A garrafa de plástico que você acabou de jogar na lixeira de reciclagem pode servir de suporte estrutural para sua futura casa.

Engenheiros do MIT estão usando plástico reciclado para imprimir em 3D vigas, treliças e outros elementos estruturais de qualidade para construção, que um dia poderão oferecer alternativas mais leves, modulares e sustentáveis às estruturas tradicionais de madeira.

Em um artigo publicado nos Anais do Simpósio de Fabricação de Formas Livres Sólidas , a equipe do MIT apresenta o projeto de um sistema de treliças de piso impresso em 3D feito de plástico reciclado.

Uma treliça de piso tradicional é feita de vigas de madeira conectadas por placas de metal em um padrão que lembra uma escada com degraus diagonais. Colocada de lado e combinada com outras treliças paralelas, a estrutura resultante fornece suporte para o material do piso, como compensado, que fica sobre as treliças.

A equipe do MIT imprimiu quatro treliças longas em plástico reciclado e as configurou em uma estrutura de piso convencional com tampo de madeira compensada, testando em seguida a capacidade de carga da estrutura. O piso impresso suportou mais de 1.800 kg, superando os principais padrões de construção estabelecidos pelo Departamento de Habitação e Desenvolvimento Urbano dos EUA.

As treliças impressas em plástico pesam cerca de 6 kg cada, sendo mais leves do que uma treliça de madeira comparável, e podem ser impressas em uma impressora industrial de grande escala em menos de 13 minutos. Além das treliças de piso, o grupo está trabalhando na impressão de outros elementos e na combinação deles em uma estrutura completa para uma casa de tamanho modesto.

Os pesquisadores preveem que, à medida que a demanda global por moradias superar a oferta de madeira nos próximos anos, plásticos descartáveis, como garrafas de água e recipientes para alimentos, poderão ganhar uma segunda vida como material reciclado para estruturas de casas, aliviando tanto a crise global de moradias quanto a demanda excessiva por madeira.

“Estimamos que o mundo precise de cerca de 1 bilhão de novas casas até 2050. Se tentarmos construir essa quantidade de casas usando madeira, precisaríamos desmatar o equivalente a três vezes a floresta amazônica”, afirma AJ Perez, professor da Escola de Engenharia do MIT e pesquisador científico do Escritório de Inovação do MIT. “A chave aqui é: reciclamos plástico sujo para produzir materiais de construção para casas que sejam mais leves, duráveis e sustentáveis.”

Os coautores de Perez no estudo são os estudantes de pós-graduação Tyler Godfrey, Kenan Sehnawi, Arjun Chandar e o professor de engenharia mecânica David Hardt, todos membros do Laboratório de Manufatura e Produtividade do MIT.

Em 2019, Perez e Hardt fundaram o MIT HAUS, um grupo dentro do Laboratório de Manufatura e Produtividade que visa produzir casas a partir de produtos de polímero reciclados, utilizando manufatura aditiva em larga escala, que engloba tecnologias capazes de produzir grandes estruturas, camada por camada, em prazos relativamente curtos.

Atualmente, algumas empresas estão explorando a manufatura aditiva em larga escala para imprimir em 3D casas de tamanho modesto. Esses esforços se concentram principalmente na impressão com concreto ou argila — materiais que tiveram um grande impacto ambiental negativo associado à sua produção. As estruturas de casas impressas até agora são, em sua maioria, paredes. O grupo MIT HAUS está entre os pioneiros na impressão de elementos estruturais de enquadramento, como estacas de fundação, treliças de piso, longarinas de escada, treliças de telhado, montantes de parede e vigas.

Além disso, eles buscam fazer isso não com cimento, mas com plástico reciclado "sujo" — plástico que não precisa ser limpo e pré-processado antes da reutilização. Os pesquisadores imaginam que, um dia, garrafas e embalagens de alimentos usadas poderão ser colocadas diretamente em um triturador, transformadas em grânulos e, em seguida, alimentadas em uma máquina de manufatura aditiva de grande escala para se tornarem componentes estruturais de construção em compósito. As peças de compósito plástico seriam leves o suficiente para serem transportadas em uma caminhonete, em vez de um caminhão de 18 rodas tradicional para transporte de madeira. No canteiro de obras, os elementos poderiam ser rapidamente encaixados em uma estrutura de casa leve, porém resistente.

