En la construcción convencional, los trabajadores construyen los edificios con ladrillos, vigas, columnas de hormigón, placas de vidrio y otros elementos prefabricados y producidos en masa. Neri Oxman, arquitecta y profesora en el Media Lab del MIT, tiene la intención de imprimir estos elementos—en esencia, usando hormigón, polímeros y otros materiales en el lugar de tinta. Oxman está desarrollando una nueva forma de diseñar edificios para aprovechar la flexibilidad que puede proporcionar la impresión. Si tiene éxito, su enfoque podría dar lugar a diseños que son imposibles con los métodos de construcción de hoy día.

Las impresoras 3-D existentes, también llamadas máquinas de prototipado rápido, construyen estructuras capa por capa. Hasta ahora, estas máquinas se han utilizado principalmente para crear modelos detallados de plástico sobre la base de diseños hechos por ordenador. Sin embargo, a medida que estas impresoras mejoran y son capaces de utilizar materiales más duraderos, incluyendo metales, se han convertido en una forma potencialmente interesante para crear productos de trabajo.

Oxman está trabajando para ampliar las capacidades de estas máquinas—haciendo posible cambiar la elasticidad de un polímero o la porosidad del hormigón al tiempo que son impresos, por ejemplo—y montando cabezales de impresión sobre brazos robóticos flexibles que poseen una mayor libertad de movimiento que las impresoras actuales.

Ella también se inspira en la naturaleza para desarrollar nuevas estrategias de diseño que aprovechan estas capacidades. Por ejemplo, la densidad de la madera en el tronco de un árbol de palma varía, dependiendo de la carga que debe soportar. La madera más densa está en el exterior, donde la tensión de flexión es más grande, mientras que el centro es poroso y pesa menos. Oxman estima que hacer columnas de hormigón de esta manera—con hormigón poroso de baja densidad en el centro—podría reducir la cantidad de hormigón necesaria en más del 10 por ciento, un ahorro significativo en la escala de un proyecto de construcción.

Oxman está desarrollando un software para llevar a cabo su estrategia de diseño. Ella toma datos sobre la tensión física en una estructura, así como sobre limitaciones de diseño tales como el tamaño, forma global, y la necesidad de dejar que pase la luz en determinadas zonas de un edificio. Basándose en esta información, el software aplica algoritmos para especificar cómo deben cambiar las propiedades del material a lo largo de toda una estructura. Luego imprime pequeños modelos basados ​​en estas especificaciones.

Los primeros resultados de su trabajo son tan hermosos e interesantes que han sido destacados en el Museo de Arte Moderno de Nueva York y el Museo de la Ciencia en Boston. Un ejemplo, al que ella llama La Bestia, es una silla cuyo diseño se basa en la forma de un cuerpo humano (el suyo) y la distribución prevista de la presión sobre la silla. El modelo resultante en 3-D cuenta con una red compleja de células y estructuras de ramificación que son suaves allí donde es necesario aliviar la presión y rígidas donde es necesario el soporte.

El trabajo está en una fase temprana, pero el nuevo enfoque de construcción y diseño sugiere muchas nuevas posibilidades. Un muro de carga podría ser impreso con elaborados patrones que correspondan a las tensiones que experimentará de la carga que soporte procedente del viento o de terremotos, por ejemplo.

El patrón también podría tener en cuenta la necesidad de permitir que la luz entre en un edificio. Algunas áreas tendrían hormigón fuerte y denso, pero en las zonas de baja tensión, el hormigón podría ser muy poroso y ligero, sirviendo sólo como barrera ante los elementos, ahorrando material y reduciendo el peso de la estructura. En estas áreas que no soportan carga, también podría ser posible imprimir un tipo de hormigón tan poroso que permita que la luz pueda penetrar, o mezclar el hormigón gradualmente con materiales transparentes. Tales diseños podrían ahorrar energía al aumentar la cantidad de luz natural dentro de un edificio y reducir la necesidad de iluminación artificial. En última instancia, podría ser posible imprimir aislamiento y ventilación eficientes al mismo tiempo. La estructura puede ser compleja, ya que no cuesta más imprimir patrones elaborados que simples.

Otros investigadores están desarrollando un tipo de tecnología para la impresión de paredes y otras estructuras de gran tamaño. Behrokh Khoshnevis, profesor de ingeniería industrial y de sistemas, y de ingeniería civil y ambiental en la Universidad del Sur de California, ha construido un sistema capaz de depositar paredes de hormigón sin la necesidad de formas para contener el hormigón. El trabajo de Oxman llevaría todo esto un paso más allá, añadiendo la capacidad de variar las propiedades del hormigón y, finalmente, trabajar con múltiples materiales.

Las primeras aplicaciones del enfoque de Oxman es probable que se produzcan a una escala relativamente pequeña, en productos de consumo y dispositivos médicos. Ella ha utilizado sus principios para el diseño y la impresión de muñequeras para el síndrome del túnel carpiano. Están personalizadas en base al dolor que experimenta un paciente en particular. El enfoque también podría mejorar el rendimiento de las prótesis.

Oxman, de 35 años, está desarrollando sus técnicas en colaboración con una serie de especialistas, tales como Craig Carter, profesor de ciencias de los materiales en el MIT. Aunque él afirma que su enfoque se enfrenta a retos en el control de las propiedades de los materiales, está impresionado con sus ideas: "No hay duda de que los resultados son sorprendentemente hermosos".