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ESTUDO SOBRE O USO DA IMPRESSÃO 3D NA CONSTRUÇÃO
CIVIL
Glauci de C. SILVA1, João V. L. de O. de SILVA
2, Sarah B. M. N. de CASTRO
3 e Thiago P. de
OLIVEIRA4
1Universidade Federal do Maranhão. Centro de Ciências Exatas e Tecnologias, Bacharelado Interdisciplinar
em Ciência e Tecnologia.
2Universidade Federal do Maranhão. Centro de Ciências Exatas e Tecnologias, Bacharelado Interdisciplinar
em Ciência e Tecnologia.
3Universidade Federal do Maranhão. Centro de Ciências Exatas e Tecnologias, Bacharelado Interdisciplinar
em Ciência e Tecnologia.
4Universidade Federal do Maranhão. Centro de Ciências Exatas e Tecnologias, Bacharelado Interdisciplinar
em Ciência e Tecnologia.
E-mail para contato: [email protected]
RESUMO – A impressora 3D tem surgido como forma de dinamizar a elaboração de
estruturas em geral, da área médica à culinária. O objetivo desse trabalho é apresentar
os avanços, tendências e a utilização das impressoras 3D, em especial na construção
civil, obtendo esses dados através de pesquisas bibliográficas. O trabalho se restringe a
explicar o funcionamento básico dessa tecnologia e seu uso na construção civil; a qual
é usada com o intuito de diminuir custos, evitar desperdício de materiais e aumentar a
possibilidade de diversificação de estruturas. A impressão 3D é feita através do
método de prototipagem rápida e já é observada, a nível mundial, na área da
construção civil com o propósito de revolucionar essa indústria. No Brasil, a atuação
dessa tecnologia nesse ramo ainda é pequena, sendo vista principalmente na confecção
de maquetes, para auxiliar a execução de obras, e na elaboração de protótipos de
impressão de concreto, a fim de desenvolver impressoras 3D que atuem nessa
indústria. A utilização de impressoras 3D na construção civil ainda é algo novo,
porém, por ser uma tecnologia que gera poucos resíduos e buscar utilizar por materiais
mais sustentáveis realizando serviço em menor tempo, tem um grande mercado e seu
uso é uma grande inovação que vem a contribuir para o desenvolvimento da indústria
de construção.
Palavras-chave: Impressoras 3D. Construção Civil. Tecnologia.
1. INTRODUÇÃO
A globalização tem como uma de suas consequências aumentar a competitividade e a
necessidade de estar em crescente estado de inovação. Assim, é notória a presença constante
de novas tecnologias, principalmente com o objetivo de diminuir o tempo de confecção de
produtos e, consequentemente, o tempo de elaboração de determinadas atividades. A
prototipagem rápida (RP) é uma destas inovações que vem sendo cada vez mais utilizada, em
escalas mundiais, através da impressão 3D (Junior, 2013).
Destarte, as impressoras 3D são consideradas uma inovação e, para alguns, ainda é
visto como um modelo futurístico. Porém, a sua popularização tem alterado gradativamente
os modelos de produção, uma vez que o seu uso permite a confecção de objetos sólidos
criados a partir de um desenho computacional. Funciona como uma espécie de "micro
fábrica" que possibilita a criação dos mais variados produtos, para as mais variadas funções,
utilizando diversos materiais e reduzindo o desperdício, o tempo e a quantidade de mão-de-
obra necessária.
Atualmente, as impressoras 3D estão em constante evolução, com a ideia de que não
existe somente a necessidade de investir em grande fábricas com grande utilização de mão-de-
obra, pois os projetos são feitos em computadores admitindo que qualquer pessoa possa
produzi-los (Porto, 2016).
O uso dessa tecnologia pode ser visto em diversas áreas de atuação, como na indústria
automobilística, aeroespacial, de alimentos, e até mesmo na medicina e construção civil;
chegando a ser comercializada em grande escala. Além disso, a impressão 3D facilita a
possibilidade de produtos customizados, ou seja, próprios e individuais, já que a fabricação
em massa privilegia a padronização (Matozinhos, 2017).
