Investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) ha desarrollado la capacidad de imprimir en 3D un baño sin amueblar en menos de un día.

Después de imprimir, el baño está equipado con accesorios de inodoro para convertirse en una unidad prefabricada, listo para usar en proyectos de construcción. Su interior incluye un fregadero, espejo, ducha, taza del inodoro, paredes y suelos de baldosas de cerámica, completo con desagües y tuberías ocultos.

Esto podría ayudar a las empresas a construir unidades de baño prefabricadas (PBU) aproximadamente un 30% más rápido y un 30% más ligeras que las PBU actuales.

En los últimos cuatro años, el equipo de investigación se centró en desarrollar una mezcla de concreto especial que sea lo suficientemente fluida para fluir a través de las mangueras y la boquilla de impresión, sin embargo, puede endurecerse lo suficientemente rápido como para que se pueda imprimir la siguiente capa. Además de garantizar una calidad de impresión constante, el producto final también debe ser tan fuerte como el hormigón convencional.

El proceso de impresión toma la mitad del tiempo necesario en la construcción de un mueble de baño convencional que utiliza colada de hormigón. Los accesorios el embaldosado y el acabado suelen tardar otros cinco días.

Esta innovación fue desarrollada por un equipo de investigación conjunto dirigido por el profesor asociado Tan Ming Jen del Centro de Singapur de NTU para la impresión 3-D, en asociación con Sembcorp Design and Construction, y Sembcorp Architects &Engineers.

El Centro de Singapur para la Impresión 3D fue creado por la Fundación Nacional de Investigación (NRF) Singapur, para realizar investigación y desarrollo en tecnología de impresión 3-D, y acelerar la adopción de la tecnología por parte de las empresas.

Sr. Lim Tuang Liang, Director Ejecutivo de Investigación, Oficina de Innovación y Coordinación Empresarial de la Fundación Nacional de Investigación (NRF) Singapur, dijo:"La fortaleza de Singapur en tecnologías de fabricación avanzadas se está profundizando no solo en el área de investigación, sino también en la adopción y despliegue de estas tecnologías por parte de nuestras empresas. Este último proyecto entre NTU y Sembcorp es testimonio de nuestras sólidas capacidades de investigación y traducción en impresión 3D. Estamos entusiasmados de promover más colaboraciones entre nuestros institutos de investigación y empresas impulsadas por la innovación para impulsar la adopción de tecnologías clave en el sector de fabricación ".

Esta prueba de concepto tiene como objetivo mejorar la productividad de la industria de la construcción y la construcción de Singapur mediante el uso de métodos de fabricación digitales y robóticos para reducir la mano de obra calificada y los requisitos de mano de obra.

Desde 2014, Ha sido un requisito para todos los sitios residenciales de venta de tierras gubernamentales (GLS) en Singapur utilizar unidades de baño prefabricadas (PBU) en su proceso de construcción.

Las PBU generalmente se moldean de concreto y se ensamblan completamente fuera del sitio con todos los acabados y accesorios necesarios, listo para ser levantado e instalado en un proyecto de edificación.

Al trasladar la mayor parte de la fabricación fuera del sitio al entorno controlado de una fábrica, Las PBU generan ahorros de tiempo y mano de obra de alrededor del 60 por ciento, en comparación con la construcción en el sitio que era la práctica antes de 2014. También hay un mejor control sobre los materiales y el proceso de prefabricación, resultando en acabados de mayor calidad y menor desperdicio.

Assoc Prof Tan dijo que la impresión en 3D de una unidad de baño podría ayudar a los fabricantes a reducir a la mitad su tiempo de producción y reducir los costos de transporte. emisiones de carbono y desperdicio de materiales. Se requiere menos espacio para crear y almacenar la misma cantidad de PBU en la escasez de tierras en Singapur, ya que las PBU convencionales tardan unas dos semanas en estar listas.

