BIOCOMPUESTOS DE FABRICACIÓN DIGITAL

BIOCOMPUESTOS DE FABRICACIÓN DIGITAL

Aplicaciones en arquitectura

Tipos de bio-compuestos

Técnicas de fabricación digital

Proceso de fabricación

¿Qué son los biocompuestos?

Un biocompuesto se forma al combinar una matriz (generalmente un polímero, que puede ser de origen biológico o no) con un refuerzo de fibras naturales.

Proceso de instalación

Video

Obras donde se ha aplicado

Ventajas y desventajas

¿Qué es la fabricación digital?

El uso de un sistema informático integrado que incluye herramientas de simulación, visualización 3D, análisis y colaboración para crear simultáneamente definiciones de productos y procesos de fabricación.

Biocompuestos en fabricación digital

¿Qué son?

Ejemplos y aplicaciones

Retos a futuro

• Rodríguez Hernández Gloria Estefania

• Sánchez Rodríguez Elvia Dayana

Ejemplos y aplicaciones:

Materiales programables: El proyecto Aguahoja, desarrollado por Neri Oxman y el MIT, usa biocompuestos a base de agua (celulosa, quitosano, pectina) para crear artefactos que cambian sus propiedades físicas (como la flexibilidad o el color) en respuesta a su entorno, como la humedad y el calor. Biocompuestos de micelio: Se utilizan impresoras 3D para crear estructuras que luego son colonizadas por micelio, creando materiales compuestos fuertes y complejos a partir de residuos como posos de café. Materiales con propiedades específicas: Los biocompuestos pueden diseñarse para tener propiedades antibacterianas, mejorar la purificación del agua, o ser estructuralmente fuertes, como en el caso de los microgeles de gelatina impresos en 3D que desarrollan resistencia mecánica a través de la mineralización.

Las técnicas de fabricación digital incluyen la fabricación por adición (impresión 3D, fabricación de metal), la fabricación por sustracción (mecanizado CNC, corte por láser/agua) y la manipulación robótica. Estos procesos transforman diseños digitales en objetos físicos y se basan en software de diseño asistido por ordenador (CAD), manufactura asistida por ordenador (CAM) y el control computarizado de máquinas.

Fabricación Aditiva (Impresión 3D)

Fabricación Sustractiva

Manipulación Robótica

Esto es un párrafo de texto listo para Este método construye objetos capa por capa a partir de un diseño digital. Ejemplos: Impresoras 3D, deposición directa de energía. Proceso: Un material se deposita o se fusiona para crear la forma deseada, añadiendo material solo donde es necesario. escribir un contenido genial

Este enfoque elimina material de una pieza para obtener la forma final. Ejemplos: Mecanizado CNC (fresadoras, tornos), corte láser y corte por chorro de agua. Proceso: Máquinas controladas por computadora (CNC) cortan, fresan o taladran el material para dar forma al producto.

Implica el uso de robots para manipular materiales o componentes en el proceso de fabricación. Proceso: Los robots pueden llevar a cabo tareas complejas de montaje, soldadura o manipulación, optimizando la eficiencia y precisión.

Biocompuestos de fabricación digital

Los biocompuestos de fabricación digital son materiales avanzados derivados de fuentes naturales, como proteínas y polisacáridos, combinados o modificados para ser utilizados en procesos de fabricación digital, especialmente la impresión 3D, con el fin de crear productos sostenibles, personalizados y biodegradables. Ejemplos incluyen biocompuestos programables como Aguahoja, desarrollados con componentes de plantas y animales, que se degradan naturalmente en el medio ambiente y pueden fabricarse digitalmente con formas complejas.

Un biocompuesto es un material que combina componentes de origen natural o biológico, o un compuesto químico derivado de seres vivos, con el objetivo de crear un material o compuesto con propiedades mejoradas y/o sostenibles. El término "biocompuesto" puede referirse tanto a materiales (biocomposites) como a compuestos orgánicos (biocompuestos orgánicos), como las biomoléculas presentes en los alimentos. .

TIPOS DE BIOCOMPUESTOS

Materiales de refuerzo en partículas:

Los biocompuestos se clasifican principalmente según la forma de sus refuerzos, que son los componentes orgánicos o inorgánicos añadidos a la matriz biopolimérica:

Pueden ser partículas orgánicas o inorgánicas, como el sílice o la alúmina.

Materiales de refuerzo en capas:

Materiales de refuerzo en fibras:

Son materiales fibrosos como las nanofibras de celulosa y los nanocristales de celulosa.

Incluyen materiales como el nanografeno y las nanoarcillas.