A primeira impressora 3D foi criada em 1984, pelo norte-americano Charles Hull, que
utilizou como tecnologia precursora desse tipo de impressão a estereolitografia. A tecnologia
da máquina foi desenvolvido para criar lâmpadas pela solidificação de resina, que foi o
primeiro objeto criado por ela (Duarte, 2014). Mas, foi o engenheiro Enrico Dini que
construiu a primeira impressora 3D para impressão de edifícios, tornando-se mundialmente
famoso como "O homem que imprime casas".
O inventor observou que poderia usar esses conhecimentos na indústria de habitação,
considerando a impressão 3D como uma forma de utilizar materiais naturais de maneira
ambientalmente saudável, de baixo custo e com o menor número de poluentes. E, com o
decorrer dos anos, a impressão 3D é vista como uma revolução no processo construtivo, que
visa mudar o conceito de obras utilizando a ideia e imprimir casas.
1.1 Objetivos
O objetivo geral desse trabalho foi realizar um estudo sobre a impressão 3D e
apresentar esse avanço tecnológico dentro da construção civil, buscando como as impressoras
3D estão sendo utilizadas e quais as pespectivas de uso, fomentando o diálogo sobre essa
tecnologia na região maranhense. Como objetivos específicos, abordar o histórico dessa
tecnologia e entender seu funcionamento; encontrar as aplicações dessa tecnologia nas
diversas áreas, mas principalmente na construção civil; e tratar sobre projetos e empresas que
envolvem as impressoras 3D na construção civil.
1.2 Metodologia
A metodologia adotada foi buscar e pesquisar sobre as impressoras 3D, do seu
funcionamento a sua utilização, aprofundando em suas aplicações, os projetos e as empresas
que relacionam essa tecnologia com a construção civil. Assim, foi realizada uma revisão
bibliográfica e por fim pesquisas através de leituras em meios eletrônicos.
2. TECNOLOGIA DE PROTOTIPAGEM RÁPIDA (RP)
A Prototipagem Rápida é uma metodologia fundamentada no acréscimo de material,
de forma plana, em camadas. Mas, existe também a chamada Prototipagem Rápida Subtrativa
(SRP) onde os objetos são adquiridos através da usinagem de bloco de diversos materiais
(Porto, 2013).
No desenvolvimento de um modelo 3D, primeiramente necessita-se que seja
desenvolvido o projeto do objeto no computador, em algum software de edição. Após o
estabelecimento do projeto, envia-se para outro software (o da impressora) onde são
estabelecidas as dimensões e a resolução da imagem, definida através das medidas das
espessuras das camadas sobrepostas. Assim, a qualidade do objeto é inversamente
proporcional a espessura das camadas. Logo, quanto menor a espessura da camada, melhor a
qualidade do material, e, consequentemente, o tempo para a impressão será maior.
Além disso, o próprio software da impressora é responsável por analisar o modelo e
definir como ele será impresso, para garantir a economia de material e tempo. Feito isso, a
impressora compila os dados e "fatia" o objeto em camadas horizontais. Essas fatias são
organizadas de forma que sejam um conjunto de comandos responsáveis por movimentar a
máquina - nas direções x e y - de maneira correta, de acordo com o modelo desejado
(Medeiros, 2016). Alguns dos tipos de mecanimos utilizados pelas impressoras 3D são a
Manufatura de Objetos Laminados, 3D Print, Sintetização Seletiva a Laser, Modelagem por
Fusão e Estereolitografia (Porto, 2013), que, de diferentes formas, imprimem objetos.
3. APLICAÇÕES NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Dentre as vantagens da impressão 3D, as que mais se destacam na construção civil é o
aumento na produtividade e a possibilidade de construir em menos tempo, reduzir o
desperdício de materiais nos canteiros de obras e aumentar a segurança na obra.
