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Impressão 3D no BIM

Com o avanço nos estudos sobre impressão 3D, a plasticidade e as formas exuberantes têm ganhado espaço na realidade através de simples impressões, tal tecnologia já trabalhada desde os anos 90 em outros setores, como no da saúde ou automobilístico, passa a se concretizar na indústria AEC (Arquitetura, Engenharia e Construção).

Em 2018, a empresa norte americana APIS COR provou que é possível IMPRIMIR UM PRÉDIO de 640m² em menos de 1 semana usando apenas uma impressora de concreto: a apiscor3d The biggest 3D.

A MAIOR EDIFICACAO INTEIRAMENTE CONSTRUIDA COM IMPRESSORA D
A maior edificação inteiramente construída com impressora 3D / Fonte: Apis Cor

O prédio impresso está situado nos Emirados Árabes/Dubai e foi intitulado como
A MAIOR EDIFICAÇÃO INTEIRAMENTE CONSTRUÍDA COM IMPRESSORA 3D”. O edifício possui 2 pavimentos, chegou aos 9,5m de altura e precisou apenas de uma equipe com três pessoas para a execução completa do prédio.

Cabe ressaltar que tais pessoas foram necessárias pois a impressora ainda não executa acabamentos como pintura/inserção de pisos/portas/janelas e/ou preenchimento de reforços térmicos ou estruturais.

A maior edificacao constrida com uma impressora D
A maior edificação construída com uma impressora 3D / Fonte: Apis Cor

Outro cargo chefe dessa mesma empresa, é o projeto da habitação 3D, que foi desenvolvido no intuito de ganhar tempo de produção e diminuir o custo da construção. O primeiro modelo da “casa 3D” foi construído em 24h e custou apenas $10.134,00 dólares incluindo a impressão e todo material complementar (extra impressão) como fundação, telhado, isolamento térmico, janelas/pisos/forro e acabamentos.

Casa 3D
Casa 3D / Fonte: Apis Cor

De acordo com a APIS COR o projeto de 37m² tem vida útil de 175 anos, e além de uma viável solução para o combate ao déficit habitacional em países pobres, cujo efeito pode ser uma solução interessante para reconstruir comunidades atingidas por catástrofes naturais.

Ainda sobre a contextualização dos avanços nas impressões 3D, vale destacar que essa tecnologia tem sido de grande interesse da NASA, que objetiva povoar Marte com a construção de edifícios INTEIRAMENTE IMPRESSOS. E visando tal finalidade, a instituição promoveu um concurso de protótipos, o 3D-PRINTED HABITAT COMPETITION que se encontra na terceira fase de premiação. E chegou a premiar até 3 milhões de dólares aos ranqueados.

Protótipo da habitação vencedora do concurso 3D-Printed Habitat-Nasa
Protótipo da habitação vencedora do concurso 3D-Printed Habitat-Nasa / Fonte: Apis Cor

COMO ACONTECE O PROCESSO DE IMPRESSÃO?

A impressão 3D na indústria AEC, funciona segundo os mesmos fundamentos da impressão convencional no papel, ambas transcrevem uma informação pré-concebida no computador para uma base externa. Contudo, a impressão convencional usa da tinta para ilustrar uma folha, enquanto na impressão 3D usa do filamento para imprimir em alto relevo.

Atualmente existem três processos de impressão 3D: o Contour Crafting/Contorno Construído (CC); Concrete Printing/Impressão de Concreto; e o D-Shape. Apesar das três nomenclaturas diferentes, ambos processos têm como filamento comum o concreto, e tem seus protótipos executados através da “fabricação aditiva”, ou seja, sobreposição de camadas, também conhecida como “layer by layer”.

Simulação do Processo de segmentação/Impressão
Simulação do Processo de segmentação/Impressão / Fonte: Apis Cor

Essa sobreposição de camadas seguem três passos: A MODELAGEM, ao SEGMENTAR/FATIAR e o CAMINHO DE IMPRESSÃO.   O primeiro consiste na construção do edifício em Realidade Virtual (RV), em outras palavras, o edifício é elaborado em algum software BIM, como o: REVIT, ARCHICADVECTORWORKS.

