Del residuo a la construcción: una tecnología del MIT usa impresión 3D para fabricar estructuras ligeras, resistentes al agua y pensadas para durar.
- ♻️ Plástico usado convertido en elementos estructurales.
- 🏗️ Cerchas, cimentaciones, cubiertas y puentes.
- 💧 Proceso de reciclaje sin agua.
- ⏱️ Menos de 13 minutos para fabricar una cercha.
- 💪 Más de 1.800 kg en las pruebas de carga.
- 🏠 Producción distribuida mediante pequeñas fábricas.
¿Por qué importa?
Buena parte de los plásticos de un solo uso tienen una vida útil de apenas unas horas, aunque el material puede permanecer en el medio ambiente durante muchísimo tiempo. Investigadores del MIT llevan años trabajando en una salida bastante distinta para estos residuos: transformarlos en componentes destinados a edificios e infraestructuras.
El proyecto ha avanzado más allá de las pruebas académicas. La empresa Atlas Building Composites está desarrollando comercialmente la tecnología surgida de MIT HAUS y ya ha fabricado piezas empleadas en graneros, cobertizos, terrazas, muelles e incluso en un puente construido para el U.S. Army Corps of Engineers.
Cómo se convierte un residuo plástico en una cercha
El proceso comienza triturando y acondicionando el plástico. Después se funde y se combina con fibra de vidrio para obtener un material compuesto con la resistencia necesaria. Una impresora 3D industrial deposita la mezcla capa a capa siguiendo la geometría diseñada para cada pieza.
La fabricación aditiva permite producir cerchas para suelos, paredes y cubiertas, además de cimentaciones y otros componentes. La geometría puede modificarse digitalmente, sin fabricar un molde nuevo cada vez que cambia la pieza.
Las primeras investigaciones del MIT se centraron en cerchas de aproximadamente 2,44 m de longitud, fabricadas con PET reciclado y fibra de vidrio. Cada una pesaba unos 5,9 kg y podía imprimirse en menos de 13 minutos.
Cuatro de estas cerchas se utilizaron para construir un suelo experimental. Durante los ensayos, el conjunto soportó más de 1.800 kg antes de pandearse y fracturarse. Las pruebas de rigidez también superaron los requisitos de referencia utilizados por el Departamento de Vivienda y Desarrollo Urbano de Estados Unidos.
Del experimento del MIT a una fábrica
Demostrar que una pieza funciona en un laboratorio es una cosa. Fabricarla miles de veces con propiedades constantes, a un precio razonable y cumpliendo las exigencias de la construcción es bastante más complicado.
Ese es ahora el trabajo de Atlas Building Composites, fundada por el investigador del MIT A.J. Perez y Matt Pouliot. La empresa está desarrollando una plataforma industrial denominada Atlas Factory Stack, que combina fabricación aditiva a gran escala, robótica y sistemas automatizados de control.
Los equipos utilizados durante la investigación del MIT alcanzaron ritmos de producción de aproximadamente 27 a 36 kg de material por hora. Atlas plantea células industriales capaces de trabajar a unos 68 a 91 kg/h.
Según las previsiones de la empresa, una célula podría producir en un día los componentes estructurales necesarios para una vivienda pequeña. Es una estimación industrial del fabricante y todavía deberá comprobarse a medida que la tecnología aumente su escala de producción.
Microfábricas cerca de donde se genera el plástico
Atlas quiere organizar la producción mediante pequeñas fábricas distribuidas. En lugar de enviar los residuos a una gran planta centralizada y transportar después las piezas terminadas, parte del plástico podría procesarse cerca del lugar donde se genera.
Tiene sentido en determinados territorios. El plástico residual está disponible prácticamente en cualquier ciudad y su transporte también consume recursos. Convertirlo localmente en productos útiles reduciría algunos de esos desplazamientos y permitiría fabricar bajo demanda.
La impresión 3D aporta flexibilidad. Una misma instalación puede cambiar la geometría de una pieza modificando el diseño digital, mientras que otros procesos industriales requieren moldes específicos.
Atlas afirma además que su sistema de reciclaje puede funcionar sin agua. Esta característica facilitaría su implantación en zonas donde el suministro hídrico es limitado y evitaría parte del consumo asociado al lavado convencional de residuos.
Un puente de 12,2 metros como prueba a escala real
La tecnología ya ha salido del entorno experimental.
Atlas suministró cerchas fabricadas con su material compuesto reciclado para un puente de aproximadamente 12,2 m construido en una zona húmeda de Massachusetts para el U.S. Army Corps of Engineers. La estructura se instaló en menos de un día.
La empresa también ha producido componentes empleados en graneros, cobertizos, terrazas y muelles.
Son aplicaciones todavía limitadas si se comparan con la enorme escala de la industria de la construcción, pero permiten observar cómo responde el material fuera del laboratorio y proporcionan experiencia sobre fabricación, transporte y montaje.
El residuo posconsumo complica bastante las cosas
Las primeras cerchas estudiadas por el MIT se fabricaron con PET reciclado procedente de descartes industriales. Era un material relativamente limpio y con propiedades controladas.
Las botellas recuperadas después de su uso plantean un escenario diferente. Pueden contener restos de líquidos, suciedad, etiquetas y otros polímeros. La composición tampoco es siempre uniforme.
Esto importa especialmente cuando se fabrica una pieza estructural. Las variaciones de la materia prima pueden cambiar el comportamiento del material fundido, afectar a la unión entre las capas impresas y modificar las propiedades mecánicas del componente terminado.
Atlas trabaja precisamente en procesar residuos plásticos de menor calidad. Conseguir piezas homogéneas a partir de una materia prima variable será una de las pruebas importantes para determinar hasta dónde puede llegar el sistema.