A construção civil já vem utilizando essa tecnologia em países como a China e
Estados Unidos. Em ambos os países, há empresas do setor que estão produzindo em larga
escala, e possuem a capacidade de construírem 10 moradias em menos de 24 horas. Uma
importante vantagem para tamanha produtividade é que o equipamento pode ser transportado
e montado no terreno da própria obra. E esses empreendimentos impressos em 3D possuem
expectativa longa de usabilidade de até 175 anos (Feuser, 2017), algo de extrema relevância.
3.1 Pavimentação com Impressoras 3D
Além do aspecto da construção civil, essa tecnologia pode ajudar a resolver com maior
rapidez um problema que é bastante comum também no Brasil: a falta e danificada
pavimentação das ruas.
Uma empresa Belga está usando uma impressora 3D, mostrada na Figura 1, para
pavimentar avenidas, o equipamento faz tudo com uma velocidade 5 vezes maior, de 500
metros por dia, do que a forma tradicional. A máquina, como mostrada na Figura 1, é capaz
de nivelar o chão e colocar as pedras todas de uma só vez, sendo necessário aos operários
somente inserir o material na máquina. Porém, as ruas que utilizam esse tipo de pavimentação
não podem ter grande fluxo de carro, como rodovias e grandes avenidas (Feuser, 2017).
Figura 1: Impressora 3D para pavimentação.
Fonte:https://www.idealista.pt/news/imobiliario/internacional/2015/11/13/29229-a-impressora-que-
faz-ruas-e-calcadas-em-tempo-recorde
3.2 Pontes Impressas em 3D
As impressoras 3D também estão sendo utilizadas para a construção de pontes. A
Holanda inaugurou, em 2017, a primeira ponte para ciclistas impressa de concreto, observada
na Figura 2. Com 800 finas camadas de concreto, destacando-se por evitar desperdício,
diminuindo os desperdícios. Atualmente, só existem pontes de utilização com pequenas
cargas, como pedestres, porém, a autonômia para a construções destas demonstra que as
impressoras ainda serão grandemente empregada nessas construções (Lansard, 2018).
Figura 2: Ponte impressa sendo utilizada por ciclista na Holanda.
Fonte: https://www.aniwaa.com/house-3d-printer-construction/
3.3 Infraestruturas impressas em 3D no Espaço
A resistência das impressoras 3D chamou a atenção da NASA que enviou a primeira
impressora 3D ao espaço, em 2014, com o intuito de fazer parte das ferramentas da missão
SpaceX. A impressora foi produzida pela Made In Space e a própria NASA e testada para ser
utilizada a zero de gravidade (Contour Crafting, 2017).
Sistemas construtivos também estão sendo estudados e testados para a construção de
bases de capacidade operacional através da metodologia do Contour Crafting, como mostrado
na Figura 3. Esses sistemas serão desenvolvidos para explorar os recursos e avançar nas
construções para a habitação humana no espaço.
Figura 3: Simulação da Impressora CC no Espaço.
Fonte: http://contourcrafting.com/space-applications/
4. PROJETOS E EMPRESAS DE IMPRESSÃO 3D
4. 1 Projeto Contour Crafting
O projeto chamado Contour Crafting (CC) surge de diversas pesquisas e aplicações
acerca do building printing em concreto, sendo este um dos pioneiros e principais
desenvolvedores de estudos sobre essa tecnologia, liderado pelo professor Behrokh
Khoshnevis e baseado na Universidade do Sul da Califórnia, nos Estados Unidos. Seus
experimentos demonstraram a capacidade de imprimir uma casa inteira em vinte horas, com a
impressora no modelo mostrado na Figura 4, e vêm sendo desenvolvidos projetos até mesmo
para uso em solo lunar, em parceria com a NASA (Florêncio, at al. 2016).
Figura 4: Ilustração da impressora 3d da contour crafting.
.Fonte: http://contourcrafting.com/building-construction
Contour Crafting pode reduzir significativamente o custo da construção comercial.
