Impresión 3D y construcción robótica: Estudio HANNAH y su prototipo experimental Cabina Ashen

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La oficina HANNAH, fundada por Leslie Lok y Sasa Zivkovic, es un estudio de arquitectura e investigación con sede en Estados Unidos que ha estado experimentando con técnicas de diseño y fabricación digital en todo tipo de proyectos, desde mobiliario hasta urbanismo. Ambos profesores de la Facultad de Arquitectura, Arte y Planificación de la Universidad de Cornell, Leslie y Sasa dirigen un estudio centrado en el diseño innovador, en el que la tecnología desempeña un papel crucial en su trabajo, combinado con un agudo estudio de los materiales, las nuevas aplicaciones y las técnicas de construcción, lo que da lugar a proyectos muy creativos.

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Una de sus obras más recientes es la Cabina Ashen, un prototipo de casa construido mediante robótica e impreso en 3D en el norte del estado de Nueva York. La singularidad del proyecto radica en el uso de madera de fresno infestada, cuya abundancia es un problema medioambiental de la zona, ya que tiene muy pocas aplicaciones reutilizables en la actualidad. El uso de tecnología avanzada y personalizada aplicada en este proyecto ha permitido la reutilización de este material, que combinado con una estructura de capas de hormigón impreso en 3D, ha dado como resultado un caso de estudio sobre el futuro de la construcción sostenible. Además de su fabricación tecnológica, la estética final de la cabina sigue siendo natural y cruda, integrada armoniosamente con su contexto.

Hablamos con Leslie y Sasa, del estudio de diseño HANNAH (HO a partir de ahora) para saber más sobre este proyecto y cómo trabajan. 

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Paula Pintos (ArchDaily) ¿Cómo se trasladan los primeros diseños e ideas del proyecto ("bocetos") en estas herramientas / software específicos?

HO: En HANNAH, nuestro proceso es deliberadamente híbrido y existe una gran retroalimentación entre tecnologías, estrategias de diseño, materiales y herramientas de producción. Trabajamos simultáneamente con bocetos, modelos 3D, modelos físicos, prototipos a escala real y simulaciones digitales. Cada modo de trabajo tiene sus propias ventajas e inconvenientes. Juntos, los distintos modos de trabajo tienden a informarse mutuamente, y también nos informan a nosotros. 

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PP: ¿En qué medida la tecnología define sus ideas? O viceversa, ¿Cómo haces que la tecnología sirva para el resultado deseado?

HO: Nuestros proyectos constituyen una interacción entre los procesos ascendentes, que se derivan de las tecnologías de fabricación digital y los procesos descendentes, que se derivan de nuestros propios sesgos de diseño y de los requisitos arquitectónicos de un proyecto. Por un lado, nos gusta jugar con las reglas y las limitaciones de la fabricación y adoptamos firmemente las lógicas de fabricación ascendentes que pueden extraerse de los procesos digitales. Por ejemplo, la parte impresa en 3D de la cabina absorbe la idea de la estructura de la ménsula, un desplazamiento incremental de capas para generar una forma tridimensional. Jugamos con la trayectoria de las herramientas y acentuamos la naturaleza de cascada del hormigón impreso en 3D en todo el diseño de la cabina. También utilizamos una carcasa de madera con reglas geométricas específicas y las curvaturas de la superficie de la envolvente, que también está diseñada de "abajo hacia a arriba". Por otro lado, nos preguntamos: "¿cuándo es necesario romper esas reglas? "¿Cuándo nos desviamos de la eficiencia digital?". Hay amplios momentos en la cabina en los que las decisiones de diseño de arriba abajo interactúan de forma productiva con las lógicas de fabricación digital de abajo arriba: la chimenea, las ventanas de esquina ligeramente salientes, la geometría del techo de superficie regular, los orificios de drenaje corbusianos, los salientes de hormigón estilizados de formas extrañas, las manijas de las puertas y los toldos, por nombrar sólo algunos.

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PP: ¿Cuáles fueron las principales herramientas y programas informáticos utilizados para el proyecto?

HO: Para las partes de hormigón impresas en 3D de la cabina, utilizamos la impresora 3D autoconstruida de Cornell RCL (Cornell Robotic Construction Laboratory), llamada Deadalus. Sasa diseñó y construyó la impresora con sus estudiantes el 2016 y HANNAH la modificó el 2018 para aumentar el tamaño total de la impresora a 2,7x5,5x2,7 metros. Para la parte de madera de fresno se utilizó un KUKA KR200/2 de 15 años que RCL compró en eBay por 8.000 dólares. El robot KUKA ha sido modificado y equipado con una sierra de cinta grande, por lo que es adecuado para todo tipo de construcciones de madera. La cabina fue diseñada y construida por HANNAH, con el apoyo de Cornell RCL. Utilizamos Rhino para el modelado digital y Grasshopper con el plugin KUKA|prc para controlar el robot. 

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PP: ¿La estética en bruto y rústica de los materiales es una búsqueda consciente a favor de una arquitectura más natural y expresiva, o es simplemente el resultado de los métodos y las tecnologías utilizadas?

