A pesar de que se ha dado el salto de la mesa de dibujo a las pantallas de dibujo, los modelos arquitectónicos físicos o maquetas siguen teniendo un papel importante en ayudar a los arquitectos a visualizar sus planos.
Las tecnologías de impresión 3D sirven como puente entre el mundo digital y el mundo físico, dando a los arquitectos y a los fabricantes de modelos la capacidad de crear moldeos arquitectónicos de alta precisión con rapidez y de forma rentable, directamente a partir de dibujos digitales.
Esta guía ofrece información exhaustiva acerca de cómo producir modelos arquitectónicos, de los diferentes procesos de impresión 3D para arquitectura y del proceso de trabajo para crear modelos impresos en 3D a partir de software de diseño asistido por ordenador (CAD).
Impresión 3D de modelos arquitectónicos: Guía para la estrategia de modelado y el proceso de trabajo del software
Este libro blanco describe cómo tomar decisiones inteligentes de modelado en fases como la elección de la escala, el diseño para el montaje o el posacabado, y cómo aplicar estas estrategias en los ecosistemas de software comunes.
¿Por qué imprimir en 3D los modelos arquitectónicos?
Desde el tiempo de los faraones, los modelos arquitectónicos han servido como representaciones físicas durante el desarrollo de estructuras para ayudar a vender un proyecto, apoyar esfuerzos de recaudación de fondos y resolver desafíos de construcción.
Anteriormente, la fabricación de modelos era una tarea manual que implicaba trabajar con materiales como madera, cerámica, cartón o arcilla, que podía resultar extremadamente lenta y repetitiva. Los estudios y empresas de arquitectura pueden acceder actualmente a un abanico más amplio, como máquinas de fresado CNC, cortadoras láser e impresoras 3D capaces de reducir la necesidad de trabajo manual y agilizar el proceso de trabajo.
Los procesos de impresión 3D modernos proporcionan a los arquitectos y fabricantes de modelos medios con los que revolucionar cómo hacen sus modelos. ¿Cómo lo consiguen?
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Acelerando el proceso de fabricación de modelos arquitectónicos.
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Convirtiendo el dibujo en CAD directamente en modelos 3D físicos con un alto nivel de precisión.
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Desarrollando piezas con un gran nivel de detalle que resultarían difícil o imposibles de producir a mano.
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Simplificando la comunicación y mostrando zonas específicas que serían difíciles de representar mediante dibujos 2D convencionales.
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Creando más iteraciones de diseño con costes de producción reducidos.
Por ejemplo, los fabricantes de modelos del Renzo Piano Building Workshop (RPBW), fundado por el arquitecto ganador del Premio Pritzker, utilizan una impresora 3D SLA para desarrollar y fabricar rápidamente modelos precisos.
"Nuestras maquetas cambian cada día o incluso cada hora. Dado que los arquitectos cambian el proyecto con mucha rapidez, la mayoría del tiempo, no nos da tiempo a hacerlo a mano. Por lo tanto, tenemos que encontrar un modo más rápido de hacerlo", dijo Francesco Terranova, fabricante de modelos de RPBW.
Las impresoras 3D pueden crear modelos en pocas horas e incluso funcionar por la noche para ahorrar tiempo. "Lo bueno es que podíamos iniciar la impresión por la noche y encontrarnos el modelo listo cuando volviéramos por la mañana. Así no perdíamos tiempo durante el día", dijo el Sr. Terranova.
La impresión 3D en la arquitectura es ideal para piezas complicadas. Los árboles en este modelo se imprimieron en 3D con una impresora 3D SLA de Formlabs.
La impresión 3D se puede utilizar para producir modelos arquitectónicos de edificios enteros, pero también se puede combinar con otras herramientas y procesos. Los creadores de modelos de RPBW pueden usar mecanizado CNC o el corte por láser para producir las piezas base de sus modelos arquitectónicos y realizar con una impresora 3D los componentes más complejos o delicados como las escaleras, los árboles, las esferas y las superficies curvadas, que resultarían lentos de fabricar a mano. Por ejemplo, el equipo de RPBW imprimió en 3D las complejas articulaciones de las columnas que tenía la maqueta del nuevo viaducto San Giorgio de Génova, que ha sustituido el viaducto Morandi que se derrumbó en 2018. La combinación de la impresión 3D con soluciones de fabricación tradicionales agiliza el proceso creativo y aumenta el nivel de precisión de los modelos arquitectónicos.