Projeções indicam que os custos serão em torno de um quinto da construção convencional,
prometendo eliminar o desperdício de materiais de construção. Os projetos de construção
serão extremamente acelerados; por exemplo, uma casa de 610 metros quadrados pode ser
construída em menos de 24 horas. Este rápido tempo de construção minimiza os custos de
financiamento de projetos de construção que normalmente levam seis meses ou mais para
serem concluídos. Custos reduzidos e a construção automatizada tornarão a construção
acessível a qualquer pessoa (Contour Crafting, 2017). A Tabela 1 mostra a diminuição
econômica esperada ao utilizar-se a tecnologia, em comparação com os meios convencionais
de construção civil.
Tabela 1: Diminuição econômica com as impressoras 3D.
Parcela de Custo de
Construção Convencional Devida à Se automatizado por CC
20% - 25% Financiamento
A Curta duração do projeto e o controle do
tempo de lançamento no mercado reduzindo
drasticamente o custo do financiamento
25% - 30% Materiais Não haverá desperdício na construção
45% - 55% Trabalho
O trabalho manual será significativamente
reduzido. O poder muscular será substituído
pelo poder do cérebro.
Fonte: http://contourcrafting.com/building-construction
4.3 Concrete Printing
Concrete Printing é um processo desenvolvido por uma equipe de pesquisa chamada
Loughborough University, baseado a extrusão de argamassa de cimento para a impressão de
concreto. Esse processo permite um maior controle de geometrias internas e externas, como
visto na Figura 5, e um de seus subprodutos é o acabamento da superfície nervurada, uma vez
que a superfície final é fortemente dependente da espessura da camada. A tecnologia funciona
despejando no local desejado, com o uso das chamadas esteiras de textura, um concreto de
alta resistência e com fibras incorporadas na mistura (LIM, 2012).
Figura 5: Estrutura feita com a utilização do projeto Concrete Printing.
Fonte: LIM, 2012.
4.3 Empresa Winsun
A empresa chinesa WinSun uniu as diversas técnicas de engenharia civil e arquitetura
com a tecnologia das impressoras 3D com o objetivo de oferecer ao público construções de
casas e prédios, que por sua vez são feitos por sucessivas camadas de material através da
tecnologia de fabricação aditiva. Com isso, é possível construções que levariam meses serem
realizadas em apenas 24 horas (Yamashita, 2018).
Em 2013, a empresa WinSun imprimiu o primeiro lote de 10 casas de forma
experimental; e, logo após, construiu o primeiro edifício do mundo, mostrado na Figura 6,
usando a tecnologia da impressora 3D, no Parque Industrial de Suzhou, o prédio contém cinco
andares. Foi necessária uma grande impressora matriz, de 6,6 metros de altura, 10 metros de
largura e 40 metros de comprimento, fabricada pela Ma Yihe (Yamashita, 2018).
Figura 6: Primeiro edifício utilizando impressora 3D.
Fonte: http://www.chinalinktrading.com/blog/winsun-predios-impressora-3d
4.4 Empresa Apiscor
A empresa norte-americana Apiscor desenvolveu uma impressora capaz de imprimir
uma casa de 37 metros quadrados em apenas um dia. A impressora da empresa é capaz de
compensar irregularidades no terreno de até 10 cm de altura. Após a inserção de todos os
elementos de impressão no canteiro e a conexão dos mesmos com a rede hídrica e elétrica, a
impressora se alinha automaticamente na horizontal e digitaliza a zona de impressão, a fim de
eliminar as irregularidades (ApisCor, s.d.).
Desse modo, é feito um mapa do terreno, obtido através da digitalização, o que
permite que a impressora preencha as depressões do local, preparando-se para imprimir a
forma de fundação. Então, de acordo com o projeto, a máquina imprime a cofragem da
fundação, na qual os operadores apenas monitoram se o trabalho está sendo realizado com
exatidão e colocam pontes de fibra de vidro conforme seja necessário. Esses materiais irão
garantir a força da estrutura para que possa continuar o preenchimento. Após a impressão da
coragem, despeja-se concreto pesado na mesma para o endurecimento e só então as
impressora poderá se mover para as paredes, que possuem um perfil interno mais complexo
que o da fôrma de fundação, com o objetivo de garantir o reforço, isolamento e tubulações.
