A criação de contornos é uma tecnologia de impressão de edifícios pesquisada por Behrokh Khoshnevis, do Instituto de Ciências da Informação da Universidade do Sul da Califórnia (Viterbi School of Engineering), que utiliza um guindaste ou pórtico controlado por computador para construir edifícios de maneira rápida e eficiente, com muito menos trabalho manual. Foi originalmente concebido como um método para construir moldes para peças industriais. A Khoshnevis decidiu adaptar a tecnologia para a construção rápida de residências como forma de reconstruir após desastres naturais, como os devastadores terremotos que assolaram seu país natal, o Irã.

Utilizando um material concreto, de rápida definição, a elaboração de contornos forma as paredes da casa, camada por camada, até que os pisos e tetos sejam colocados no local pelo guindaste. O conceito teórico exige a inserção de componentes estruturais, encanamentos, fiação, utilidades e até dispositivos de consumo, como sistemas audiovisuais, à medida que as camadas são construídas.

Características
A tecnologia consiste na extrusão (extrusão) de uma camada após uma camada de concreto especial ao longo do caminho previsto pelo programa, crescendo as paredes do prédio, pois a tecnologia ganhou esse nome. Neste, é muito semelhante à impressão 3D convencional usando a tecnologia Stratasys FDM® (camadas do filamento termoplástico aquecido de acordo com o arquivo de trabalho).

Uma característica da tecnologia é conectar uma ferramenta adicional da máquina – um manipulador que instala na posição de projeto os elementos estruturais de suporte e suporte, comunicações de engenharia (jumpers, vigas de piso / vigas de cobertura, estruturas de treliça, bandejas, chaminés, canais de ventilação , etc.).

O material de construção para a construção de elementos estruturais de suporte (paredes, pisos) é um concreto de reação em pó de endurecimento rápido, reforçado com microfibras de aço ou polímero. Uma característica do concreto da reação em pó é a ausência de agregados graúdos sem perda na proporção de aglutinantes / componente sólido, bem como as características de maior desempenho. Tipos mais baratos de concreto também podem ser usados, como concreto arenoso e de grãos finos modificados com aditivos (hiperplastificantes, aceleradores de endurecimento, fibra).

A tecnologia de reforço pode ser aplicada estruturas de malha de volume tecida de tecnologia inovadora. Em teoria, essas estruturas podem ser amarradas em uma única estrutura durante a construção.

A vantagem da tecnologia está na velocidade da construção. De acordo com o carro, ele pode construir um edifício residencial com uma área de 150 metros quadrados. em 24 horas.

A desvantagem é a complexidade e, em alguns casos, a impossibilidade de construir edifícios de plano aberto e formas arquitetônicas complexas devido à necessidade de criar estruturas de suporte.

História
A Caterpillar Inc. forneceu fundos para ajudar a apoiar a pesquisa de projetos da Viterbi no verão de 2008.

No início dos anos 2000, os princípios teóricos e o primeiro feedback estão disponíveis, e muitos autores estão testando ou planejando o futuro dos sistemas de construção automática de edifícios inteiros por meio de robôs ou um único robô multitarefa.

Nos anos de 2002 a 2004, o desenvolvimento da automação na construção foi mais lento do que em outras áreas (robótica automotiva e industrial em particular), mas baseou a prototipagem rápida adicionando material usado em outros ramos da indústria e após aprimoramento das cabeças de extrusão e adaptação de materiais (cimento, gesso, cerâmicas não curadas, usando o princípio da Adobe, plástico, resina, polímeros ou misturas …) agora é teoricamente avançado o suficiente para permitir a construção aditiva, incluindo a lua e outros planetas de acordo com Khoshnevis da Universidade do sul da Califórnia.

Em 2007, uma alternativa à ponte rolante está sendo considerada: o uso de uma cabeça de impressão orientada no espaço pelos movimentos dos cabos nos quais ela está suspensa, sendo esses movimentos controlados pelo computador; esta opção está sendo estudada por Bosscher e seus colegas em Ohio e melhorada em 2008.

Em 2008, a empresa Caterpillar Inc. decidiu fornecer fundos para apoiar projetos de pesquisa Viterbi (verão de 2008).

