Artigo- Karielly Nara

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O USO DA FABRICAÇÃO ADITIVA (IMPRESSÃO 3D) NA CONSTRUÇÃO DE MORADIAS POPULARES
Karielly Nara Tavares Moura [footnoteRef:1] [1: Aluna do curso de Engenharia Civil da Faculdade ITOP. E-mail: kariellynara1@outlook.com] 
RESUMO 
O presente estudo tem como objetivo geral realizar um estudo da tecnologia de impressão 3D aplicada na construção de casas populares, pois suas vantagens estão sendo muito cotadas para a construção civil principalmente pela possibilidade de redução de custos, diminuição de resíduos e matéria prima utilizada. Também exige menos mão de obra quando comparada com outras técnicas construtivas. A partir desse estudo põem se em prática a ideia dessa nova tecnologia, com a finalidade de surtir efeito sobre as consequências negativas da realidade das famílias de baixa renda, propondo uma construção limpa, diminuindo impactos ambientais, custo final da obra e cronograma de execução, comprovando assim as expectativas inicias da pesquisa. Além disso, os resultados demonstram que as vantagens da Impressão 3D superam as dificuldades e abre possibilidades de implementação em varias áreas da Engenharia Civil.
Palavras-chaves: Alternativa Econômica, Impacto Social, Impressão 3D, Moradias populares.
THE USE OF ADDITIVE MANUFACTURING (3D PRINTING) IN THE CONSTRUCTION OF POPULAR HOUSING
ABSTRACT 
The present study has the general objective of carrying out a study of 3D printing technology applied in the construction of popular houses, since its advantages are being highly quoted for civil construction mainly due to the possibility of reducing costs, reducing waste and raw material used. It also requires less manpower when compared to other construction techniques. From this study, the idea of ​​this new technology is put into practice, with the purpose of having an effect on the negative consequences of the reality of low-income families, proposing a clean construction, reducing environmental impacts, final cost of the work and execution schedule, thus confirming the initial expectations of the research. In addition, the results demonstrate that the advantages of 3D Printing outweigh the difficulties and open up possibilities for implementation in several areas of Civil Engineering.
KEYWORDS: Economic Alternative, Social Impact, 3D Printing, Low-income housing.
1 INTRODUÇÃO 
A indústria civil gera emprego e está vinculada diretamente ao atendimento de necessidades básicas como habitação, saúde, educação, infraestrutura e interação social.
Dessa forma, percebe-se que sem mobilização no setor da construção civil é praticamente impossível que haja o desenvolvimento sustentável e social, pois, a diminuição dos diversos tipos de poluição está ligada às atividades de controle, substituição de tecnologias, criação de barreiras físicas e educação da sociedade.
Introduzir este tema na construção civil é um desafio ainda nos dias de hoje, uma vez que as principais evoluções tecnológicas no mercado são motivadas pela procura de um sistema construtivo mais econômico e mais rápido. Trazendo como fator principal as Novas tecnologias para a construção civil e aliando as questões econômicas e sustentáveis.
Uma Nova tecnologia que ganhou destaque no Brasil foi a Fabricação aditiva, mais conhecida como Impressão 3D, logo após a construção da primeira casa no Rio Grande do Norte com um custo por m² baixo e tempo reduzido.
A impressão tridimensional, é um processo de fabricação que acumula camadas a partir de um modelo digital. A tecnologia já é utilizada em diversos setores, como na medicina, no setor aeroespacial e na produção de peças de automóveis. Assim como nestes setores, a tecnologia pode trazer benefícios significativos para a construção civil, em termos de customização em massa, redução no tempo de construção, redução de mão de obra e de resíduos, possuindo um apelo sustentável significativo.
No entanto, as utilizações da impressão 3D vão além. Não é apenas sobre diminuir custos, não é apenas sobre preocupações ambientais. É também sobre uma nova forma de mudar vidas. Os custos finais de um imóvel têm crescido nos últimos anos em decorrência dos acontecimentos mundiais, ou seja, concretizar o sonho da casa própria está cada dia mais difícil, sobretudo para as famílias de baixa renda.