Uno de los principales objetivos de los modelos 3D para arquitectura es simplificar la comunicación entre arquitectos y facilitar el trabajo de mostrar los planos a los clientes. Los proyectos de Laney LA, una empresa de diseño de Los Ángeles, son principalmente casas personalizadas, por lo que comunicar la escala de un hogar o estructura es especialmente importante. El arquitecto Paul Choi y su equipo utilizan la impresión 3D para mostrar zonas concretas del proyecto que pueden ser más complicadas de transmitir mediante dibujos 2D convencionales.
Los arquitectos de Laney LA utilizan la impresión 3D para crear modelos que les permiten ver el proyecto desde una perspectiva nueva y crear al mismo tiempo nuevos puntos de observación.
"Es divertido intentar siempre mostrar una idea determinada y aislarla mediante el modelo, sea una habitación determinada o un espacio que queremos destacar a través de un corte transversal del modelo, o incluso la topografía del lugar", dijo Choi.
Los fabricantes de modelos de RPBW usan una impresora SLA Form 3 para acelerar la producción de maquetas a escala.
Cómo elegir una impresora 3D para modelos arquitectónicos
En lo que respecta a imprimir en 3D modelos arquitectónicos, no todos los métodos dan el mismo resultado. Es importante elegir la tecnología de impresión 3D adecuada para casos de uso específicos.
Las tecnologías de impresión 3D más populares para modelos arquitectónicos incluyen la estereolitografía (SLA), el modelado por deposición fundida (FDM), el sinterizado selectivo por láser (SLS) y la inyección de aglutinante.
Estereolitografía (SLA)
La estereolitografía fue la primera tecnología de impresión 3D del mundo, inventada en los años 80, y sigue siendo una de las tecnologías más populares en el ámbito profesional. Las impresoras 3D SLA de resina usan un láser para curar resina líquida y convertirla en plástico endurecido en un proceso conocido como fotopolimerización.
Las piezas de SLA tienen la mayor resolución y precisión de todas las tecnologías de impresión 3D. Las piezas de SLA también ofrecen el acabado de la superficie más liso, que es fácil de pintar.
Las piezas de SLA tienen bordes afilados, un acabado de la superficie liso y líneas de capa mínimamente visibles que son ideales para modelos de presentación muy detallados. Este modelo se imprimió en una impresora SLA Form 3.
La SLA es una buena opción para modelos de gran nivel de detalle destinados a presentar conceptos e ideas a los clientes o al público.
Gracias a los materiales de impresión rápida como la Draft Resin, la SLA es también el proceso de impresión más rápido para la mayoría de las piezas. Aunque las impresoras SLA de escritorio ofrecen una capacidad de impresión más compacta, las impresoras 3D SLA de gran formato como la Form 3L permiten a los arquitectos y a los fabricantes de modelos crear modelos de gran tamaño.
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Modelado por deposición fundida (FDM)
El modelado por deposición fundida (FDM), también conocido como fabricación con filamento fundido (FFF), es la forma más extendida de impresión 3D al alcance del consumidor, fomentada por la aparición de las impresoras 3D para aficionados. Las impresoras 3D FDM construyen piezas al derretir y extrudir un filamento termoplástico que un extrusor deposita capa por capa en el área de impresión.
El FDM es la técnica que menor resolución y precisión de los cuatro procesos de impresión 3D en plástico, por lo que no es la mejor opción para imprimir diseños complejos o piezas con relieves complicados. Es ideal para los modelos de diseño de concepto básicos que se producen durante las etapas iniciales del diseño, ya que puede crear modelos relativamente grandes con rapidez y por un coste reducido.
Para las impresoras FDM, fabricar diseños complejos o piezas con detalles intrincados supone un esfuerzo (izquierda) en comparación con las impresoras SLA (derecha).
Sinterizado selectivo por láser (SLS)
El sinterizado selectivo por láser es la tecnología de fabricación aditiva más común para aplicaciones industriales. Las impresoras 3D SLS usan un láser de alta potencia para fundir pequeñas partículas de polvo de polímero. El polvo sin fundir sirve como soporte para la pieza durante la impresión y elimina la necesidad de agregar expresamente estructuras de soporte.
Esto hace que la impresión SLS sea ideal para geometrías complejas, como relieves interiores, socavados, paredes delgadas y relieves negativos. Las piezas producidas con las impresoras SLS tienen características mecánicas excelentes que también las hacen adecuadas para piezas estructurales.
El SLS es ideal para geometrías complejas y detalles intrincados. Los detalles de este modelo se imprimieron en una impresora SLS Fuse 1.
Inyección de aglutinante
La tecnología de impresión 3D por inyección de aglutinante es similar a la impresión SLS, pero utilizan un agente aglutinante coloreado en vez de calor para unir el material en polvo. Las impresoras de inyección de aglutinante pueden producir modelos arquitectónicos en 3D vívidos y a todo color.