Ao chegar ao topo da residência são colocados, pelos operários, os lintéis das
aberturas das portas e janelas, que em seguida são seladas na parede. Assim, pode-se colocar
as conexões necessárias para o funcionamento completo da casa, como fios e canos. E então,
restará apenas os acabamentos e a instalação do telhado.
A Figura 7 mostra a primeira residência em impressão 3D realizada pela empresa, ela
possui 37 metros quadrados, no seu interior há 4 compartimentos e seu custo é de 10.134
dólares, o que corresponde a aproximadamente 39 mil reais, aproximadamente 275 dólares
por metro quadrado (ApisCor, s.d.). Na Tabela 2 constam os valores detalhados da execução
da obra.
Figura 7: Casa da Empresa Apiscor.
Fonte: http://apis-cor.com/en/about/news/first-house
Tabela 2: Preços individuais da obra.
Preço em dólar (US $) Preço em real (R$)
Fundação 277 1.067,00
Paredes 1.624 6.258,90
Chão e Telhado 2.434 9.380,64
Fiação 242 932,67
Janelas e Portas 3.548 13.673,99
Acabamento Exterior 831 3.202,67
Acabamento Interior 1.178 4540,01
TOTAL 10.134 39.056,44
Fonte: http://apis-cor.com/en/about/news/first-house
5. MATERIAIS UTILIZADOS NAS IMPRESSORAS 3D
A construção civil é responsável por cerca de 51% a 70% dos resíduos sólidos
coletados. Grande parte desses resíduos são de materiais desperdiçados durante a obra. A
técnica das impressoras 3D de construir camada a camada, utilizando apenas o material
requisitado no projeto, evita grandes desperdícios e facilita, por exemplo, a colocação de
tubos de hidráulica e elétrica, diminuindo assim grande parte dos desperdícios dentro de
obras.
Um outro fator muito interessante das impressoras 3D é a facilidade de utilização de
materiais não convencionais, como, por exemplo, solo e resíduos que podem ser adicionados
à pasta de cimento. As pesquisas sobre utilização desse método nas construções facilitam
explorar e testar o emprego desses materiais para edificar de forma cada vez mais rápida, sem
desperdícios e sustentável.
A base para as construções nas impressoras 3D é o concreto, porém, materiais como
que gesso, argila, plástico e até mesmo partículas de madeira misturadas a epóxi, que formam
um pasta, já são utilizados. Com essa gama de materiais, percebe-se que a utilização do
método das impressoras 3D pode ser empregada em várias das etapas de uma construção
convencional. Porém, sendo executadas pela mesma máquina, com a utilização das condutas
de injeção e os reservatórios dos materiais, que facilitam o processo pela alternância dos
materiais sem a troca ou lavagem do injetor.
6. A EXPERIÊNCIA 3D
6.1 No Brasil
No Brasil, tem-se na necessidade mútua de desenvolver tecnologia para diminuir o tempo de produção e os custos, assim como, desenvolvê-la para criar edifícios mais
sustentáveis, capazes de avaliar o ciclo de vida dos materiais empregados. A impressão 3D
utilizando concreto já é realidade fora do Brasil. Mas em 2015, essa tecnologia despertou o
interesse de um grupo de jovens engenheiros de Brasília-DF, que decidiu criar uma startup
com o objetivo de construir a primeira impressora 3D para concreto do país (Santos, 2016).
Essa Startup, chamada InovaHouse3D, conta com o apoio de organismos como Senai,
CBIC, ABCP e SindusCon-DF, inclusive para testes em laboratórios e apoio tecnológico.
Ainda em 2015 eles apostaram nessa tecnologia apresentando um projeto para montar uma
impressora 3D capaz de construir casas de 50 m² por até R$ 27 mil. Atualmente a Startup
possui um protótipo da impressora, que segue na Figura 8, para a realizar testes (Santos,
2016).