Instalación

Se colocan como revestimientos o aislamientos en muros, techos o interiores, generalmente fijados a una subestructura.

Paneles

Pabellones o instalaciones experimentales se construyen ensamblando módulos prefabricados de biocompuestos.

Prototipos arquitectónicos

Los ladrillos de micelio se ensamblan como un muro o torre, con uniones mecánicas o marcos de madera/metal.

Estructuras ligeras

Ventajas

Son compatibles con técnicas de fabricación digital, lo que permite crear formas complejas, personalizadas y ligeras.

Su producción puede implicar una reducción de huella de carbono respecto a materiales convencionales.

Aprovechan residuos agrícolas o forestales como materia prima.

Son sostenibles ambientalmente porque provienen de recursos renovables y en muchos casos son compostables o biodegradables.

Desventajas

Tienen resistencia mecánica limitada frente a los compuestos sintéticos como la fibra de vidrio o carbono.

Son sensibles a la humedad y al fuego, por lo que requieren tratamientos protectores.

Su durabilidad suele ser menor si no se aplican recubrimientos o cuidados específicos.

Algunos procesos, como el crecimiento del micelio, requieren tiempos de producción más largos que los materiales convencionales.

Formulación del material

Moldeo o fabricación digital

Selección y preparación de materia prima

Proceso de fabricación

Acabados y post-procesado

Curado

Transporte y logística

Retos a futuro

A pesar de los avances, la fabricación digital de biocompuestos enfrenta desafíos, como la necesidad de optimizar las propiedades mecánicas de los materiales, los altos costos de producción y la escalabilidad de ciertas técnicas. El futuro de este campo apunta a la integración de inteligencia artificial para perfeccionar los procesos de fabricación y a la creación de biocompuestos con propiedades programables o "vivas", que puedan reaccionar a su entorno y ofrecer un rendimiento superior.

Columnas de Micelio en Londres

Blast Studio en Londres ha desarrollado columnas estructurales impresas en 3D utilizando micelio, el sistema de raíces de los hongos. Estas columnas son ligeras, eficientes en compresión y flexión, y presentan una alternativa ecológica al concreto en edificios pequeños.

Los biocompuestos se aplican en arquitectura mediante el desarrollo de materiales de construcción sostenibles como paneles aislantes, tejas y elementos estructurales, a menudo utilizando fibras vegetales y polímeros de origen biológico. Se emplean en edificaciones para sustituir materiales tradicionales, mejorar el confort térmico mediante materiales de inercia térmica como el barro, y como alternativas ecológicas a cementos y plásticos convencionales, reduciendo la huella de carbono y promoviendo la bioconstrucción.

• Materiales de aislamiento: Biocompuestos a base de lana de oveja o botellas de plástico recicladas se utilizan para crear paneles y bloques que sustituyen los aislantes tradicionales, mejorando la eficiencia energética.
• Materiales estructurales: Se desarrollan biocompuestos reforzados con fibras de origen biológico (como la lignina) para crear paneles, tejas, vigas y otros elementos estructurales que ofrecen una alternativa más sostenible que el acero o el cemento.
• Biocemento y hormigones: La lignina puede sustituir parcial o totalmente el cemento Portland, mejorando la trabajabilidad del hormigón y reduciendo la huella de carbono. También se investigan biocementos creados a partir de microalgas.
• Revestimientos y acabados: Los polímeros de origen biológico pueden usarse en la fabricación de materiales para acabados y revestimientos no estructurales.
• Sistemas de tuberías: Materiales como el plástico reforzado con fibra de vidrio se utilizan en sistemas de tuberías, evitando la erosión en condiciones de alta presión.

Fabricación digital

La fabricación digital es la aplicación de tecnologías informáticas para diseñar, simular, producir y controlar productos y procesos de fabricación de manera más eficiente y flexible. Implica el uso de herramientas de diseño asistido por computadora (CAD), fabricación asistida por computadora (CAM), impresión 3D y escaneo 3D, junto con sistemas inteligentes y automatizados, para transformar ideas digitales en objetos físicos.

El caso del Mycotree

En esa línea trabajaron el arquitecto Dirk Hebbel y el ingeniero Philippe Block, empleando el micelio para crear estructuras portantes. Su colaboración resultó en la creación del Mycotree, docenas de piezas creadas con micelio conectadas mediante placas de bambú y clavijas metálicas, aunque es el primero el que soporta la carga.

Los bloques de micelio fueron diseñados empleando un programa de modelado 3D desarrollado por el equipo de Block en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich.