El proyecto: Kit COVID-19

A partir de la declaración de la emergencia sanitaria, desde diversas instituciones educativas de Uruguay se pusieron en marcha numerosos proyectos para responder a las diferentes necesidades que surgieron en este contexto. Ante el conocimiento de la escasez de reactivos e insumos para el diagnóstico de COVID-19, desde el Laboratorio de Fabricación Digital de Montevideo (FabLab MVD) colaboramos en la investigación, diseño y desarrollo de hisopos impresos en 3D para realizar pruebas naso y orofaríngeas de COVID-19. Este hisopo forma parte de un kit desarrollado junto con la Facultad de Química y en coordinación con un grupo más amplio que incluyó profesionales de la Facultad de Ingeniería, la Escuela Universitaria de Diseño, la Facultad de Ciencias y el Hospital de Clínicas.

La idea surgió desde docentes y profesionales de la Facultad de Química, quienes se pusieron en contacto con nuestro laboratorio para comenzar un proceso de investigación conjunta. Desde el FabLab nos encargamos de realizar el diseño geométrico de los dos tipos de hisopos: uno nasofaríngeo, que se introduce por las fosas nasales, y otro orofaríngeo, que se introduce por la boca. Durante un mes, desde mediados de marzo hasta mediados de abril, diseñamos y fabricamos más de 100 versiones de cabezas de hisopo con diferentes dimensiones, formas, materiales y tecnologías. 

Los primeros prototipos se hicieron con filamento PLA y PET -los plásticos más usados para realizar maquetas de arquitectura y diseño industrial-. Sin embargo, estos no lograban la flexibilidad necesaria, por lo que se decidió trabajar con TPU -Poliuretano Termoplástico. Esto implicó un gran proceso de aprendizaje ya que este tipo de filamento flexible apenas se había utilizado en el FabLab; especialmente en relación al seteo de las distintas variables de impresión como la velocidad y la temperatura de extrusión. En cuanto al diseño, se probaron diferentes formas y dimensiones teniendo en cuenta especificaciones particulares de cada hisopo. Ambos debían tener una textura determinada que permitiera la carga y descarga de material al tomar la muestra; otro aspecto importante era que debían ser lo suficientemente 

La fabricación digital consiste en el uso de un sistema integrado y asistido por ordenador compuesto por herramientas de simulación, visualización en 3D, análisis y colaboración con el objetivo de crear definiciones de procesos de producto y de fabricación simultáneamente.

Este tipo de farbicación, permite que los procesos sean repetibles cuantas veces sea necesario. A su vez, la complejización del objeto, no impacta de forma considerable en el costo de producción. Las posibilidades dentro de la fabricación digital, no se encuentran ligadas a la escala humana.

Las tecnologías de fabricación digital pueden dividirse en dos grandes grupos. Por un lado la fabricación adiitiva y por el otro la sustractiva, cada una de ellas presenta ciertas limitaciones, ventajas y desventajas sobre la otra.

CAD

Computer Aided Design
(Diseño Asistido por Computadora)

Archivo que contiene el diseño que va a ser fabricado. Es importante que el diseño no contenga líneas dobles, curvas sin cerrar o elementos no coincidentes.

Software: Autocad, Illustrator, Corel, etc.

CAM

Computer Aided Manufacturing
(Manufactura asistida por Computadora)

Traduce el archivo CAD en un conjunto de instrucciones que la máquina pueda interpretar: CAM= traductor. Este archivo debe contener los elementos/parámetros específicos que la máquina necesitará para la fabricación: velocidades, intensidad, tiempos, etc. Por ello, los planos deben expresar no solo lo necesario para la máquina sino también lo necesario para el operario que configurará la máquina.

Software para generar archivo: Cura (impresión 3d), Fusion 360, etc.

PARÁMETROS DE IMPRESIÓN

Densidad de relleno

Define la cantidad de material utilizado en el interior de la impresión. Una densidad de relleno más alta significa que hay mayor cantidad de material en el interior de la impresión, lo que lleva a una pieza más resistente. Se usa una densidad de alrededor del 20% para modelos con un propósito visual, se pueden usar densidades más altas para piezas de uso final. El patrón de relleno es otra variable a definir en función del material y tipo de pieza que querramos lograr.

Altura de capa

La altura de capa tiene un efecto directo en la terminación de la pieza final, así como también va a determinar un mayor o menor tiempo de impresión, cuanto mayor sea la altura menor es el tiempo total de impresión. En función del objetivo con que fabriquemos la pieza, podemos priorizar el factor estético o el tiempo de impresión.

PARÁMETROS DE CORTE LÁSER

La distancia focal o longitud focal de un lente es la distancia entre el centro óptico de la lente y el foco. Es importante respetar esta distancia para que el láser corte el material de forma óptima. En este equipo se pueden generar cortes y grabados en diferentes materiales. Acorde al tipo y espesor del material se configuran los valores de velocidad y potencia del rayo láser, así como también la distancia entre la boquilla y el material. La cortadora láser tiene la posibilidad de realizar cortes, grabados de líneas, grabados para plegados, kerfing, etc.