Figura 8: Protótipo da 1º Impressora 3D de concreto do Brasil.
Fonte: http://www.cimentoitambe.com.br/startup-impressora-3d-concreto
A impressão de maquetes também é muito comum e já está sendo utilizada no Brasil.
Esse artifício tem ajudado as empresas de arquitetura e engenharia a tornar os projetos mais
interativos e de fácil compreensão. Porém, mesmo sendo utilizado a prototipagem rápida, as
maquetes não fazem parte, necessariamente, do desenvolvimento de produtos da construção
civil. Assim, poderia haver a expansão de suas aplicações de forma a mostrar a instalação de
conexões elétricas e hidráulicas, ou ainda servir para simular as condições de luminosidade
(Florêncio, et al. 2018).
6.2 No Maranhão
Um estudante de engenharia elétrica da UFMA construiu uma impressora 3D com o
objetivo de cumprir uma função social com sua criação, para ajudar estudantes da área técnica
a desenvolver projetos melhores. Há cerca de 10 anos surgiu a primeira impressora 3D
custando mais de 30 mil dólares, hoje já existem modelos mais baratos que antes, porém
ainda não tão acessíveis, e com a ideia de baratear ainda mais essa invenção que o estudante
Valdioleno Pinto dos Santos criou sua própria versão da impressora 3D (G1, 2011).
O morador de São Luís, começou a projetar a máquina em 2014 e levou 10 meses de
muitas noites em claro. Seu processo de execução se dá quando um computador transfere para
a impressora o objeto modelado virtualmente em 3 dimensões, logo depois o plástico ABS é
aquecido à 206 °C, em seguida começa o processo de produção (G1, 2011). Porém, não há
registros de pesquisas ou utilização de impressoras 3D para construção civil.
7. CONCLUSÕES
A tecnologia das impressoras 3D vem revolucionando a indústria em seus mais
variados ramos, de modo a diminuir o custo e possibilidade de erros, exigindo uma
quantidade menor de mão de obra humana e gerando menos resíduos, além de aumentar o
nível de individualidade e customização. Assim, este trabalho teve como objetivo principal
apresentar os avanços, tendências e a utilização da impressão 3D, na área de construção civil.
Nessa industria, as impressoras 3D possuem uma tecnologia que gera poucos resíduos
e procura a utilização de materiais sustentáveis, a fim de diminuir os males causado ao meio
ambiente. Dessa forma, a finalidade é construir de forma mais rápida, duradoura e
autosuficente, gerando cada vez menos impacto ao meio ambiente. A prática de utilizar
impressoras 3D para construir edifícios é algo novo, porém é um marco no desenvolvimento
de tecnologias para este setor.
Nesse contexto, a utilização da impressão 3D tem inovado o mercado de forma geral,
incluindo o âmbito da construção civil. Essa área ainda necessita de muitos investimentos e
estudos, pois ainda é extremamente nova e a maioria dos investimentos ainda é na elaboração
de protótipos. Porém, em países como a China e o EUA, a “impressão de casas” é uma
realidade e veio para revolucionar o mercado da construção civil. No que se diz respeito ao
Brasil, ainda não existe a construção de edifícios e casas utilizando a impressão, porém vem
se tornando mais comum a utilização da tecnologia para a fabricação de maquetes. O mais
próximo de construção de edificações no país é a startup InovaHouse3D, que realiza a
impressão de concreto através de um protótipo, visando a criação de uma impressora 3D que
se aplique a construção de casas.
Assim, percebe-se que a utilização das impressoras 3D está revolucionando os
processos da construção civil. Porém, ainda existem entraves que podem dificultar a sua
utilização, como o alto custo da impressora; a dificuldade de profissionais da área em se
adequar a novas tecnologia por estarem ligados a processos tradicionais; e a regulamentação
dessa tecnologia dentro das normas dessa indústria. Dessa forma, nota-se a necessidade de
eliminar essas barreiras; uma vez que, as impressoras 3D tem um grande potencial de
melhorar os processos construtivos.
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