Em 2009, estudantes de pós-graduação da Singularity University (uma Universidade não-oficial do Vale do Silício) montaram um projeto ACASA, com Khoshnevis como diretor de projeto, para comercializar a técnica “Contour Crafting” (CC).

Em 2010, Khoshnevis diz assim poder construir um robô (House-Bot) um full house em um dia com um guindaste ou pórtico elétrico (pode ser alimentado por uma fonte de energia limpa, segura e renovável para eletricidade verde) produzindo muito pouco desperdício de materiais de construção. Se este desafio for cumprido, esta técnica poderá então limitar fortemente o impacto ambiental e a pegada de carbono e a pegada ecológica da construção de casas.

No mesmo ano de 2010, Khoshnevis anuncia que a NASA está avaliando a possibilidade de usar o Contour Crafting para a construção de bases no planeta Marte e / ou Lua, que também requer a capacidade de coletar, transportar e preparar o material lunar a custos razoáveis, questão estudada dois anos antes por Zacny et al. e Zeng al (2007).

Em 2013, com base em trabalhos anteriores (2005) e em vista de uma possível construção in situ de um laboratório lunar, a NASA controlou um pequeno estudo na Universidade do Sul da Califórnia para refinar essa técnica de impressão 3D, considerando, entre potenciais aplicações, a construção de estruturas ou infra-estruturas que poderiam ser construídas na Lua em modo ISRU (utilização de recursos in situ), isto é, com um material contendo pelo menos 90% de materiais lunares e não mais de 10% de material importado da Terra.

O primeiro edifício francês impresso em 3D (YHNOVA, habitação social, anunciada em março de 2017 deve nascer em Nantes, com base em uma técnica “Batiprint3D”, patenteada pela Universidade de Nantes, e concebida com o CNRS, a Escola Centrale, Inria e IMT Atlantique, e patenteado pela Universidade de Nantes).

Khoshnevis afirmou em 2010 que a NASA estava avaliando a Contour Crafting para sua aplicação na construção de bases em Marte e a Lua. Depois de três anos, em 2013, a NASA financiou um pequeno estudo na Universidade do Sul da Califórnia para desenvolver ainda mais a técnica de impressão 3D Contour Crafting. As aplicações potenciais dessa tecnologia incluem a construção de estruturas lunares de um material que poderia ser construído com 90% de material lunar, com apenas 10% do material transportado da Terra.

Em 2017, a Contour Crafting Corporation (da qual Khoshnevis é o CEO) anunciou uma parceria e investimento da Doka Ventures. No comunicado de imprensa, eles afirmam que “começarão a entrega das primeiras impressoras no início do próximo ano”

Princípio
A casa é projetada no computador e os dados são encaminhados para a impressora 3D. A impressora 3D é um robô de pórtico totalmente automático que é maior que o prédio; O concreto especial de endurecimento rápido e o concreto normal são fornecidos via recipientes de concreto.

Primeiro, o robô do pórtico despeja uma estrutura camada por camada usando o concreto especial de endurecimento rápido. Seu bico de pulverização controlado por computador coloca finos vestígios do concreto no chão, que são levados à sua forma final por duas espátulas laterais. Então o quadro é preenchido com concreto normal. Além disso, estruturas de aço acabadas ou semelhantes podem ser introduzidas com. Assim, um edifício é criado exatamente após o desenho do computador.

Este princípio de prototipagem rápida foi desenvolvido pelo pesquisador norte-americano Behrokh Khoshnevis, professor da Universidade do Sul da Califórnia, em Los Angeles.

Métodos
Em geral, os sistemas automatizados permitem o gerenciamento aditivo, formativo ou subtrativo do material. Eles também podem combinar – in situ – essas três abordagens.

O método CC (Contour Crafting) adapta-se às necessidades de um grande software de construção e ferramentas de hardware criadas para usinar ou produzir moldes para produzir peças industriais para fundições, vidro ou plásticos e depois para impressoras 3D.

Desde meados da década de 1990, a Khoshnevis vem adaptando gradualmente essas tecnologias a um projeto de construção residencial rápido, que poderia ser implementado, por exemplo, depois de desastres naturais devastadores (tsunamis, terremotos), como o terremoto. atingiu sua terra natal, Irã) ou mesmo em outros planetas no contexto da exploração espacial com presença humana. Na Europa, o italiano Enrico Dini criou sua própria máquina chamada D-Shape, que deposita camadas de areia endurecidas por um aglutinante inorgânico para produzir objetos de até seis metros de altura (em 2014).