ESTRATEGIAS DE FABRICACIÓN

Existen múltiples maneras de diseñar y fabricar objetos a partir del uso de tecnologías de fabricación digital como la cortadora láser.
Un camino es partir de modelos virtuales tridimensionales y, a partir de procesos de desplegado o seccionado, descomponerlos en piezas que serán cortadas mediante la cortadora láser.

Otra posibilidad es diseñar directamente en dos dimensiones, utilizando softwares vectoriales.

TÉCNICA POR CARAS_ENCASTRES

TÉCNICA SECCIONADO MACIZO

Cualquiera sea la estrategia de fabricación que hayamos elegidos, debemos tener en cuenta las siguientes consideraciones:

ESPESOR DEL MATERIAL
Si bien la cortadora sólo realiza cortes en los ejes X e Y, es decir en dos dimensiones, vamos a trabajar con diversos materiales que tienen diversos espesores. Este debe ser considerado a la hora de diseñar uniones y encastres.

SISTEMA DE TROQUELADO

Para evitar que las piezas menores a 80x80mm caigan entre las costillas de la cama de la cortadora láser, es necesario que los estudiantes implementen un sistema de troquelado. Esto se logra dejando las polilíneas abiertas. La abertura debe ser de por lo menos 1mm.

SOFTWARES UTILIZADOS

La presente investigación refiere a dos eventos que cumplen 50 años y que impactaron en gran medida la historia del diseño: la película «2001; una odisea del espacio» dirigida por Stanley Kubrick (2 de Abril de 1968), y la llegada del Hombre a la Luna mediante la Misión Apolo XI (20 de Julio de 1969), que fue sustentada principalmente en las ideas del Ing. John Houbolt.

La común necesidad de lograr resultados de alto impacto visual y tecnológico con plazos relativamente exiguos, llevaron en ambos casos a un esfuerzo multidisciplinario colosal que logró extremos de calidad e innovación en el diseño que nos siguen maravillando medio siglo después.

En el año 2000, la UDELAR y la Intendencia de Montevideo (IM) celebraron un convenio marco con el objetivo de aunar esfuerzos y establecer relaciones de cooperación en áreas de interés común, promoviendo la colaboración mutua para un mejor desarrollo de sus respectivos fines y actividades.

En este contexto, la IM solicitó a la Facultad de Arquitectura la realización de una maqueta de la Ciudad Vieja a escala 1:750.

Con este propósito, VidiaLab y LabFab llevaron a cabo diversas tareas, que abarcaron desde el relevamiento mediante drones y el modelado digital hasta la posterior fabricación digital.

El sitio web del proyecto constituye un repositorio de contenidos en el que se recopilan los recursos digitales generados durante el proyecto, los cuales se encuentran disponibles para el público en general.

Acerca de la maqueta

El 9 de noviembre de 2016 se presentó en el Cabildo la maqueta de Ciudad Vieja, esta supone un aporte de la comuna al conocimiento y al disfrute del sector de la ciudad donde nació Montevideo y cuyas definiciones en traza, morfología y espacio público la encuentran con los mayores valores de cuidado y protección patrimonial.

El modelo permite visualizar la Ciudad Vieja de una vez y en toda su dimensión, comprender y admirar las calidades urbanas que encierra. Resulta un relevante mecanismo didáctico para paseantes, turistas, estudiantes, vecinas y vecinos de Montevideo.

Se trata de un trabajo a escala 1/750, de dos por tres metros de base y 30 centímetros de altura, construida en PVC, ABS OSB y acrílico.

La idea de realizar una muestra de modelos de arquitecturas no realizadas para noviembre de 2014, en el marco del XVIII Congreso de la Sociedad Iberoamericana de Gráfica Digital (sigradi), tiene su origen en el temario que propusimos para la Red REINA (aecid) realizada entre los años 2002 y 2004.

La propia condición de no haber sido realizadas fue la razón principal para procurar materializar aquellas obras que fueron 8 impulsos, innovaciones, rupturas, paradigmas, prefiguraciones del futuro, y que continúan aún en el imaginario de varias generaciones de arquitectos.

El instrumento elegido para representar dichos ejemplos, algunos muy lejanos en el tiempo, debía ser lo más avanzado en técnicas de materialización: la fabricación digital. De esta manera se quiso tender un extenso puente de varios siglos, entre la formulación de aquellas ideas y su interpretación hecha materia, vinculando técnicas tradicionales de representación y tecnologías de última generación.

Introducción

La obra del Ing. Eladio Dieste conforma, sin lugar a dudas, un objeto de estudio ineludible dentro de la técnica constructiva moderna, tanto en su aporte formal arquitectónico como por su innovación estructural. Su legado es también valioso desde un punto de vista académico, pues aborda el estudio del ladrillo como elemento portante en una década dominada por el hormigón armado, retomando así la tradición de la bóveda, presente desde los inicios de la técnica, a través de la práctica romana, mudéjar y catalana. Dieste desarrolla su técnica particular principalmente en la década de los ’40, utilizando el legado de Cullman–Ritter, para luego verificar sus cálculos con el método numérico de Leonhard–Torroja–Löser. Este procedimiento, le permitió además la posibilidad de utilizar los materiales existentes a bajo coste en el lugar de implantación; en el caso de Uruguay, el ladrillo cocido de máquina.