Las piezas que se crean mediante inyección de aglutinante tienen una superficie porosa y son muy frágiles, por lo que este proceso se recomienda únicamente para usos estáticos.
Las impresoras de inyección de aglutinante pueden producir modelos arquitectónicos vívidos y a todo color.
Compara las impresoras 3D para arquitectura
| Estereolitografía (SLA) | Modelado por deposición fundida (FDM) | Sinterizado selectivo por láser (SLS) | Inyección de aglutinante | |
|---|---|---|---|---|
| Resolución | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
| Precisión | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| Acabado de la superficie | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
| Facilidad de uso | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★★☆ |
| Diseños complejos | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| Volumen de impresión | Hasta 300 × 335 × 200 mm (impresoras 3D de escritorio y de sobremesa) | Hasta 300 × 300 × 600 mm (impresoras 3D de escritorio y de sobremesa) | Hasta 165 × 165 × 300 mm (impresoras 3D de sobremesa industriales) | Hasta 254 × 381 × 203 mm (impresoras 3D industriales) |
| Gama de precios | Las impresoras de escritorio profesionales valen desde 3500 $, mientras que las impresoras de sobremesa de gran formato parten de 11 000 $. | Las impresoras más asequibles y los equipos de impresión 3D tienen un precio inicial de unos cientos de dólares. Las impresoras de escritorio de gama media y de mayor calidad pueden adquirirse desde 2000 $ y los sistemas industriales están disponibles desde 15 000 $. | Los sistemas de sobremesa industriales pueden adquirirse desde 18 500 $ y las impresoras industriales tradicionales están disponibles desde 100 000 $. | Las impresoras 3D de inyección de aglutinante son máquinas industriales caras, con precios que van desde los 30 000 $ hasta más de 100 000 $. |
Cómo imprimir en 3D modelos arquitectónicos
Un equipo del Instituto de Arquitectura de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Maguncia elaboró una reconstrucción de las ciudades medievales alemanas de Worms, Spira y Maguncia con moldeos impresos en 3D a gran escala.
La mayoría de los arquitectos actuales ya trabajan en un espacio digital, utilizando software CAD para arquitectura basado en el modelado de información de construcción (Revit y ArchiCAD), Rhino 3D o SketchUp para crear diseños CAD digitales. Sin embargo, estos archivos digitales no siempre se pueden usar para crear los modelos físicos a escala directamente con la impresión 3D.
Convertir un modelo CAD en un archivo imprimible en 3D de forma satisfactoria se basa en tener una comprensión básica del diseño orientado a la impresión 3D, de cómo las limitaciones habituales de la creación de modelos afectan a la preparación de un archivo para su impresión 3D y de cómo tomar decisiones de modelado inteligentes, como elegir la escala adecuada, diseñar piezas para su ensamblaje y realizar un posacabado.
1. Estrategia de modelado
Los modelos arquitectónicos se suelen ensamblar con diversos materiales y componentes. Las impresoras 3D ayudan a combinar estos componentes formando el menor número de piezas posible, pero sigue siendo necesario ensamblar conjuntos de ellas por dos motivos:
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Las limitaciones del volumen de impresión: Salvo que utilices una impresora 3D de gran formato como la Form 3L, es posible que tengas que dividir el modelo en múltiples piezas para que quepa dentro del volumen de impresión de la impresora 3D.
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La necesidad de mostrar detalles interiores o el uso de múltiples materiales: Ciertos modelos requieren componentes que se desmonten para revelar más información acerca del diseño.
El tamaño y la geometría de los diferentes componentes de un modelo arquitectónico son consideraciones fundamentales a la hora de preparar dicho modelo para la impresión 3D. Por lo general, los modelos de gran tamaño, los modelos con múltiples componentes y los modelos con detalles complicados se dividen en componentes imprimibles en 3D que se ensamblarán posteriormente. A continuación, las piezas se pueden unir entre sí fácilmente mediante adhesión química o un ensamblaje mecánico, y la gran precisión de las impresiones con tecnologías como la SLA y el SLS asegura que las piezas se unirán sin dificultades.
Obtener los mejores resultados posibles requiere aplicar estrategias de modelado para el ensamblaje, como por ejemplo:
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Dividir los modelos por sus junturas: Dividir los modelos o componentes por las junturas crea componentes más fáciles de manipular que se ensamblan con facilidad tras la impresión. El método más sencillo para dividir un modelo es mediante un corte recto. Otra opción es añadir elementos al diseño que permitirán que las piezas se alineen por sí mismas.