De acordo com o Censo de 2010 (IBGE 2010), cerca de cinco por cento da população brasileira vive em aglomerados subnormais. A concentração de renda, serviços, saúde, segurança, educação, gera, em certas áreas, urbanização desigual. Como consequência temos a periferização e a marginalização de outras regiões. Tais regiões são caracterizadas pela falta de saneamento, transporte, segurança e lazer. Essa situação contribui para proliferação de doenças, e ao crime nessas áreas.
Neste cenário, estuda-se a viabilidade da construção de moradias populares utilizando o método de Fabricação Aditiva com o objetivo atender essas famílias apresentando se como uma opção de custo acessível, construção em tempo reduzido, e garantindo qualidade e durabilidade da obra.
2 DESENVOLVIMENTO 
5.1 ASPECTOS HISTÓRICOS
Charles Hull, engenheiro formado na Universidade do Colorado, é o inventor da Estereolitografia, primeiro protótipo de tecnologia conhecida como impressora 3D. Hull desenvolveu em 1983 a tecnologia que viria a ser a máquina, que além de criar lâmpadas para solidificação de resina, confeccionava partes de plástico de forma rápida. Observa-se que na época a impressora já apresentava características como flexibilidade e rapidez. No mesmo que ano que a Estereolitografia foi patenteada, Hull iniciou a comercialização da tecnologia ao fundar a 3D Systems Corp., empresa que até hoje é referência no mercado.
No início da década de 1990 surgiram os primeiros modelos de impressoras 3D. Em 1991, a empresa de tecnologia Stratasys produziu a primeira máquina de FDM. No ano seguinte, a Systems Corp. lançou a primeira impressora de tecnologia SLA e a startup DMT produziu a primeira máquina de SLS. O termo “impressora 3D” foi criado em 1995, por Jim Bredt e Tim Anderson, alunos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (VILICIC, 2012).
De acordo com Porto (2016), máquinas de prototipagem rápida de grande porte e uso industrial, podem ser adquiridas há muito tempo. No entanto, apenas em 2012 foram abertas as vendas de impressoras 3D domiciliares. Com os avanços nos métodos de fabricação, e a redução nos custos de impressão, cada vez mais essas impressoras tornam-se mais acessíveis. Uma impressora que na década de 1990 custava centenas de milhares de dólares, vinte anos depois existem modelos que podem ser comprados por menos de mil dólares.
5.2 USO DA FABRICAÇÃO ADITIVA NA CONSTRUÇÃO CIVIL
De acordo com Volpato e Carvalho (2018), a Manufatura Aditiva, traduzida do inglês additive manufacturing (AM) ou ainda Impressão 3D (termo usado popularmente) é um processo de fabricação caracterizado por meio da adição em camadas sucessivas de material a partir de um modelo geométrico 3D originado por um sistema de desenho assistido por computador (abreviação CAD em inglês), que permite a fabricação de componentes físicos utilizando uma infinidade de materiais, diferentes técnicas, formas e princípios.
WU et al. (2016), destaca que a utilização da impressora 3D pode trazer melhorias de produtividade em termos de:
a) Redução do desperdício. O processo de impressão 3D permite uma maior precisão da quantidade do material que o objeto requer;
b) Flexibilidade de design. O processo de impressão 3D permite que os projetistas desenvolvam estruturas que são difíceis de produzir usando as atuais práticas de construção;
c) Mão de obra reduzida. Como a maioria processo de impressão 3D é altamente automatizada, a mão de obra intensiva necessária no processo de construção pode ser significativamente reduzida.
d) Tempo de construção pode ser altamente reduzido utilizando impressão 3D. Por exemplo, o tempo de construção de uma parede estrutural foi reduzido em 35% utilizando-se impressão 3D, quando comparado a construção com alvenaria (BUSWELL et al.,2007).