HO: En el caso de la Cabina Ashen, la naturaleza bruta de los materiales es una manifestación pragmática de los procesos de fabricación y del material utilizado. Adoptamos la naturaleza corrugada y estriada del hormigón impreso en 3D, con todas sus imperfecciones. Las líneas horizontales son simplemente el resultado del proceso de fabricación, similar a los patrones que resultan del hormigón formado por tablas. 

Para la envoltura de madera, tuvimos un enfoque similar. La envolvente está construida con madera de árboles infestados por el insecto barrenador esmeralda del fresno, que amenaza con erradicar (está en proceso de hacerlo) miles de millones de fresnos en Norteamérica. Se trata de un enorme problema y preocupación medioambiental. Queríamos utilizar la tecnología de fabricación robótica y el escaneado en 3D para utilizar la madera de fresno que normalmente no se puede utilizar para la construcción debido a sus geometrías irregulares. Con esta tecnología en particular, no es necesario "cuadrar" un tronco, por lo que decidimos conservar todos los bordes vivos de la madera. La envoltura de madera resultante expresa una interacción entre materiales naturales/orgánicos y un proceso de fabricación muy preciso. Toda la cabina funciona dentro de esta narrativa tecno-orgánica. 

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PP: El concepto de "juntas estructurales" es especialmente interesante porque las tecnologías de impresión 3D suelen funcionar a partir de la adición de un único material compuesto. Puede hablarnos más de este concepto y explicarnos cómo ha conseguido diseñar y generar estas "piezas de conexión" entre materiales?

HO: Hay dos sistemas estructurales principales en el proyecto, el hormigón impreso en 3D y la envoltura de madera. Diseñamos deliberadamente el edificio como un sistema de materiales mixtos para que podamos darnos cuenta de la complejidad del espacio y la estructura en la interacción entre diferentes sistemas. Por ejemplo, los pilares y bases impresas en 3D, se presentan como componentes independientes en todo el sistema de conexión, lo que rompe el volumen de hormigón y enfatiza una transición de los sistemas horizontales a los verticales: todo el hormigón está estriado horizontalmente, según la lógica de construcción de la impresión 3D, mientras que la madera está estriada verticalmente, para crear una diferenciación entre los sistemas, haciendo referencia a las técnicas tradicionales de construcción de graneros en la zona. Al observar estos dos sistemas por separado, ambos expresan su propia lógica estructural de una manera más sutil. La ornamentación del suelo de hormigón impreso en 3D, por ejemplo, es otro resultado directo y de expresión del proceso de fabricación. Otro ejemplo se encuentra en la fachada de madera, la superficie de la puerta se desprende suavemente hacia fuera para crear un picaporte de gran tamaño. Además de los sistemas principales, la madera de fresno y el hormigón impreso en 3D, también utilizamos materiales "normales" como la madera contrachapada para los marcos negros de las ventanas o las vigas de madera para el tejado. 

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PP: ¿Puede contarnos más sobre la tecnología de construcción de escaneo 3D de alta precisión y su papel en este proyecto en particular?

HO: En la construcción de la Cabina Ashen se utilizaron 10 fresnos infestados por el barrenador esmeralda (BEF) que mantuvieron sus formas geométricas naturales. Utilizamos una sección transversal de fresnos típicos del bosque de Cornell Arnot, algunos de los cuales eran rectos y otros curvos. Nuestro equipo de investigación utilizó escáneres manuales para generar una versión digital de todos los troncos, que nos sirvió para calibrar nuestros diseños iniciales en función de los materiales y las geometrías disponibles. Una vez completado este proceso de diseño inicial, utilizamos el escaneado 3D para indexar los troncos que se montaron delante del robot para su fabricación. Posteriormente, ajustamos la trayectoria de la herramienta del robot para hacer coincidir el modelo digital con la realidad física. El escaneado en 3D nos permite cortar y procesar con precisión las geometrías irregulares de los troncos con equipos robóticos. 

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PP: ¿Cuánto tiempo duró la construcción de la casa y qué beneficios positivos reconoce al compararla con la construcción de una casa tradicional similar? 

HO: Nos llevó dos veranos diseñar y construir la Cabina Ashen con la ayuda de un equipo dedicado. El primer verano, en 2017, preparamos el lugar de construcción y luego pasamos a diseñar y construir la parte de hormigón de la cabina. En el verano de 2019, diseñamos y construimos una envoltura de madera. Cabina Ashen es un prototipo y no somos constructores profesionales, lo que hace difícil comparar el proyecto con la construcción de una casa normal. Sin embargo, creemos que los sistemas prototípicos del proyecto son potencialmente escalables. La Cabina ofrece una posible solución al problema ecológico causado por la plaga del barrenador esmeralda del fresno y traza un camino único para la integración del diseño, la sostenibilidad y las nuevas tecnologías. 

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Este artículo forma parte del tema de ArchDaily: Automatización en la arquitectura. Cada mes exploramos un tema en profundidad a través de artículos, entrevistas, noticias y proyectos. Conoce más sobre nuestros temas mensuales. Como siempre, en ArchDaily agradecemos los aportes de nuestros lectores; si quieres enviar un artículo o proyecto, contáctanos.