Más allá del prototipado rápido: automatización robótica de impresión 3D para la construcción

• Autores: Adolfo Nadal Serrano
• Directores de la Tesis: Óscar Liébana Carrasco (dir. tes.) , Juan Luis Pavón Mestras (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Número de páginas: 218
• Títulos paralelos:
  • Beyond rapid prototyping: automation of robotic 3D printing for construction
• Tribunal Calificador de la Tesis: Rubén Fuentes Fernández (presid.) , Susana Bautista Blasco (secret.) , Ángela Ruiz Plaza (voc.) , Adolfo López Paredes (voc.) , José Manuel Molina López (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense (pdf)
• Resumen

  • A pesar del desarrollo de la fabricación aditiva, ésta se ha mantenido encapsulada como una técnica de prototipado rápido hasta su eclosión hace apenas 10 años, por lo que se considera una de las tecnologías más disruptivas del siglo, capaz conformar el futuro de la fabricación.

    El prototipado rápido ha llegado al público general, permitiendo la emergencia de nuevos modelos de fabricación y distribución. No obstante, muchas aplicaciones profesionales de impresión 3D están aún por explorar. La tesis se centra en la impresión 3D para la construcción, especialmente en lo relativo a materiales y productos finales de gran tamaño. Así pues, se analiza la capacidad de la tecnología en lo relativo a tamaño, velocidad y materiales, dentro de un marco sistémico que sirve como base para el desarrollo de aplicaciones industriales de fabricación aditiva con robots de seis ejes. Por tanto, es posible superar las limitaciones actuales de la tecnología de impresión 3D en cuanto a sus aplicaciones para arquitectura, ingeniería y construcción.

    La tesis demuestra la necesidad de innovación en dicho sector, especialmente respecto a la optimización de las técnicas constructivas y el consumo de material. Asimismo, se proporciona una perspectiva del mercado español como contexto para el análisis y la aplicación industrial de los métodos y herramientas descritos. Se presenta además una metodología innovadora que pretende superar las limitaciones actuales a través de un software sencillo que permite el control brazos robóticos con el fin de imprimir piezas de gran escala. En este sentido, se demuestra la integración del proceso de diseño a la fabricación mediante la combinación de sistemas robóticos y la fabricación aditiva a través de modelos de producción. Finalmente, se integra un algoritmo inteligente de optimización de materiales en el componente principal del software propuesto.

    Aún hoy, el flujo de fabricación consta de una serie de etapas bien diferenciadas. El diseño, reducido en gran parte a operaciones de modelado en etapas tempranas, debe constituir un primer enlace de ideas, forma y funcionalidad, lo que puede comprometer el proceso de fabricación. El modelado juega un papel crucial en la fabricación, y debe ser abordado con éxito con el fin de garantizar la idoneidad del objeto resultante. Por otra parte, los modelos tienen que cumplir los requisitos de fabricación en cuanto a sus propiedades geométricas, relacionadas con la manera en que van a ser producidos físicamente, y sus restricciones. Estos pasos normalmente se tratan separadamente, causando diseños erróneos o fallos durante el proceso de producción, y produciendo situaciones no deseadas, tanto a nivel industrial como para el usuario final. La impresión 3D no se diferencia de otros procesos de fabricación en este sentido, por lo que éstos se estudian y analizan para proponer la normalización de la impresión 3D estratificada para la construcción. La tesis ofrece una solución coherente a este problema específico a través de una extensión de la aplicación de modelado Rhinoceros con el fin de capacitar, informar y automatizar iterativamente la fabricación aditiva de gran tamaño.

    El software implica un revolucionario flujo de trabajo de construcción a través de la automatización robótica de procedimientos rutinarios de construcción en obra gruesa gracias a una metodología segura, controlada y previsible. La tesis toma un punto de vista pragmático, que justifica la necesidad de soluciones innovadoras, así como sus campos de aplicación, ventajas, y consecuencias económicas y sociales con el fin de ofrecer un discurso disciplinar coherente. Por ejemplo, el procedimiento permitiría nuevas soluciones de gestión de la complejidad y control en obra; la seguridad se vería afectada positivamente; así como una mejora notable en aspectos medioambientales a través del descenso en el consumo de material, la introducción de energía local y renovable y un renovado impulso en la ciencia de materiales