No primeiro caso, um material de fixação rápida, como cimento de areia e cimento, usado com uma camada de “acelerador de ajuste” – camada por camada – as paredes e elementos de uma casa, para pisos, tetos e teto montados pela ponte rolante ou guindaste.

Os vazios necessários para a inserção de encanamentos, fiação elétrica e de computador, ventilação ou materiais isolantes são fornecidos a montante no plano computadorizado, mas o robô e seu pórtico também podem, teoricamente, instalar tubos ou alguns elementos secundários da estrutura ou elementos decorativos e de proteção. tais como pavimentações, telhas, gesso, tintas, etc.

Alternativas ou variantes ecológicas
Eles procuram usar materiais básicos amplamente disponíveis e com uma pequena pegada ecológica (areia, cascalho, argila, etc.) e usar uma fonte de energia livre e segura, como a energia solar (transformada em eletricidade e na forma de calor). ) ..

Recentemente (2012-2013), experimentos artísticos e / ou técnicos utilizaram máquinas construindo objetos ou decorações em areia, às vezes de grande porte. Este é o caso, por exemplo, de:

conjuntos ou elementos de arquitetura impressa (ou “arquitetura computacional”) produzidos pelos arquitetos Michael Hansmeyer e Benjamin Dillenburger, com o Departamento de Arquitetura da ETH Zurich 36. Neste caso, a impressora 3D fabricou objetos grandes (colunas, paredes, salas) feitos de areia. As peças foram formadas a partir de algoritmos que visam produzir rapidamente objetos arquitetônicos complexos e decorativos que são quase impossíveis de se obter por meio da escultura clássica, que deve ser exibida na França no FRAC em Orléans em 2014.

Esculturas ou objetos de utilidade construídos por um “Stone Spray Robot” controlado por computador capaz de imprimir em múltiplas direções ao mesmo tempo (em dois planos, vertical e horizontal) para produzir formas complexas, possivelmente autossuficientes (móveis, paredes, esculturas … Construído em areia aglomerada por uma cola (certificado de ligante ecológico LEEED (Liderança em Energia e Design Ambiental), com uma fonte de energia que é um painel fotovoltaico. Este robô foi produzido por Shergill, Anna Kulik e Petr Novikov, supervisionado por Jordi Portell, Marta Male Alemany e Miquel Iloveras da IAAC (Instituto Catalão de Arquitetura Avançada (Instituto de Arquitetura Avançada da Catalunha);

Objetos em areia derretida; a fusão é produzida pela concentração de um feixe de luz solar em uma camada renovada de areia do deserto; Foi Markus Kayser quem desenvolveu o primeiro protótipo muito simples, testado com sucesso no deserto do Saara, usando uma lente de fresnel simples, acionada por um computador alimentado por painéis solares (“Solar Sinter Project”). A lente concentra o calor do sol na areia adicionada na máquina camada por camada, sendo a forma programada como um modelo digital.

O P. Behrokh Khoshnevis, com a Universidade do Sul da Califórnia e o financiamento da NASA e do Instituto Cal-Earth, testa em 2014 uma “impressora 3D gigante” com o projeto de construir uma casa em 24 horas. A impressora é aqui um robô que faz a extrusão de concreto de acordo com um plano armazenado no computador que o controla.

De acordo com os proponentes dessa técnica, tais robôs poderiam construir no futuro – com materiais coletados (ou reciclados) no local – construções civis e militares, pistas de pouso, estradas, hangares ou paredes de radiação, bem como estruturas possivelmente habitáveis ​​na Lua, marcha ou outros ambientes extraterrestres. Os testes são feitos em um laboratório localizado no deserto da NASA (D-RATS). Este processo é ou já foi testado em pequena escala (projeto “Casa do Futuro / Iniciativa de Políticas Urbanas” (2004) e é considerado pela indústria há vários anos.

O projecto “3D Print Canal House” utiliza uma impressora de tamanho intermédio, operando num contentor, chamado “Kamermaker”, fácil de transportar no local (teste em curso nos Países Baixos 49), elementos de paredes que são facilmente montados na praça; neste caso, o plástico usado é feito de 75% de óleo vegetal, mas outros tipos de plásticos são experimentados.