A construção civil tem acompanhado os desenvolvimentos em técnicas de impressão 3D e começou a aplicá-los em maior escala. Principalmente a impressão de concreto e materiais cimentícios ultimamente tem ganhado muito interessados no campo da arquitetura e construção. A primeira técnica de impressão 3D para construção civil é chamada de Contour Crafting, que é uma tecnologia de fabricação aditiva que usa o controle de computador para formar estruturas de materiais cerâmicos e a base de cimento (WOLFES, 2015).
5.3 CONTOUR CRAFTING – CC
Contour Crafting (CC) é uma tecnologia de construção automatizada por computador, criada e desenvolvida na University of Southern California, para entregar
uma produção rápida, facilidade de uso, redução significativa de resíduos e economias substanciais de custos. As primeiras publicações sobre a técnica de Khoshnevis podem ser encontrados em 1998 e muito progresso tem sido feito desde então. A técnica pioneira de impressão com materiais cerâmicos e cimentícios, serviu como base para o desenvolvimento de outras tecnologias.
O Contour Crafting é um método misto inspirado na deposição de material fundido no entanto diferente deste sistema que realiza a fusão do material, normalmente PLA e ABS, e depois a extrusão o CC trabalha da seguinte forma: os materiais que compõem a argamassa especial são colocados em um reservatório onde são misturados e a partir dali são bombeados para o bocal de extrusão que executa as camadas que irão formar o objeto (HWANG e KHOSHNEVIS, 2005).
Esta tecnologia combina um processo extrusivo para formar as superfícies externas do objeto, os ditos contornos que dão origem ao seu nome, e um processo de preenchimento, podendo ser completo ou em formato de diagonais, para construir o núcleo do objeto em forma de camadas. Os contornos formados assumem assim uma função de modelagem, semelhante a função desempenhada pelas fôrmas, mas com caráter definitivo, enquanto o núcleo tem função estrutural (KHOSHNEVIS, 2004).
A boca de extrusão possui vários orifícios, um em cada extremidade para realizar o contorno do objeto, e as restantes, mais internas, para preencher o seu interior. Esta característica permite que materiais diferentes possam ser co-extrudidos, por exemplo, plástico nos contornos exteriores e betão no núcleo. Cada orifício lateral possui duas espátulas, uma no topo, e uma lateral, que têm a função de aplanar o material à medida que vai sendo extrudido, deixado as camadas lisas (é um aspeto diferenciador em relação a outras tecnologias). As espátulas laterais podem ser inclinadas de forma a criar superfícies não ortogonais. A qualidade da superfície é ditada pelo trabalho das espátulas e não da boca de extrusão, e é tão boa que no final pode ser imediatamente pintada sem necessidade de tratamento extra.
A cabeça de impressão está integrada num braço robótico, que por sua vez está instalado num sistema de grua-pórtico XYZ. Nessa estrutura podem ainda estar apoiados outros braços robóticos, destinados a executar outras funções. Esse sistema desloca-se ao ngo de dois carris paralelos, instalados no local de implementação da obra. A construção decorrerá na área interior a estes.
De acordo com KHOSHNEVIS (2004), além do enorme potencial económico, a CC foi concebida para proporcionar melhor qualidade de vida, segurança superior, e redução no impacto ambiental. Neste sentido, a técnica promete a construção de habitações de design personalizado e com baixo custo e um nível de qualidade alto. Além disso, elementos de segurança inerentes ao processo pretendem reduzir significativamente a taxa de lesões no local de trabalho que são tão comuns na indústria da construção, diminuindo assim os custos dos litígios, seguros e tratamento médico. O impacto ambiental também pode ser significante através da economia de energia para a construção e a quase eliminação dos resíduos.
5.4 WINSUN
A Winsun é uma empresa chinesa, com origem em Xangai, seu objetivo inicial era o desenvolvimento de novos materiais ecológicos e técnicas de construção. A empresa ganhou notoriedade com o desenvolvimento da sua impressora 3D e atualmente é uma das que mais realizou avanços concretos a nível da implementação da tecnologia de Impressão 3D na construção. Diferente do CC que realiza a construção in loco, a empresa Chinesa criou um sistema de impressão formado por um braço robótico de 6,6m de altura, que se desloca por uma barra horizontal de 10m de largura, que por sua vez está instalada em dois trilhos através dos quais se pode deslocar ao longo de uma profundidade máxima de 40m. Dessa forma a empresa criou uma fábrica, equipada com uma espécie de linha de montagem de Impressão 3D que pode operar até um máximo de quatro impressoras em simultâneo, totalizando 150 metros de comprimento (LOPES, 2016).
