Impresión 3D: nueva tecnología utilizada para construir en África

La filial de Holcim, 14Trees, es la primera empresa en utilizar la impresión 3D para construir escuelas y viviendas asequibles en países de toda África. El director general François Perrot le dice a Lucy Barnard cómo la nueva tecnología está ayudando a albergar y educar a algunos de los más pobres del mundo

Puede ser de noche en la ciudad keniana de Kilifi, pero el trabajo de construcción va a toda velocidad en el sitio de construcción del complejo de viviendas Mvule Gardens, a media milla de la autopista Kilifi en las afueras de la ciudad.

A medida que el enorme sol africano se pone sobre el campo circundante, una boquilla azul gigante en un largo brazo robótico, sostenida por un pórtico de metal, continúa su viaje viajando alrededor y alrededor de una parcela de tierra, canalizando una capa de concreto, como una línea de pasta de dientes, a medida que avanza.

En cada rotación, una estructura de concreto debajo de la boquilla crece un par de pulgadas más alta. Para cuando el sol salga de nuevo sobre el cercano Océano Índico, se construirá la estructura principal.

El proyecto, que está siendo construido por la empresa de construcción africana 14Trees, una empresa conjunta entre el fabricante suizo de cemento Holcim Group y el brazo de desarrollo del gobierno del Reino Unido, British International Investment, es el proyecto de vivienda asequible impreso en 3D más grande de África.

Para François Perrot, director general de 14Trees y jefe de vivienda asequible en Holcim, el continente africano, con su masiva y creciente demanda de hogares y escuelas, es un área donde la tecnología de impresión 3D realmente puede marcar la diferencia.

Construcción mediante impresión 3D

Dice que solo Malawi necesita construir más de 40,000 aulas para satisfacer las necesidades de la población actual, algo que tomaría más de 70 años si dependiera de los métodos de construcción convencionales, pero que, si los métodos de impresión 3D se adoptaran ampliamente, podrían eliminarse por completo en solo una década.

Y, con la organización benéfica internacional Hábitat para la Humanidad estimando que cuatro de cada cinco familias en el país viven en viviendas de calidad inferior, la necesidad de viviendas más asequibles es, en todo caso, aún más aguda.

"La forma en que construimos con ladrillos es un proceso lento. Poner ladrillos uno encima del otro lleva tiempo. Si tenemos que esperar 70 años, entonces los niños que nacen este año nunca tendrían la oportunidad de ir a la escuela en Malawi, esa es la consecuencia", dice Perrot.

"Entonces, dijimos, ¿cómo podemos interrumpir y asegurarnos de que en los próximos diez años eliminemos ese atraso de 40,000 aulas? ¿Cuál es una tecnología que hará esto posible? Solo hubo una tecnología que salió con el potencial de erradicar ese retraso y esa fue la impresión 3D".

Velocidad de impresión 3D

Con ese fin, Perrot ha reorientado la compañía hacia la ampliación de sus operaciones de impresión 3D. En 2020, la compañía construyó la primera escuela impresa en 3D del mundo en el distrito de Salima de Malawi y en junio de 2021 completó la primera casa asequible impresa en 3D de África en la capital, Lilongwe, imprimiendo las paredes en menos de 12 horas.

Aunque 14Trees está aumentando su lista de clientes de organizaciones benéficas, ONG y desarrolladores inmobiliarios privados, Mvule Gardens es el esquema más grande de la compañía hasta el momento, que comprende 52 casas de una, dos y tres habitaciones dispuestas en un cuadrado neto de concreto de color crema.

Al igual que otros proyectos de 14Trees, está siendo impresa por una sola impresora transportable construida por el fabricante danés COBOD, montada en cuatro vigas horizontales y soportada por cuatro patas verticales. La impresora es alimentada por una mezcla patentada por Holcim de cemento seco, agregados y aditivos químicos a los que se agrega agua a presión de una bomba, se mezcla con la mezcla de cemento y se empuja hacia la boquilla. Luego, una computadora dirige la impresora, controlando la boquilla a medida que arroja capas de concreto de 5 cm de ancho y 2 cm de alto, una encima de la otra.

Usando el sistema, la impresora puede construir una sola casa o incluso un bloque de dos casas adosadas en 12-18 horas.

A pesar de que las estructuras principales de los edificios se pueden completar en solo unas pocas horas utilizando la nueva tecnología, Perrot dice que cuando se agrega el resto del proceso de construcción, todo el proceso tarda alrededor de un mes en completarse.

Aunque no hay ladrillos para colocar en el sitio, todavía se requiere un equipo de carpinteros, electricistas y plomeros después para instalar las ventanas y puertas, colocar el techo y conectar los servicios.

¿Es la impresión 3D el futuro de la construcción?

"El proceso más óptimo es excavar, verter los cimientos, dejarlos curar, luego imprimir, luego dejar que se cure un par de días, luego poner el techo y luego su casa está terminada", dice. "Si queremos apresurarnos, podemos hacerlo en un mes. La parte clave, la que es realmente más corta es la construcción de las paredes. Eso generalmente toma meses. Debería decir semanas, pero la realidad en África son meses y eso es lo que reducimos a solo un par de horas".