- Dividir los modelos por sus componentes: Algunos modelos se prestan a dividirse por sus componentes estructurales o a que el programa los disgregue en un conjunto de piezas. Imprime estos componentes por separado y después ensámblalos con elementos de acomplamiento. También puedes imprimir un componente de todo el edificio aparte de los demás.
Dado que cada vivienda seguía el mismo diseño, tenía sentido imprimir simplemente una unidad removible que permitiría al cliente entender la tipología genérica de la unidad. Modelo de Stanley Saitowitz | Natoma Architects Inc.
2. Proceso de trabajo de software
Los avances en la tecnología CAD han simplificado drásticamente el proceso de desarrollar archivos 3D imprimibles. Las plataformas de CAD modernas tienen módulos dedicados a la impresión 3D para ayudar a los arquitectos a convertir un diseño en CAD en un modelo imprimible. Sin embargo, recuerda que sigues trabajando a escala 1:1 y que serán necesarias algunas conversiones rápidas para alcanzar las medidas correctas en la escala de la impresión.
Desarrollar modelos arquitectónicos requiere algunas consideraciones importantes en función de la plataforma CAD que se utilice. Algunas de estas consideraciones específicas de CAD son:
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Proceso de trabajo de BIM: Desarrollar modelos imprimibles en 3D con software BIM que utiliza modelado paramétrico, como Revit de Autodesk y ArchiCAD de Graphisoft, requiere un poco de gestión de los componentes. Los componentes como las tuberías, las ventanas de doble acristalamiento y los sistemas de climatización no se pasan a las impresiones 3D y se deben quitar del modelo, mientras que se debe dar más grosor a otras piezas como puertas, ventanas, paredes o losas.
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Proceso de trabajo de modelado de superficies: Este proceso de trabajo es con frecuencia un enfoque más sencillo, empezando a partir de dibujos en 2D con la única intención de imprimir en 3D. Consiste en exportar un dibujo simplificado, ajustar su escala y extruir y recortar hasta que quede una cáscara externa.
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3. Impresión y posacabado de un modelo arquitectónico
El siguiente paso en la impresión 3D de los modelos arquitectónicos es transcribir tu modelo 3D digital a un lenguaje que tu impresora 3D entienda. Lograr esto requiere utilizar un software de vista por capas o preparación de impresiones, como PreForm. Independientemente de si tienes o no experiencia en esto, el software de vista por capas suele resultar intuitivo de usar. El software resalta detalles como paredes que pueden necesitar un refuerzo, áreas sin soporte suficiente y volúmenes cerrados que afectan a la estructura de la impresión 3D: cosas que pueden resolverse antes de imprimir. También puedes usar el software para optimizar ajustes como la resolución, la posición de la base de impresión y las estructuras de soporte.
Los materiales tienen un papel importante a la hora de transmitir el concepto que hay detrás de un diseño. No siempre es obligatorio simular el color y la textura exactos de un material, pero es algo que puede ayudar a distinguir los materiales entre sí. Dividir un modelo por sus componentes hace posible mostrar la materialidad, ya que las piezas se pueden fabricar con diversos materiales de impresión 3D o pintarse cada una con colores diferentes.
El posacabado es diferente según la tecnología de impresión 3D involucrada, pero suele incluir procesos como el lijado, el pegado y el pintado de los modelos.
He aquí un resumen según el proceso de impresión 3D:
| Técnica de posacabado | Estereolitografía (SLA) | Modelado por deposición fundida (FDM) | Sinterizado selectivo por láser (SLS) | Inyección de aglutinante |
|---|---|---|---|---|
| Lijado | Se recomienda un lijado ligero para eliminar las marcas de los soportes. | La menor calidad de las impresoras FDM implica que es necesario un lijado para obtener un acabado liso. | No es necesario un lijado debido a la calidad de las piezas acabadas. | No es necesario un lijado. |
| Pegado | El pegado de los componentes de SLA se realiza con pegamento instantáneo (super glue) o resinas líquidas. | Los componentes de FDM se pueden ensamblar utilizando adhesivos como el pegamento instantáneo. | Los componentes de SLA se pueden ensamblar utilizando adhesivos como el pegamento instantáneo. | Los componentes impresos utilizando impresoras de inyección de aglutinante se pueden pegar utilizando pegamento instantáneo. |
| Imprimación y pintado | Los componentes de SLA se pueden pintar para obtener el acabado deseado. | Los componentes de FDM se pueden pintar para obtener el acabado deseado. | Los componentes de SLS se pueden pintar para obtener el acabado deseado. | No se necesita pintado para las piezas a todo color. |
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