Impressão 3D para concreto e suas aplicações

A impressão 3D é sinônimo de futuro e, para muitos, ela é o símbolo da quarta revolução industrial. 

Atualmente é possível imprimir em 3D quase tudo o que se pode imaginar: ferramentas, equipamentos, miniaturas, instrumentos musicais, utensílios domésticos e, inclusive, órgãos humanos.

Na área da construção, a tecnologia 3D é centralizada na impressão de um dos materiais mais importantes para a engenharia civil: o concreto. 

Para conversar sobre este assunto, entrevistamos o professor do Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica USP, Rafael Pileggi, juntamente com o mestrando da instituição, Francisco Jordão Nunes. Confira!

Como funciona a impressão 3D de concreto?

A impressão 3D é uma tecnologia utilizada para imprimir objetos com três dimensões: altura, largura e profundidade. Na área da construção civil, o material impresso é o concreto. 

“Em um sentido geral, a impressão 3D em concreto é o processo de produção de objetos/estruturas a partir de um modelo digital 3D, por meio da deposição de material camada por camada”, definem os entrevistados.

Para melhor compreensão do funcionamento desta tecnologia, Rafael e Francisco explicam as etapas, iniciando pelo desenvolvimento do modelo tridimensional:

“A primeira etapa é o desenvolvimento do modelo digital 3D em um software de modelagem ou por digitalização, depois o modelo digital 3D é seccionado em diversas camadas 2D sobrepostas umas às outras”, apontam.

Elees prosseguem: “Este arquivo é chamado Gcode e contém as instruções de impressão. Por último, o arquivo Gcode é carregado na impressora 3D que é responsável pela deposição do material.”

As etapas da impressão 3D de concreto

Conforme relatam Rafael Pileggi e Francisco Nunes, em uma visão holística é possível identificar três grandes conjuntos que formam todo o processo de impressão 3D: 

“O desenvolvimento do projeto digital é a concepção da estrutura em um software de modelagem e a   configuração do arquivo GCode”, observam.

“No momento da mistura e bombeamento, primeiramente deve-se pensar na dosagem dos materiais (exige extenso trabalho experimental). O controle do equipamento abrange a configuração que inclui: altura entre a mesa de impressão e o bocal, geometria do bocal, velocidade de impressão (eixos xy), velocidade de extrusão, velocidade de subida na altura de impressão (eixo Z) para sobreposição das camadas”, completam os especialistas.

O que a impressão 3D de concreto já pode fazer?

Por ser uma tecnologia relativamente nova, estruturas totalmente feitas por meio da impressão 3D de concreto ainda estão em fase de aprendizado, não sendo, de acordo com o professor Rafael Pileggi, comercializadas. 

“Se imaginarmos uma estrutura construída exclusivamente por impressão 3D podemos dizer que ainda não é realidade comercial. Todas as operações conhecidas, ao menos as que eu vi, envolvem alguma etapa manual: impressão em bloco, transporte das peças, montagem”, diz ele.

O professor do Departamento de Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica USP apresenta alguns exemplos de empresas que afirmaram já ter utilizado a impressão 3D de concreto.

“A empresa chinesa Winsun afirmou ter construído 10 casas em um dia, com área de 195 m² e um custo de US$ 4800 na China e um prédio em Dubai com 6,6 metros de altura, 10 metros de largura e 40 metros de comprimento”, aponta.

Ele prossegue: “No Brasil as startups InovaHouse3D e 3DHomeConstruction construíram a primeira casa impressa em 3D. A casa possui área total de 66 m² e o tempo de impressão foi de 48 horas.”

Quais as vantagens e desafios da impressão 3D em concreto?

A impressão 3D de concreto oferece muitas vantagens em relação aos modelos tradicionais. Rafael e Francisco elencam as principais:

“Com a impressão 3D de concreto existe a possibilidade de produção de praticamente qualquer estrutura de geometria complexa, como formas torcidas e contorcidas, seções variáveis, estruturas orgânicas, etc.; dispensa o uso de forma e elementos de ancoragem; há um menor consumo de recursos, como mão-de-obra, energia, tempo, enormes espaços físicos e materiais; e um aumento da produtividade do processo construtivo”, listam eles.

Contudo, de acordo com os estudiosos da área, a impressão 3D de concreto também traz uma série de desafios para os envolvidos.

“A impressão 3D de concreto limita a escala do projeto; pode resultar em vazios entre as camadas, comprometendo o desempenho e a durabilidade das estruturas”, relatam.

Em pontos, eles explicam mais desses obstáculos que devem ser levados em conta:

1. “Necessita de uma análise das propriedades mecânicas (comportamento anisotrópico, padronização de ensaios, normatizações); 
2. Reforço (integração da armadura com o processo de impressão); 
3. Pouca disponibilidade de projetos de misturas viáveis, tanto do ponto de vista econômico quanto ambiental; controle das propriedades reológicas e quanto a produtividade versus custo ainda é uma equação em aberto.”

Uma das grandes revoluções na área da construção civil é a impressão 3D de concreto. Você conhece outras? Aproveite e leia nosso conteúdo sobre as 5 inovações que estão em alta na construção civil!

E baixo o whitepaper "As oportunidades e o impacto das impressões 3D na engenharia":