Baharlou estabeleceu um sistema de fabricação de manufatura aditiva para imprimir em 3D grandes estruturas.
Crédito: Tom Daly/ Universidade de Virgínia
É comum vermos edifícios verdes com jardins verticais ou até mesmo com vegetação no topo. Mas já pensou em construir usando porções de terra impregnadas de sementes? É o que os pesquisadores da Universidade da Virgínia (UVA) – estado da Virginia – EUA propõem. Eles criaram um método de impressão 3D com terra cheia de sementes. Este material pode ser utilizado para criar paredes e telhados repletos de vegetais.
Os protótipos construídos pelos pesquisadores começam parecendo estruturas comuns de terra bruta. Mas, ao longo de alguns dias, eles brotam e ficam cobertos de vegetação. Elementos como paredes e telhados verdes podem ser construídos usando esse método, trazendo benefícios como isolamento natural, prevenção de inundações e espaços verdes para pessoas, polinizadores e outros animais, de acordo com a UVA.
A grande pergunta que motivou o estudo partiu de Ji Ma, professor assistente de ciência e engenharia de materiais da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da UVA: “Por que temos que fazer com que a estrutura ou o edifício seja separado da natureza em que se encontra?”
Para responder a essa pergunta, Ma firmou uma parceria com David Carr, professor pesquisador do Departamento de Ciências Ambientais da UVA, e Ehsan Baharlou, professor assistente da Escola de Arquitetura da UVA. Ele também recrutou um de seus alunos, Spencer Barnes, que se juntou ao grupo de pesquisa de Ma no primeiro ano de graduação e obteve seu bacharelado em engenharia aeroespacial em maio de 2022.
Juntos, eles provaram que a impressão 3D de estruturas geometricamente complexas feitas de solo e sementes é factível – introduzindo uma inovação fundamental na construção de base biológica.
Construção circular de base biológica
A equipe de pesquisa da UVA está levando a impressão 3D para um passo adiante, ao combinar a velocidade da manufatura aditiva, a eficiência de custos e as demandas de baixa energia com materiais de base biológica com recursos locais. Essa filosofia e abordagem de design estão alinhadas com uma prática de economia circular.
“Mudamos para ‘tintas’ à base de solo para obter benefícios adicionais da manufatura aditiva circular”, disse Baharlou. “Estamos trabalhando com solos e plantas locais misturados com água; a única eletricidade que precisamos é para mover o material e fazer funcionar uma bomba durante a impressão. Se não precisarmos de uma peça impressa ou se não tiver a qualidade certa, podemos reciclar e reutilizar o material no próximo lote de tintas”, completou.
Processo
Para realização do estudo, foi utilizado um laboratório de manufatura aditiva sofisticado, que desenvolve diversos trabalhos com impressão a laser. Barnes realizou experimentos com tintas à base de terra, usando uma impressora 3D do tamanho de uma mesa. Ele explorou duas abordagens principais: impressão do solo e sementes em camadas sequenciais e misturando sementes e solo antes de imprimir. Ambas as abordagens funcionaram.
Primeiro, Barnes produziu um protótipo cilíndrico, mais ou menos do tamanho de uma lata de refrigerante. Baharlou então propôs estruturas de solo de impressão 3D com geometrias mais complexas, como cúpulas.
Apoiado pelo Laboratório de Fabricação da Escola de Arquitetura, ou FabLab, Baharlou estabeleceu um sistema de fabricação de manufatura aditiva para imprimir em 3D grandes estruturas. A peça central do sistema de fabricação é um robô industrial com alcance de 3 a 4 pés (aproximadamente de 90 a 127 cm), que pode depositar materiais de acordo com os objetivos desejados para uma estrutura, como espaço, função e geometria. Baharlou modificou esse sistema para criar uma impressora que combinava uma extrusora com um braço robótico industrial para conduzir os experimentos da estrutura do solo.
Mais recentemente, Ma e Baharlou ganharam uma bolsa 3Cavaliers com Tomonari Furukawa, professor de engenharia mecânica e aeroespacial da UVA, para realizar pesquisas em Construção Ecológica. Eles preveem a instalação do sistema de impressão 3D de Baharlou em um robô em movimento. Uma plataforma móvel pode permitir a impressão em 3D de estruturas complexas e multifacetadas. Baharlou e Ma também estão realizando experimentos com outros materiais biodegradáveis, incluindo cânhamo.
