Impresión 3D a Gran escala- Desde el Fondo del Mar a la Luna_

Impresión 3D a Gran Escala: Desde
el Fondo del Mar a la Luna
Valentina Colla, Enrico Dini
Scuola Superiore Sant’Anna, Istituto TeCIP, Laboratorio PERCRO,
Pisa, Italy
[email protected]
Monolite UK Ltd., 101 Wardour Street W1F 0UN, London, UK
[email protected]
Introducción
El interés de la comunidad científica y técnica sobre las
tecnologías de impresión 3D a gran escala ha ido creciendo
considerablemente en los últimos años debido a la amplia
variedad de potenciales aplicaciones tanto en construcciones
directas de partes de edificios, de edificios completos y otras
estructuras complejas de prácticamente casi cualquier forma.
Desde su nacimiento, que se remonta a los años 90, estas
técnicas de construcción a escala, de manufactura rápida, han
alcanzado su época de madurez y ahora se usan en la
producción de muros, de elementos de diseño para esculturas
de gran tamaño, especialmente para exteriores. La Fig. 1 nos da
tres ejemplos de estos objetos y la Fig. 2 presenta una casa
pequeña completa.
Fig. 1: Una escultura para exteriores, la pieza "Radiolaria" y una
tumbona para jardín.
Fig. 2: Una casa completa
2 Todas las piezas presentadas en 1 y 2 se han realizado con
una tecnología llamada D-shape, inventada y patentada por
Enrico Dini, de Monolite UK. Esta tecnología difiere de la de
sus competidores más conocidos (por ejemplo Freeform
Construction1 desarrollada por el Rapid Manufacturing
Research Group de Loughborough y Contour Crafting2) por la
característica especial de la catalización selectiva de materiales
dentro de un sustrato de arena pre-depositada por medio de la
inyección ad-hoc de una “tinta” líquida, mientras que las otras
técnicas proceden por la extrusión del material de construcción
ya premezclado con el aglutinante asociado o catalizador. Esto
le permite a D-Shape imprimir piezas de gran tamaño ya que la
única dimensión limitante está dada por el tamaño de la
superficie de impresión: la versión más actualizada de una
impresora (un plóter gigante con un cabezal de espray lineal
que se mueve entre dos marcos en el espacio de los ejes x-y) se
muestra en la Fig. 3; tiene una superficie de impresión de 6x6
metros y una altura de 3 m.
Realización de piezas para armar una
estación lunar
Gracias a las características especiales, la tecnología DShape se escogió para el proyecto titulado “Piezas para Armar
Impresas en 3D Usando Suelo Lunar” fundado por la Agencia
Espacial Europea (ESA, en inglés) cuyo objetivo era desarrollar
conceptos para la construcción de habitaciones para la
residencia estable de humanos en la luna (3).
3 Fig. 3: La impresora D-Shape
El establecimiento de asentamientos humanos en la luna
es de gran interés para realizar experimentos científicos, para
hacer campañas de observación en alguna parte remota del
espacio sin el escudo atmosférico y como base de misiones de
exploración del espacio profundo.
Como cualquier otra colonización en la historia humana,
también la de la luna debe explotar los materiales locales para
la estructura básica de las “casas”, pero en la luna sólo se
dispone de suelo arenoso y una pequeña cantidad de agua
helada. La arena lunar se llama regolito y la primera parte del
citado proyecto se dedicó a la búsqueda de un material
adecuado que reprodujera las propiedades principales del
regolito. Posteriormente, se realizaron pruebas al vacío para
demostrar que la tecnología D-shape puede aplicarse en
ausencia de atmósfera y con gravedad reducida, es decir, en
condiciones similares a las que se pueden encontrar en la luna.
Estos experimentos se han realizado en una de las cámaras
de vacío de Alta SpA. La tecnología D-shape también se ha
4 adaptado a las operaciones en entornos duros con soporte
limitado por parte de operadores humanos (la posibilidad de
realizar operaciones remotas sin supervisión humana también
se ha considerado). La Scuola Superiore Sant’Anna investigó en
esta dirección: la impresora está equipada con una cámara que
toma imágenes de cada capa impresa, con algoritmos de
procesamiento de imagen que pueden comparar la superficie
impresa con su forma ideal y encontrar defectos eventuales. La
lógica de control también se adaptó para detectar de manera
autónoma y reparar los defectos de impresión y de
funcionamiento. Finalmente, la estructura completa de la
impresora se rediseñó preliminarmente de manera de que
pueda –en el futuro– ser más flexible, adaptable a la superficie
irregular de la luna y, sobre todo, capaz de moverse e
interactuar en cooperación con otros vehículos auto o
semiautónomos que pudieran, por ejemplo, acumular regolito
para las operaciones de impresión.