"Al poder imprimir bajo demanda, las empresas pueden ahorrar en sus costos de inventario, así como en los costos de mano de obra, ya que no tienen que tener tantas existencias y sus trabajadores pueden ser reasignados para realizar tareas de nivel superior. Este enfoque mejora la seguridad del lugar de trabajo, dado que los robots están haciendo la construcción de la unidad de baño, "Explicó el profesor Tan.

Er Lie Liong Tjen, líder de equipo de Sembcorp Design and Construction, y Sembcorp Architects &Engineers dijeron:"La tecnología de impresión 3-D permite imprimir y personalizar el hormigón. La forma complicada de una PBU y sus paredes se pueden desarrollar e imprimir a un ritmo más rápido para satisfacer las necesidades de los clientes individuales, ya que no hay encofrado o se requieren moldes, mientras que la construcción convencional de PBU con concreto o paneles de pared livianos siempre limita las posibilidades de diseño. Además, La impresión 3D puede crear perfiles curvilíneos en lugar de formas rectilíneas ".

Cómo se imprime la unidad de baño en 3-D

El equipo multidisciplinario compuesto por investigadores de disciplinas como mecánica, ingeniería civil y de materiales, arquitectura y robótica, Primero tuvo que desarrollar mezclas especiales de hormigón que pudieran imprimirse en 3D. Las nuevas mezclas incluyen materiales de construcción ecológicos como geopolímeros, que están hechos de desechos de cenizas volantes.

Para habilitar la impresión, el equipo también tuvo que desarrollar nuevos sistemas de impresión y control que pudieran hacer coincidir el caudal de la boquilla con las propiedades de endurecimiento del hormigón.

Luego, la impresión se realizó en una sola construcción utilizando un brazo robótico KUKA de 6 ejes, que tiene un alcance de unos 6 metros de diámetro. La mezcla de hormigón especialmente diseñada se alimentó a los mezcladores y se bombeó desde una boquilla montada en el brazo robótico. depositando el material capa por capa según el plano digital.

Para ahorrar material y lograr un ahorro de peso de hasta un 30 por ciento, las paredes de la PBU se imprimieron en forma de celosía en W, que dio fuerza adicional a la estructura final.

El equipo de investigación imprimió y equipó dos PBU. Uno que mide 1,62 m (L) x 1,5 m (W) x 2,8 m (H) se imprimió en solo 9 horas, mientras que el segundo PBU que mide 2 m (L) x 2,6 m (W) x 2,8 m (H) se imprimió en 12 horas.

Durante todo el proceso, Los investigadores de NTU trabajaron en estrecha colaboración con los ingenieros de Sembcorp, que aportaron insumos industriales y comentaron los resultados de la investigación, así como recursos y materiales proporcionados para la impresión 3D. También instalaron acabados arquitectónicos y accesorios de plomería en las dos PBU impresas y ayudaron en la logística general.

Cumple o supera los estándares de la industria

La PBU impresa en 3-D más grande ya se ha sometido a rigurosas pruebas de la industria, y los resultados muestran que ha cumplido con la solidez y solidez requeridas como se detalla en la Norma de Singapur SS492:2001.

Actualmente se está sometiendo a pruebas de absorción de agua y resistencia al fuego como parte de los requisitos del marco de aceptación de PBU del Panel de Innovación de Edificios (BIP).

El BIP es una plataforma interinstitucional que acelera el desarrollo y la implementación de métodos viables, procesos, soluciones tecnologías o materiales:para abarcar soluciones más allá de las que aumentan la productividad hasta cualquier tipo de innovación que pueda mejorar el entorno construido de Singapur.

La tecnología y el conocimiento empleados en este proyecto multidisciplinario están protegidos por una Divulgación de Tecnología presentada a través de la empresa empresarial y de innovación de NTU, NTUitive, y es de propiedad conjunta entre la universidad y Sembcorp.

Avanzando el equipo espera obtener las aprobaciones necesarias para las pruebas de la Autoridad de Edificación y Construcción de Singapur (BCA) y comercializar la tecnología a través de licencias o una empresa derivada.