A empresa optou até agora por um modelo de construção modular. Esses módulos são executados numa fábrica da empresa, equipada com uma espécie de linha de montagem de Impressão 3D que pode ser operada por até um máximo de quatro impressoras em simultâneo. Os elementos podem conter um padrão diagonal de reforço no interior, que pode permitir a passagem de cabos e condutas, mas que também, devido aos espaços de ar interiores, pode assumir as funções de isolante térmico. Pode ainda contemplar o reforço das componentes por meio de armaduras de ferro. Aberturas para portas e janelas também serão consideradas durante a fabricação.
Estas secções são depois transportadas para o local de implementação, no qual serão montadas entre si até constituírem a edificação final.
2 METODOLOGIA
TIPOS DE PESQUISA
Trata-se de uma pesquisa documental e bibliográfica de abordagem qualitativa, ou seja, fundamentada na análise e compreensão ampla e minuciosa de materiais diversos, como documentos, pesquisas científicas, reportagens, etc, buscando interpretações ou informações complementares, bem como a observação de elementos informativos de um documento primário para a construção de um documento secundário (KRIPKA, SCHERLLER, BONOTTO, 2015; CECHINEL et al., 2016).
UNIVERSO/SUJEITO
O foco da pesquisa está voltado ao estudo de dados sobre Fabricação Aditiva para construção de casas populares buscando como principal estudo o custo da construção da obra como um facilitador para a obtenção da casa própria para famílias de baixa renda, verificando especialmente sobre a eficácia da aplicação deste método e seus benefícios ao meio ambiente.
TIPOS DE DADOS
Os dados e informações secundárias deverão ser encontradas em pesquisas publicadas em bancos de dados de publicações referenciadas, dados de pesquisas existentes em sites, jornais e revistas, que serão analisados para obtenção dos objetivos propostos por esta pesquisa.
INSTRUMENTOS DE PESQUISA
Neste trabalho será utilizado como instrumento de coleta de dados, livros, site, ou seja, via internet, entre outras fontes.
COLETA DE DADOS
Será por análise documental e busca realizada pelo site Periódicos CAPES, Repositórios USP, UFRJ, UFSC e sites confiáveis da internet. Com critérios de inclusão: publicações que relatam e mencionam dados voltados a Impressão 3D, seus custos e benefícios para a construção civil. Será analisado todo os dados disponíveis e atuais referentes ao tema.
TRATAMENTO E ANÁLISE DOS DADOS COLETADOS
Para todas as pesquisas serão realizadas leituras completas e analisadas de forma minuciosa, na busca da identificar os aspectos sociais, ambientais e financeiro. A apresentação dos dados será em forma numéricas e escrita de forma objetiva.
LIMITAÇÕES DA PESQUISA
Algumas informações fundamentais sobre os projetos são ainda desconhecidas, ou não estão suficientemente desenvolvidas, o que causa limitações em qualquer tentativa de análise. Existem poucas menções referentes ao sistema de alimentação de materiais das impressoras.
3 RESULTADOS E DISCURSSÕES
Como visto no capítulo sobre as tecnologias Contour Crafting, Winsun sendo técnicas de impressão para a indústria da construção mais desenvolvidas até o momento sendo também as mais promissoras. Estesmétodos de impressão servem de referência para o desenvolvimento de novas tecnologias que surgem a todo o momento espalhados por diversos países. Devido a esta relevância no cenário de impressão em concreto, e com a maior abundância de informações este capitulo faz a comparação entre os processos e posterior a análise das principais vantagens, desvantagens e possibilidades da impressão 3D aplicada a construção das moradias populares.