O novo estudo da equipe é um passo em direção ao objetivo geral de construção sustentável e reciclada. Neste trabalho, eles desenvolveram um projeto para uma treliça de piso impressa feita de plástico reciclado. Eles projetaram a treliça com uma alta relação rigidez/peso, o que significa que ela deve ser capaz de suportar uma determinada quantidade de peso com deflexão mínima, ou seja, sem curvatura. (Imagine poder caminhar sobre um piso sem que ele ceda entre as vigas.)

Os pesquisadores exploraram inicialmente alguns possíveis designs de treliça em simulação e submeteram cada design a um teste simulado de carga. A modelagem mostrou que um design em particular apresentava a maior relação rigidez/peso e, portanto, era o padrão mais promissor para impressão e testes físicos. O design é semelhante ao padrão tradicional de treliça de piso de madeira, que lembra uma escada com degraus diagonais triangulares. A equipe fez um pequeno ajuste nesse design, adicionando pequenos elementos de reforço a cada nó onde um "degrau" encontrava a estrutura principal da treliça.

Para imprimir o projeto, Perez e seus colegas foram ao Centro de Pesquisa e Engenharia Bates do MIT, que abriga a impressora 3D de escala industrial do grupo — uma máquina industrial do tamanho de uma sala, capaz de imprimir grandes estruturas a uma velocidade de até 36 kg de material por hora. Para o estudo preliminar, os pesquisadores usaram grânulos feitos de uma combinação de polímeros PET reciclados e fibras de vidro — uma mistura que melhora a imprimibilidade e a durabilidade do material. Eles obtiveram o material de uma empresa de materiais aeroespaciais e, em seguida, alimentaram a impressora com os grânulos como uma “tinta” composta.   

A equipe imprimiu quatro treliças, cada uma medindo 2,4 metros de comprimento, 30 centímetros de altura e cerca de 2,5 centímetros de largura. Cada treliça levou cerca de 13 minutos para ser impressa. Perez e Godfrey espaçaram as treliças em uma configuração paralela, semelhante às treliças tradicionais de madeira, e as parafusaram em uma placa de compensado para simular uma estrutura de piso de 1,2 x 2,4 metros. Eles colocaram sacos de areia e concreto com pesos crescentes no centro do sistema de piso e mediram a deflexão sofrida pelas treliças.

As treliças suportaram facilmente cargas de 300 libras, bem acima dos padrões de deflexão estabelecidos pelo Departamento de Habitação e Desenvolvimento Urbano dos EUA. Não pararam por aí, continuando a adicionar peso. Somente quando as cargas atingiram mais de 4.000 libras é que as treliças finalmente cederam e racharam.

Em termos de rigidez, as treliças impressas atendem aos códigos de construção vigentes nos EUA. Para torná-las viáveis para ampla adoção, Perez afirma que o custo de produção das estruturas terá que ser reduzido para competir com o preço da madeira. As treliças do novo estudo foram impressas usando plástico reciclado, mas de uma fonte que ele descreve como a "nata da matéria-prima reciclada". O plástico é material descartado de fábrica, mas não é exatamente o plástico "sujo" que ele pretende triturar, imprimir e usar na construção.

O presente estudo demonstra que é possível imprimir elementos estruturais de construção a partir de plástico reciclado. Perez está trabalhando com plásticos mais sujos, como garrafas de refrigerante usadas — que ainda contêm resíduos de líquido — para verificar como esses contaminantes afetam a qualidade do produto impresso.

Se plásticos sujos puderem ser transformados em estruturas habitacionais duráveis, Perez afirma: “A ideia é levar contêineres de transporte para perto de onde se sabe que haverá muito plástico, como ao lado de um estádio de futebol. Então, seria possível usar tecnologia de trituração disponível no mercado e alimentar esse plástico sujo triturado em um sistema de manufatura aditiva em larga escala, que poderia existir em microfábricas, assim como centros de engarrafamento, ao redor do mundo. Seria possível imprimir as peças para edifícios inteiros que seriam leves o suficiente para serem transportados em uma motocicleta ou caminhonete até onde as moradias são mais necessárias.”