Aunque estima que los costos de construcción de los edificios impresos en 3D actualmente están a la par con los construidos utilizando métodos convencionales, Perrot y su equipo planean reducir los costos para ser entre un 15 y un 20% más baratos que sus contrapartes construidas tradicionalmente.

Planea hacer esto ampliando el negocio para que pueda imprimir más y más proyectos más grandes, así como racionalizando la forma en que opera el equipo para eliminar las ineficiencias.

"Las economías de escala que podemos obtener con la impresión 3D son enormes", dice Perrot. "Los ahorros que generamos en la impresión 3D son con el diseño del edificio, la velocidad y la cantidad de materiales. Ahí es donde los ahorros son enormes en África. Cuando imprimimos un proyecto más grande solo necesitamos girar la impresora y luego comenzar a imprimir la segunda casa y luego moverla un poco al siguiente lote. Ahí es donde empezaremos a ver los beneficios".

El equipo de Perrot también trabaja continuamente para mejorar el diseño de las casas que imprime. El año pasado, la compañía modificó sus diseños de carcasas para garantizar que las paredes impresas soporten completamente la carga, lo que significa que ya no necesitan usar columnas de acero para soportar la estructura. La compañía también ha incluido una pared de cavidad para el aislamiento. Ahora está experimentando con la impresión de techos, ya sea in situ o imprimiéndolos por separado y levantándolos en su posición para reemplazar los techos tradicionales de tejas o láminas para techos que está utilizando actualmente.

"Lo que nos impulsa es la asequibilidad del edificio", dice Perrot. "No se trata de construir el edificio más elegante, se trata de tener un edificio que pueda ser asequible para la mayor cantidad de personas posible en ese país. Entonces, lo que ganará no es la solución más técnica, será la más asequible. Eso es lo que decidirá".

Últimas impresoras 3D

Para aumentar aún más la producción, 14Trees planea invertir en una serie de nuevas impresoras 3D, reduciendo el tiempo y el dinero necesarios para mover la impresora por todo el continente y permitiendo a la compañía imprimir varios proyectos a la vez. La compañía también está buscando mejorar sus procesos para montar y desmontar la impresora, que actualmente toma un día cada vez y actualmente requiere el uso de un manipulador telescópico, una máquina que no siempre está disponible en aldeas remotas de África.

Cada impresora requiere un equipo de dos personas para operarla, una para operar la máquina en sí y la otra para proporcionar mantenimiento. Perrot dice que 14Trees actualmente está capacitando a nuevos operadores para apoyar a su equipo original, proporcionando empleos y capacitación en las economías locales tanto para hombres como para mujeres.

"Los operadores de impresoras son malauíes que capacitamos en Malawi, por lo que es realmente gente que crecimos desde el principio para administrar esa actividad", dice. "Las personas que apoyan a ese equipo son reclutadas localmente en las aldeas donde imprimimos la escuela o la casa y también están capacitadas. La última vez que lo imprimimos fue Madagascar, logramos llegar al 25-30% de las mujeres que estaban en el sitio de trabajo, mientras que generalmente en África en los sitios de trabajo de construcción esto es cero".

"La impresión 3D se trata de saber cómo comportarse en un sitio de trabajo de construcción", agrega Perrot. "Aprender a usar la impresora es bastante sencillo, siempre y cuando se le dé la oportunidad de usar la herramienta. Es bastante rápido porque los riesgos de seguridad se reducen. Con el primer proyecto, les tomó aproximadamente un mes poder operar completamente la impresora de una manera eficiente. Creo que ahora se podría hacer en una semana".

Además, a pesar de que los edificios que 14Trees está imprimiendo están hechos casi en su totalidad de hormigón intensivo en carbono, Perrot dice que el hecho de que estén hechos por computadora significa que no se desperdicia nada del material y se eliminan los errores, lo que reduce significativamente su huella de CO2.

Reducción de CO2 hormigón

"Lo importante es usar concreto con todo el poder de lo que el concreto puede entregar", dice. "Sí, todavía usamos cemento en la tinta, pero la cantidad de material que usamos se reduce mucho. Entonces, cuando haces una evaluación del ciclo de vida, todavía tienes una reducción del 50 al 70% en CO2 en comparación con los edificios convencionales porque usas ese cemento de una manera que es más óptima".

Y, dice Perrot, a medida que más y más clientes comiencen a ver edificios impresos en 3D que se construyen y utilizan, más comenzará a despegar la tecnología, al menos para algunos tipos de estructuras.

"Lo que puedes ver, lo que puedes sentir cuando comienzas a imprimir en 3D esos edificios es que es solo el comienzo", dice. "Es casi como a finales de la década de 1990, cuando empezábamos a tener Internet en casa. Eso no era Internet como lo conocemos hoy, como la videoconferencia que estamos teniendo, pero pudimos ver que algo venía. Y eso es un poco lo mismo con la impresión 3D. Ves que el potencial relacionado con la forma en que usamos las computadoras para mejorar la eficiencia de los sitios de construcción y es ilimitado".