manuales de extracción de información y dimensionado de las barras de acero, lo que mejora la eficiencia y reduce el margen de error.
Este proceso de digitalización no solo transforma el diseño y la fabricación, sino que también facilita la transición hacia una cadena de producción completamente digital. La información contenida en los modelos BIM (Building Information Modeling) se convierte en información de fabricación (FIM, Fabrication Information Modeling), lo que permite que los modelos digitales se utilicen directamente para la producción de los elementos. Por ejemplo, las barras de acero se transmiten a las máquinas de doblado de manera automática a través de un archivo en formato BVBS, lo que elimina la necesidad de intervenir manualmente en el proceso de fabricación. Este formato fue desarrollado de forma colaborativa por fabricantes de máquinas de doblado, empresas de software de construcción y productores de acero, con el fin de facilitar el intercambio de información entre los programas de detallado de barras de acero y las máquinas controladas por CNC.
Además, este tipo de automatización permite que las fábricas manejen una mayor variedad de productos sin sacrificar la precisión o el tiempo de producción. Los operarios solo necesitan seguir los diagramas generados automáticamente desde el modelo FIM para ensamblar las barras de acero conforme al diseño, lo que asegura que cada jaula de refuerzo sea ensamblada con las especificaciones exactas.
Es importante entender que aunque estos avances en digitalización y automatización pueden reducir significativamente los errores humanos y aumentar la velocidad de producción, aún existe una etapa que depende del trabajo manual: el ensamblaje de las jaulas de refuerzo. A pesar de contar con todas las especificaciones y las barras de acero ya dobladas de manera precisa, los operarios deben ensamblar las barras manualmente en la planta. Este último paso puede presentar desafíos si no se cuenta con un adecuado entrenamiento del personal y con los recursos necesarios para manejar las piezas prefabricadas de manera eficiente.
El modelo BIM, con la integración de herramientas de diseño paramétrico, facilita enormemente la transición entre la fase de diseño y la producción, pero también es fundamental la colaboración entre todos los actores del proceso, desde los diseñadores hasta los operarios de planta. La digitalización de la construcción, al combinarse con la automatización y la robótica, promete transformar la industria, extendiendo la automatización no solo a la fabricación, sino también a la fase de ensamblaje, lo que abrirá nuevas posibilidades de eficiencia y precisión.
¿Cómo la optimización de la fabricación puede transformar la industria de la construcción a través de la impresión 3D?
La solución de interfaz controlada funciona como un marco integral que conecta diversos aspectos del proyecto: desde la triangulación de mallas y la discretización de superficies hasta la gestión de tensiones mecánicas y el ensamblaje de paneles. Este enfoque holístico demuestra cómo una metodología bien pensada puede generar un resultado armonioso y funcional. En este contexto, el desarrollo de prototipos para un segundo aspecto, que podría parecer menos relevante a primera vista, resulta ser crucial para el éxito general del proyecto. La manipulación manual de cada módulo de aluminio sería una tarea complicada que alargaría considerablemente los tiempos de construcción y dificultaría el centrado preciso sobre la extrusión de ABS subyacente. La solución ideada fue emplear módulos de aluminio con sándwich de panal, fresados por un lado con una herramienta de forma de espiga. Esta estructura no solo limita el costo y el peso del revestimiento de aluminio, sino que, al utilizar láminas más delgadas, asegura una rigidez comparable a la de los paneles convencionales.
La fresado superficial de estos paneles crea un encaje que se llena con la primera capa de extrusión de plástico, asegurando la unión entre el ABS y el aluminio, además de neutralizar los efectos de la contracción del plástico fundido al pasar de la temperatura de extrusión a la temperatura ambiente. Esta innovación, patentada, representa un avance significativo en el campo de la fabricación aditiva. Desde un punto de vista de optimización de la producción, toda la información necesaria para el ensamblaje y el proceso de impresión 3D se integra en cada módulo de aluminio. Cada hoja funciona como una base y un plano para los componentes del sistema Superframe v2. Además, cada panel tiene una identificación única y etiquetas vecinas, lo que facilita la identificación espacial en la zona de instalación.
Este sistema de optimización ha sido desarrollado por INDEXLAB, quien coordina tanto la producción fuera de sitio, realizada por Gimac-eXgineering, como el ensamblaje de la instalación, ejecutado por Nieder. Para asegurar que todas las operaciones se realicen sin contratiempos, los paneles fabricados se ensamblan previamente en el sitio de producción en grupos, lo que reduce los costos y los tiempos de espera en la obra.
El proceso de fabricación de la versión 3 de Superframe nace de las lecciones aprendidas en la versión anterior. En Superframe v3, el objetivo es preservar los dos aspectos fundamentales que definieron el éxito del sistema anterior: la utilización de una impresión 3D simple en tres ejes, que permite una fabricación rápida y económica, y la rapidez de los cálculos para generar las posibilidades de mallas poligonales, que se pueden realizar incluso en máquinas de escritorio. Además, el uso de materiales reciclados post-consumo es una característica clave, ya que el reciclaje de pellets de ABS para la fabricación de estructuras rígidas para fachadas no solo salva el material del vertedero, sino que contribuye a expandir la investigación sobre sinergias entre sectores económicos aparentemente distantes.
El uso de una mezcla especial de plásticos reciclados post-consumo en Superframe v3, que incorpora grupos funcionales elastoméricos, mejora la resistencia del material a la contracción y la deformación. Este enfoque permite la automatización de actividades previamente realizadas de forma manual, como la perforación precisa de los paneles, garantizando la alineación exacta de los agujeros para los tornillos que unen las piezas. El uso de materiales que presentan menos deformación también facilita la utilización de robots para las operaciones de fresado y perforado, mejorando la precisión y reduciendo los márgenes de error en el proceso de ensamblaje.
Una de las mayores innovaciones de Superframe v3 es su capacidad para liberar el cálculo de mallas de la restricción de la poligonización triangular, avanzando hacia la discretización de superficies N-gonales. Esta transición requiere la definición de ciertos límites para la aplicación del algoritmo, ya que, al liberar las restricciones del modelo, se amplían las posibilidades de personalización y eficiencia en la fabricación. Los N-gonos permiten mayor flexibilidad en el diseño, lo que a su vez optimiza el uso del material y mejora la estética de las superficies, sin comprometer la resistencia estructural.
Al trabajar con geometrías complejas y materiales reciclados, el sistema Superframe v3 abre nuevas posibilidades en la arquitectura y la construcción. Su enfoque innovador no solo se limita a la fabricación de estructuras, sino que también permite una reflexión más profunda sobre el uso de materiales y la eficiencia de los procesos constructivos, llevando la fabricación aditiva a nuevas alturas.
El desarrollo continuo en el campo de la fabricación aditiva, especialmente en la construcción, está marcando una evolución fundamental. A medida que más sectores industriales se interesan por la creación de materiales a partir de plásticos reciclados y otros recursos sostenibles, los principios desarrollados en Superframe v3 podrían convertirse en modelos a seguir en muchas áreas de la ingeniería y la arquitectura. La clave de su éxito radica en la integración eficiente de la producción, el ensamblaje y el uso responsable de materiales, lo que allana el camino para un futuro más sostenible y tecnológicamente avanzado en la construcción.