Uma vez tendo em vista o desenvolvimento de modelos BIM, os softwares serão capazes de desenvolver o modelo com informações (BIM 3D) e na sequência a previsão de quantitativos para elaboração do planejamento construtivo (BIM 4D), inclusão de custo (BIM 5D) e por fim para questões relacionadas a sustentabilidade e canteiro (BIM 6D) e operação/manutenção predial (BIM 7D). O modelo poderá ser exportado em IFC ou OBJ por exemplo, para um software que será realizado o Fatiamento (segundo processo) onde os elementos deixam de ser visto como um modelo de diferentes componentes e passa a ser um volume georreferenciado como uma única massa transcrita em fatias/segmentos de extrusão resultando em um arquivo no formato GCODE.

Vila Savoye SpBIM Curso de Revit
Villa Savoye SpBIM Curso de Revit / Fonte: SpBIM

O último passo é a impressão em si, no qual o equipamento usa o modelo como um georreferenciamento para mexer o seu bico, depositando o material como o segmento salvo no GCODE e criando a extrusão em 1:1 do modelo pré-concebido no software BIM.

VANTAGENS EM SE USAR A IMPRESSÃO 3D:

Segundo o livro A Building Revolution: How Ecology and Health Concerns Are Transforming Construction de ROODMAN e LENSSSEN (1995), a indústria da AEC consome mais de 40% de todas as matérias-primas em nível mundial, portanto é necessária uma rápida mudança no atual método de construção, e a impressão 3D foi vista como uma das soluções mais eficientes para essa revolução metodológica, abaixo os pontos positivos sobre a impressão 3D:

  • PROMOVER A SUSTENTABILIDADE:

Como as impressões usam um concreto com rápido tempo de pega/liga, o processo para sobreposição de camadas, não necessariamente, precisa de moldes, o que reduz o desperdício com formas, pois a construção deixa de montar base e produto e passam apenas para produção.

Além dessa redução com formas, a impressão 3D também diminui a variedade de materiais usados no canteiro, o que ajuda a reduzir a alta extração de diferentes matérias primas. Encurtando drasticamente, na porcentagem de emissão do CO2, que hoje é um dos quantitativos de sustentabilidade considerado para certificações ambientais como o selo LEED.

  • REDUÇÃO DO TEMPOS E CUSTOS

Os mesmos pontos que promovem a sustentabilidade da nova metodologia construtiva também são responsáveis por encurtar o ciclo de desenvolvimento do produto, diminuindo não só o tempo, mas obtendo vantagens notáveis na redução dos custos.

Já que ao diminuir a quantidade de serviços/materiais, o canteiro de obras diminui o número de funcionários implicando em menor custo com compras/aluguéis de equipamentos secundários como andaimes, EPI (equipamento de proteção individual), diferentes maquinários/ferramentas.

Fora o impacto que a diminuição de funcionários implica no planejamento temporal, a impressão 3D ainda reduz por si só o tempo de execução. Segundo BUSWELL et al., 2007, por exemplo, o tempo de construção de uma parede estrutural foi reduzido em 35% utilizando-se impressão 3D, quando comparado a construção com alvenaria tradicional.

  • MAIOR CONTROLE E PLANEJAMENTO

Uma das maiores “dores de cabeça” na indústria EAC ainda são os erros de execução e atrasos por imprecisão no tempo destinado a trabalhos manuais. Como a maioria da impressão 3D é altamente automatizada, a mão de obra é significativamente reduzida, o que diminui muito no número de: imprecisões, erros de execução, imprevistos ou atrasos de processo. É evidente que neste um ponto relevante é a necessidade da compatibilização dos projetos seja feita para execução perfeita do processo de impressão e sem imprevistos por falhas humanas projetuais durante a impressão.

Canteiro de Obras Edifício Impresso 3D / Fonte: Apis Cor
Canteiro de Obras Edifício Impresso 3D / Fonte: Apis Cor

CONCLUSÃO:

Nós da SPBIM entendemos que o BIM é uma peça primordial no avanço processual da impressão 3D, por isso acreditamos fielmente que a difusão de tal metodologia só será possível depois que a EAC trocar o desenho representativo, por modelagens informacionais. Pois além de investir em estudos para avançar o equipamento de impressão, vale preparar e capacitar os profissionais da área para de fato tornar essa implementação real.  Outro ponto relevante a ser considerado no Brasil é a questão da tecnologia estar associada ao método de realização de projetos, onde por sua vez, será necessário primeiramente o BIM estar em vigor como o plano de fomentação BIM do Decreto Nacional.

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