Fig. 4: Bloques para armar del escudo externo de la estación
lunar y su proceso de impresión.
El diseño de la estructura de la estación lunar y de sus
bloques para armar han sido desarrollados por la famosa
compañía de diseño londinense Fosters + Partners que fue
también socia del proyecto. Las “casas” lunares deberían ser
5 similares a los iglús con un escudo externo grueso hecho (o
“impreso”) en regolito y una estructura interna compuesta de lo
que se llama “closed foam” (es decir, cavidades internas
cerradas y vacías) proporcionando así aislamiento térmico
adecuado y protección anti-micrometeoritos sin que se necesite
una gran cantidad de material de unión; mientras que el núcleo
más interno va a estar constituido por una estructura inflable
presurizada. El diámetro de la capa inferior es de unos 10 m,
mientras que la altura total es de unos 5 m. La figura 3 muestra
uno de los prototipos de los bloques de armar (volumen total de
unos 1.5 m3 ) con una capa que se evidencia y el proceso de
impresión del mismo prototipo, para que se entienda la
efectividad de la tecnología D-Shape en la realización de esta
estructura. La Figura 5 muestra el prototipo de la estación lunar
completa.
Fig. 5: Prototipo de la estación lunar. (Cortesía de
Fosters+Partners, quienes participaron en el proyecto financiado
por ESA)
6 D-shape para el ambiente marino
Las propiedades porosas de los artefactos impresos con la
tecnología D-Shape los hacen apropiados para su inclusión en
ambientes naturales.
Por ejemplo, la vegetación trepadora puede fácilmente
apoyarse en estas estructuras cubriéndolas gradualmente y
generando formas únicas e inesperadas totalmente
incorporadas a los escenarios naturales. De acuerdo con este
mismo principio, también la vegetación submarina y la
pequeña fauna marina pueden aprovechar este tipo de
estructuras (cuando están diseñadas adecuadamente) como un
buen hábitat para la vida y la reproducción. Por lo tanto, estos
artefactos pueden emplearse con éxito en la restauración rápida
del lecho marino dañado por eventos naturales o por la
intervención humana (por ejemplo accidentes o construcciones
anti-ambientalistas).
Conclusiones
D-Shape es una de las tecnologías de impresión 3D a gran
escala que explota el uso de material arenoso mezclado con un
material de unión particular que permite imprimir piezas de
trabajo con una gran variedad de formas y para una amplia
gama de aplicaciones, desde la arquitectura al arte, apropiadas
para ambientes muy diferentes, como jardines, parques,
edificios o lo profundo del mar. El trabajo futuro se dedicará
por una parte, al mejoramiento de la impresora para hacerla
más rápida, y capaz de autodiagnosticar fallas; por otra parte,
hay aplicaciones novedosas que se están estudiando y
desarrollando, especialmente dedicadas a la arquitectura
compatible con el ambiente y a estructuras para la restauración
de ambientes naturales.
7 Agradecimientos
El trabajo sobre Piezas para Armar una Estación Lunar se
ha desarrollado dentro del proyecto titulado "3D Printed
Building Blocks Using Lunar Soil" (Piezas para Armar Impresas
en 3D Usando Suelo Lunar) financiado por la Agencia Espacial
Europea (ESA) dentro del esquema de financiación del General
Studies Programme (GSP).
Los autores agradecen por su valiosa contribución a todos
los socios del proyecto y, en particular, al equipo liderado por
Giovanni Cesaretti de Alta S.p.A., el equipo dirigido por Xavier
De Kestelier en Fosters +Partners, y a Laurent Pambaguian y
Scott Hovland de ESA, quienes nutrieron al equipo global del
proyecto con su amplio conocimiento de los requisitos para la
exploración espacial.
Referencias
1 Buswell
et al.: “Freeform Construction: mega-scale rapid
manufacturing for construction”, Automat. Construct., 16 (2),
pp. 224-231, 2007.
2 B.
Khoshnevis, D. Hwang: “Contour Crafting, a mega scale
fabrication technology”, Manufact. Sys. Eng. Series, 6 (II), pp.
221-251, 2006.
3 F.
Ceccanti, E. Dini, X. De Kestelier, V. Colla, L. Pambaguian:
“3D printing tecnology for a moon outpost exploiting lunar
soil”, Proceedings of the 61th International Astronautical
Congress IAC 2010, Prague, Czech Republic, September 27October 1 2010.
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