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Parece caprichoso, pero podría ser un modelo para arreglar las lamentables infraestructuras en Estados Unidos.

Tras cuatro largos años de planificación, el mes pasado se estrenó en Ámsterdam el primer puente de acero impreso en 3D del mundo. Si resiste las inclemencias del tiempo, el puente podría ser un modelo para arreglar las infraestructuras estructuralmente deficientes en EE.UU., que tanto necesitan en ese gran país.

La empresa holandesa MX3D construyó el puente de casi 12 metros de largo para que peatones y ciclistas cruzaran el canal Oudezijds Achterburgwal de la ciudad. Contó con cuatro robots, equipados con sopletes de soldadura, para imprimir en 3D la estructura. Para ello, las máquinas colocaron 3.000 kilos de acero, calentado a 2.732 grados Fahrenheit, en un intrincado proceso de estratificación. ¿El resultado? Un diseño premiado que supera los límites de lo que puede hacer el acero.

"Nunca antes se había construido una estructura metálica impresa en 3D lo suficientemente grande y resistente como para soportar el tráfico de peatones", dijo en una declaración Leroy Gardner, profesor del Departamento de Ingeniería Civil y Medioambiental del Imperial College de Londres, que participó en el trabajo.

Por ello, los investigadores del Imperial College de Londres han desarrollado sofisticadas simulaciones por ordenador para comprobar el estado del puente, centrándose en la capacidad de la estructura para soportar el tráfico peatonal diario y las fuerzas meteorológicas perjudiciales.

Si todo sale bien, Estados Unidos debería tomar nota. Según un informe de 2019 del Foro Económico Mundial, Estados Unidos ocupa el decimotercer lugar en el mundo en cuanto a la calidad de las infraestructuras de transporte. Mientras tanto, la mayoría de los puentes en Estados Unidos están diseñados para durar solo 50 años. A partir de 2021, alrededor de 4 de cada 10 puentes ya han superado esa esperanza de vida. Ahora, la Asociación Americana de Funcionarios de Carreteras y Transportes Estatales exige que todos los puentes cumplan una vida útil de diseño de 75 años.

Los ingenieros deben mantener esta infraestructura y, al mismo tiempo, construirla, todo ello con tiempo y recursos limitados. Los avances tecnológicos, como la impresión 3D, parecen necesarios para combatir el deterioro de las infraestructuras del país. En la búsqueda de métodos para alargar la vida útil de los puentes y carreteras estadounidenses, conservar los recursos y aumentar la seguridad, la impresión 3D puede ser una opción muy válida, y este puente de acero es el caso de estudio perfecto.

Los diseñadores idearon por primera vez el concepto del puente en 2015, con el objetivo de hacer una estructura excepcionalmente eficiente. Para ello, tuvieron que hacer hincapié en dos cosas: la sencillez y la seguridad. Para controlar la eficiencia de su diseño, los científicos del Imperial College de Londres diseñaron el puente para que fuera un "laboratorio viviente".

Un equipo de ingenieros de estructuras, informáticos y estadísticos desarrolló un sistema de más de una docena de sensores integrados en el puente, que envían datos en directo a la universidad para analizar el rendimiento del puente. Los sensores controlan el movimiento del puente, las vibraciones, la temperatura, la deformación (el cambio de forma y tamaño de los materiales bajo fuerzas aplicadas) y el desplazamiento (la cantidad de movimiento de un objeto en una dirección específica) a lo largo del tiempo.

A partir de esos datos, los científicos construyeron un "gemelo digital" -lengua de la informática para referirse a una representación virtual idéntica- del puente que se hace más preciso con el tiempo. Gracias al aprendizaje automático, ahora pueden buscar tendencias que sugieran la necesidad de realizar modificaciones.

Sin embargo, el proceso de impresión en 3D es relativamente nuevo, ya que se remonta a mediados de la década de los 80, y los gemelos digitales sólo existen desde 2002. Para que el público adquiera confianza en estas tecnologías, los investigadores deben seguir investigando. Los datos recogidos del puente y de su gemelo digital serán de libre acceso para que otros científicos puedan examinar el comportamiento a largo plazo del acero impreso en 3D.

Una de las ventajas de la impresión 3D es su capacidad para construir formas que, de otro modo, requerirían más equipo, tiempo y costes en un proceso de fabricación tradicional. Esto permite a los diseñadores ser más creativos y consumir menos recursos.

Para este puente, los diseñadores utilizaron dos métodos de impresión en 3D: el Depósito de Energía Directa (DED) y la Fusión de Lecho de Polvo (PBF). Con el DED, la impresora alimenta el material (normalmente en forma de polvo o alambre) a través de una boquilla en forma de bolígrafo, y una fuente de calor intenso (normalmente un láser, pero a veces un haz de electrones) funde el metal al contacto.

El PBF funciona de forma similar, ya que un láser o un haz de electrones funde el polvo para construir cada capa. Sin embargo, la principal ventaja del PBF es que funciona con piezas mucho más pequeñas (y más caras), lo que da lugar a un proyecto de mayor resolución que el que podría lograr el DED por sí solo. Esto permite a los diseñadores llevar sus visiones un paso más allá.

Otras organizaciones de todo el mundo ya están empleando estas técnicas de fabricación. La empresa italiana de impresión 3D WASP utiliza la tierra para imprimir refugios sostenibles. En 2024, la startup francesa XTreeE tiene previsto construir en París, antes de los Juegos Olímpicos, una construcción impresa en 3D de 131 pies de largo. Y la ciudad de Dubai planea imprimir en 3D el 25% de sus edificios para 2030. Estados Unidos haría bien en seguir su ejemplo.

"Estamos deseando continuar este trabajo a medida que el proyecto pasa de la investigación de base a la investigación del comportamiento a largo plazo de las estructuras impresas en metal", dijo Craig Buchanan, profesor del Departamento de Ingeniería Civil y Medioambiental del Imperial College de Londres, en la declaración preparada. "La investigación de esta nueva tecnología para la industria de la construcción tiene un enorme potencial para el futuro, en términos de estética y de diseño altamente optimizado y eficiente, con un uso reducido de materiales".

Vía: Popular Mechanics