Comercialização
A Caterpillar Inc. financiou o projeto da Escola Viterbi desde 2008.

Khoshnevis também diz que a NASA está avaliando a construção de contornos como um método de construir bases para a colonização de Marte e da Lua.

Em 2009, estudantes de graduação da Universidade de Singularidade estabeleceram o projeto ACASA com Khoshnevis como CTO para comercializar a construção por contornos.

Anterioridade
O conceito de fabricação aditiva existe entre modeladores que usam argila, cera e arquitetura em artesãos ou decoradores que usam gesso ou estuque. A construção de paredes em camadas de adobe (banchage), consolidadas ou não por cal, palha, fibras, etc., existe desde a antiguidade, mas agora seria potencialmente totalmente automatizada, acelerada e não exigiria mais formas.

Implementação
Um dos sistemas mais bem sucedidos para a construção de contornos é o D-Shape, cujo criador é Enrico Dini. D-Shape permite que você execute construções sem intervenção humana. Neste caso, a D-Shape utiliza uma tecnologia especial para converter areia em um mineral com características microcristalinas, cujas propriedades são superiores ao cimento Portland. De acordo com algumas reivindicações, tal material não requer reforço. Note-se que D-Shape permite acelerar o processo de construção até quatro vezes em comparação com os métodos tradicionais.

Em 2009, o sistema D-Shape já havia erguido um prédio de 3 metros de altura.

Em 2014, iniciou-se um avanço no campo da construção de edifícios usando impressão 3D de contorno com concreto.

Durante 2014, a empresa de Xangai WinSun anunciou, primeiro a construção de dez casas impressas em 3D, erguidas em 24 horas, e depois imprimiu uma casa de cinco andares e uma mansão.

A Universidade do Sul da Califórnia passou nos primeiros testes de uma impressora 3D gigante que pode imprimir uma casa com uma área total de 250 m² por dia.

Prospectivo
Diversos modelos mais ou menos experimentais foram criados no final do século xx e ajudaram gradualmente a produzir peças cada vez maiores, geralmente de um único material e da mesma cor.

A impressora tridimensional foi inicialmente ficção científica (Arthur C. Clarke evocou uma “máquina replicadora” nos anos 60, máquina que replicaria objetos à medida que eles imprimiam livros, o que teria um efeito profundamente positivo na sociedade: “a humanidade se adaptará como em o passado “ou quadrinhos (em 1972, no desenho Tintin e Shark Lake, o professor Tournesol inventa uma fotocopiadora tridimensional imediatamente cobiçada por Rastapopoulos para fabricar falsas, duplicando obras de arte roubadas dos principais museus).

As soluções técnicas existentes na década de 1990 sugerem a possibilidade de uma construção rápida e totalmente automatizada de um edifício ou conjunto de edifícios, com pintura automatizada, instalação robótica de telhas e outros elementos decorativos ou funcionais, como água encanada, gás, ar condicionado ou aeração, integração de cabeamento elétrico, eletrônico ou de fibra óptica, etc.

Em 2014, existem cirurgiões-robôs, incluindo cirurgia cerebral. Alguns robôs médicos podem ser controlados remotamente (tele) e modelos de desenvolvimento já podem se adaptar em movimentos respiratórios em tempo real ou reflexos de um paciente. Eles sugerem que a precisão da impressão 3D aplicada à arquitetura pode progredir ainda mais.

Da mesma forma, as tipologias de materiais tendem a aumentar no futuro como progresso técnico. Materiais reativos ou “inteligentes” estruturados para armazenar ou conduzir ou filtrar ar, água, umidade, calorias ou fragrâncias, informações, etc. também são considerados.

O biomimético pode inspirar engenheiros e arquitetos e oferecer novas ideias para habitação ecológica com uma pegada ambiental muito baixa, sem “pegada hídrica” ​​ou pegada de carbono, ou provavelmente para pagar sua dívida ecológica. Tais construções poderiam, por exemplo, ser inspiradas pelo modelo construtivo de certos cupinzeiros, organismos bioconstrutivos e / ou fotossintéticos, etc., usando micro-robôs capazes de possivelmente produzir um material nanotruturado com novas características.