3.1	ANÁLISE DAS PRINCIPAIS TÉCNICAS
Todas as tecnologias são baseadas em fabricação aditiva, sendo executadas camada por camada. No entanto, cada tecnologia possui características e execução distintas e encontrando-se em países e continentes diferentes sendo a CC nos Estados Unidos e a Winsun na China.
Segundo GRENZEL 2019, no que se refere ao local de aplicação da técnica de Contour Crafting, foi desenvolvida para executar a edificação in situ, assim o local onde a obra é executada é o mesmo da instalação da impressora, enquanto a chinesa Winsun cria elementos fora do local de aplicação, semelhante ao que ocorre com elementos prémoldados mas fabricados a partir de forma aditiva, e posteriormente são transportados para o local da construção onde são montados com ajuda de guindastes. Tanto a CC quanto a Winsun são impressoras baseadas em estruturas de gruas/pórticos de grandes dimensões.
Quando comparados os processos de execução das camadas a CC e a Winsun são derivados do processo de FDM onde as camadas são executadas pelo processo de impressão por extrusão que, dentre os métodos aditivos é o que se destaca pela sua simplicidade de execução dessa forma oferece algumas vantagens sobre os demais métodos (GRENZEL 2019).
Contour Crafting produz elementos verticais em grande parte de compressão, nas aberturas de portas ou janelas uma verga é necessária, e a parede pode ser colocada acima, evitando problemas com o vão. Estas vergas são colocadas de forma automatizada através dos braços robóticos industriais presentes na impressora. Já a Winsun necessita de apoio adicional para criar estruturas com vãos ou com características de forma livre. Também utiliza de vergas e escoramento, mas diferente da CC estes são realizados de maneira manual para essas situações. A desvantagem deste tipo de processos é a necessidade de mesclar os serviços automatizados pela impressora com atividades comuns na construção (GRENZEL 2019).
O Contour Crafting promete abordar ainda mais etapas estando inclusas além de todas as anteriores a execução de reforços de forma automatizada, instalações hidráulicas e elétricas, revestimento e pintura da edificação.
4 CONCLUSÕES
Este trabalho teve, entre seus objetivos, fazer um estudo das técnicas de impressão 3D aplicadas na construção de casas populares, pois suas vantagens estão sendo muito cotadas para a aplicação na construção civil principalmente pela possibilidade de redução de custos, diminuição de resíduos e matéria prima utilizada. Também exige menos mão de obra quando comparada com outras técnicas construtivas.
Ainda não existem dados concretos que permitam quantificar o custo de construção e compará-lo com os custos atuais da execução por métodos tradicionais. O que se tem até o momento são apenas previsões fornecidas pelos próprios desenvolvedores dessas tecnologias, tornando assim essas informações tendenciosas.
Ainda existem poucas referências em relação à comercialização das impressoras e como esta poderá ocorrer, bem como a faixa de valores que poderá apresentar.
Para projetos tradicionais a redução de custos pode ser relacionada com a diminuição da mão de obra, dessa forma estima-se redução de custos se comparado aos métodos tradicionais, tornando-se um fator de grande importância para as obras com custos mais baixos, mas com qualidade e durabilidade.
Sistemas de fabricação aditiva tem apelo para a utilização apenas do material estritamente necessário para a execução, dessa forma o desperdício de material é bastante reduzido, podendo ser comparados a outros sistemas como Light Steel Frame nesse sentido.
Processos automatizados permitem um trabalho mais preciso e rigoroso se comparados com o trabalho manual, também reduz as probabilidades de ocorrência de erros. Além disso, com a automação de etapas, é possível saber antecipadamente o tempo de execução necessário para cada fase. Existe também a possibilidade de construir ininterruptamente durante um longo período, no entanto o processo deve ser sempre supervisionado por um profissional.
Devido a novidade do tema, a falta de dados mais concretos sobre prazos de execução, qualidade e custos envolvidos, não foi possível a uma análise mais apurada e completa e a comparação prática com a construção convencional. Espera-se que para os próximos anos tais tecnologias continuem sendo ser desenvolvidas, só assim com o uso dessas tecnologias haverá uma possibilidade de mudanças para as moradias de quem mais precisa.
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