La técnica constructiva con mampuestos empleada por Dieste implica, pues, además del uso del ladrillo como elemento central, el diseño y construcción de elementos estructurales anexos, que fungen a manera de cimbras, soportes y estructuras auxiliares. De este modo, se vislumbra un sistema de procedimientos no tradicionales e invisibles, adaptados a un diseño estructural innovador.

Este trabajo se propuso abordar un paralelismo entre la técnica constructiva auxiliar empleada por Dieste y la necesaria para afrontar la construcción mediante técnicas de fabricación digital de una de sus obras.

Dieste Ex Machina es una figura retórica que alude al ardid tecnológico empleado por el teatro griego antiguo para introducir nuevos elementos explicativos en escena, pero también es una alegoría del trabajo realizado en pos de la ejecución de la obra a través de dispositivos especialmente diseñados para tal función.

Metodología y desarrollo

El primer acercamiento al edificio fue estudiar la geometría base que subyace en la propuesta volumétrica del conjunto edilicio. Este estudio se llevó a cabo mediante relevamiento fotográfico en primera instancia, a dos niveles: aéreo (drones) y terrestre. En una segunda instancia se procedió a realizar el escaneo láser de todo el conjunto y se obtuvo la geometría digital más exacta posible con los recursos tecnológicos actuales.

Con estos insumos, contrastados con la documentación original (plantas, fachadas y cortes elaborados por Dieste), se individualizaron cinco sectores que suponen problemas diferentes de replanteo de la forma: muros, cubierta, frente/fondo, campanario y bautisterio.

En el caso de los muros laterales, se trata de una superficie reglada cuyas dos directrices de borde tienen el siguiente andamiento. La directriz inferior es una recta y la superior es una secuencia de parábolas en el plano horizontal. En los puntos de inflexión de la serie la generatriz es vertical. Para manifestar esta situación se optó por elegir dos elementos que definen la ubicación de las piezas: la generatriz de máxima pendiente y la directriz vertical. La sucesión de parábolas da lugar a una secuencia de inclinada positiva/ vertical/ inclinada negativa que se repite cada 6 metros.

Cabe aclarar que en el modelo se debió realizar una necesaria simplificación con relación a las hiladas de los muros laterales. El eje de las hiladas en obra es horizontal, pero los ladrillos se posicionan siempre perpendiculares a la generatriz del muro. Esto hace que la hilada vaya torneando su plano a lo largo del eje horizontal, adaptándose a la inclinación variable del muro. Responde a una utilización racional del material, que siempre trabaja a compresión, y evita de esa manera los esfuerzos de deslizamiento. Siendo la distancia inclinada del muro mayor que la altura vertical, se debió variar el espesor de las hiladas, y en algunos casos agregar hiladas parciales en el nacimiento del muro, para mantener la cantidad de hiladas. En el modelo propuesto, las hiladas son siempre horizontales en cuanto a su eje, lo que simplifica la conformación del muro a partir de planos horizontales.

La cubierta es una superficie de doble curvatura generada por dos familias de generatrices curvas. Las transversales (perpendiculares al eje de la nave) son catenarias de altura variable, que descansan en el mismo plano horizontal donde rematan los muros laterales.

Las longitudinales son secuencias de parábolas, similares a los muros laterales. Para indicar esta particular geometría se optó por una estructura encastrada de curvas en los ejes principales x e y, que generan la superficie y manifiestan su definición a partir de elementos rectangulares (ladrillos).

La viga de borde es la encargada de soportar los esfuerzos de empuje de la bóveda, en tanto que su distancia horizontal es variable, una perfecta correspondencia con el esfuerzo, transformándose en la materialización del diagrama de carga de la viga.

El caso de la fachada principal es un problema combinado entre superficies de extrusión vertical con sección constante hasta el dintel de acceso, y luego un mosaico de elementos verticales dentro de un patrón de tipo celosía. La parte inferior se define únicamente por la directriz curva horizontal que se desplaza según generatrices verticales, de las cuales fueron seleccionadas las cuatro más representativas. La parte superior no admite mayor abstracción que lo visible a primera vista, mostrando sus ritmos y secuencias principales.

El campanario es básicamente un cilindro de eje vertical, con la particularidad que se define por 14 «pilares» rectangulares en una matriz polar, unidos por secuencias de nexos sincronizadas con los escalones volados en espiral. Para este problema aparentemente sencillo se optó por un plegado de las superficies cilíndricas exterior e interior, descartando la obvia combinación de secciones circulares y eje vertical.

El primero modelo se realizó en impresión 3D, sin embargo, en etapas posteriores se experimentó en otras tecnologías de fabricación digital y materiales, como acrílico y MDF.

El Palacio Salvo, la Torre de las Comunicaciones de Antel, el hotel Radisson Victoria Plaza, la Administración Nacional de Aduanas son algunos de los edificios emblemas que fueron elegidos para conformar las piezas del tablero.