Una cercha tiene que durar muchos años
Superar una prueba de carga es solo una parte de lo que se exige a un material estructural.
También debe conocerse su comportamiento frente al fuego, la humedad, las variaciones de temperatura, la radiación ultravioleta y las cargas mantenidas durante largos periodos. A esto se suma el envejecimiento del propio polímero y la necesidad de conseguir resultados homogéneos entre diferentes lotes de producción.
La certificación será otro paso necesario antes de utilizar estos materiales de forma generalizada en edificios.
En Europa, los productos de construcción comercializados dentro del marco armonizado están sujetos al Reglamento de Productos de Construcción. Un sistema estructural fabricado con plástico reciclado tendría que acreditar las prestaciones correspondientes y cumplir las exigencias técnicas aplicables a cada uso.
La situación actual encaja por ello entre la demostración y las primeras aplicaciones comerciales. Ya existen piezas instaladas, aunque todavía queda bastante recorrido antes de competir a gran escala con materiales consolidados.
Qué ocurre cuando la pieza llega al final de su vida
Hay una cuestión ambiental que merece atención: el propio material compuesto.
Añadir fibra de vidrio mejora las propiedades mecánicas del polímero, pero también hace más difícil reciclar posteriormente el producto. Separar las fibras de la matriz plástica no es tan sencillo como volver a procesar un termoplástico relativamente puro.
Si estos elementos llegan a utilizarse durante décadas, el problema queda aplazado durante bastante tiempo, aunque no desaparece. Diseñar desde ahora sistemas para recuperar, reutilizar o volver a procesar las piezas usadas ayudaría a evitar que el producto termine convirtiéndose en un residuo compuesto difícil de gestionar.
Este aspecto será especialmente relevante si la fabricación alcanza grandes volúmenes.
Ficha técnica
Cómo funciona
El plástico residual se tritura, se acondiciona y se procesa térmicamente. Después se combina con fibra de vidrio para obtener un material compuesto que una impresora 3D industrial deposita siguiendo la geometría digital de la pieza.
El sistema puede fabricar cerchas, elementos de cimentación y otros componentes estructurales.
En cifras
- Cerchas experimentales de aproximadamente 2,44 m.
- Peso aproximado de 5,9 kg por cercha.
- Tiempo de impresión inferior a 13 minutos.
- Más de 1.800 kg soportados por el suelo experimental antes del fallo.
- Producción industrial prevista de aproximadamente 68-91 kg/h.
- Puente demostrativo de unos 12,2 m construido con cerchas de Atlas.
Qué tiene de diferente
La tecnología utiliza fabricación aditiva a gran escala para convertir plástico reciclado en componentes estructurales. El diseño puede modificarse digitalmente sin crear nuevos moldes y Atlas plantea instalar pequeñas unidades de producción cerca de los lugares donde se generan los residuos.
La empresa también trabaja en un proceso capaz de utilizar plástico de menor calidad y funcionar sin agua.
Comparación directa con la tecnología convencional
Frente a la madera, el material compuesto presenta interés en lugares expuestos al agua y permite fabricar geometrías bajo demanda. La madera cuenta a su favor con una industria madura, normativa desarrollada y décadas de experiencia sobre su comportamiento estructural.
Frente al moldeo por inyección, la impresión 3D permite cambiar de pieza sin fabricar un molde específico. El moldeo convencional suele ser más eficiente cuando hay que producir enormes cantidades de una pieza idéntica.
Compararlo directamente con acero u hormigón resulta más difícil porque cumplen funciones y trabajan con cargas muy diferentes. Los composites reciclados parecen tener más recorrido en aplicaciones concretas donde su bajo peso, resistencia al agua o facilidad de fabricación aporten alguna ventaja.
Limitaciones
Todavía debe demostrarse la uniformidad de las piezas cuando se utilicen residuos posconsumo de calidad variable.
También faltan datos a largo plazo sobre envejecimiento, comportamiento frente al fuego y durabilidad en diferentes condiciones ambientales.
El uso de fibra de vidrio mejora la resistencia, pero complica el reciclaje posterior del material compuesto.
Los costes tendrán que ser competitivos frente a materiales que cuentan con cadenas de suministro muy desarrolladas.
También serán necesarios análisis de ciclo de vida independientes para determinar en qué aplicaciones existe una reducción ambiental real.
En qué fase se encuentra
Demostración con primeras aplicaciones comerciales.
La tecnología ha superado ensayos estructurales y ya existen componentes instalados en proyectos reales. Atlas trabaja ahora en aumentar la capacidad de fabricación y desplegar su modelo de producción distribuida.
Quién está detrás
La investigación procede de MIT HAUS, dentro del Departamento de Ingeniería Mecánica del Massachusetts Institute of Technology, en Estados Unidos.
A.J. Perez y el profesor David Hardt participaron en el desarrollo académico. La comercialización corre a cargo de Atlas Building Composites, fundada por A.J. Perez y Matt Pouliot.
En los trabajos académicos participaron también Tyler Godfrey, Kenan Sehnawi y Arjun Chandar. Parte de la investigación recibió apoyo de Gerstner Philanthropies, Chandler Health of the Planet y Cincinnati Incorporated.
Fuente de los datos
Los datos de resistencia, dimensiones, peso y fabricación experimental proceden de las investigaciones realizadas en el Massachusetts Institute of Technology.
Las capacidades futuras comunicadas por Atlas son previsiones del desarrollador. Conviene diferenciarlas de los resultados obtenidos en ensayos académicos y de las instalaciones que ya funcionan en condiciones reales.
Vía Massachusetts Institute of Technology
Más información: Atlas Building Composites
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