Andando pela rua de um antigo quartel do Exército dos EUA na pacata cidade alemã de Heidelberg, pode-se encontrar um estranho prédio cinza. Aninhada entre alguns escritórios pré-Segunda Guerra Mundial e um jardim de infância, a concha de concreto sem janelas parece estranhamente fora do lugar.

Embora a localização possa parecer um pouco estranha no papel, os leitores da DCD dirão que um prédio de concreto sem janelas soa como um Data Center comum. Mas esse é diferente.

Por um lado, não tem cantos. Sua concha externa arredondada ondula e se torce ao longo do comprimento da propriedade. E, em vez de blocos tradicionais ou paredes pré-moldadas, as fáscias deste Data Center foram construídas em camadas de cimento líquido.

Conhecido como 'Wavehouse Campbell Heidelberg', este edifício é o primeiro Data Center impresso em 3D do mundo.

Impressão 3D de um Data Center

Heidelberg, localizada a cerca de 80 quilômetros ao sul de Frankfurt, no rio Neckar, é uma cidade de cerca de 160.000 habitantes no estado de Baden-Württemberg. É conhecida por ter uma universidade respeitável e várias instalações de pesquisa científica de alta qualidade.

Apropriadamente, a cidade abriga a Heidelberger Druckmaschinen, uma empresa de 170 anos e uma das maiores fabricantes mundiais de impressoras. O fato de a cidade agora também abrigar um marco inicial da impressão 3D, no entanto, é apenas uma ocorrência casual possibilitada por alguns empresários locais.

Originalmente, o fornecedor local de serviços gerenciados de TI Heidelberg iT e a empresa imobiliária Kraus Gruppe planejavam desenvolver um Data Center tradicional em ângulo reto no local.

No entanto, depois de ler sobre um edifício residencial impresso em 3D construído pela empresa de materiais local Heidelberg Materials (anteriormente HeidelbergCement), Hans-Jörg Kraus, sócio-gerente do Kraus Group, decidiu telefonar para seu amigo de longa Data Mattias Blatz da Heidelberg iT e perguntar se ele queria imprimir a instalação em 3D.

Quando perguntado por que ele queria imprimir um prédio em 3D, Kraus sorri para a DCD e simplesmente diz; "Eu sou como uma criança. Adoro fazer coisas novas. É lindo de ver".

Ele continua: "Li em um artigo imobiliário que a Heidelberg Materials imprimiu uma casa de família. Eu sabia que tinha que construir um Data Center para Mattias e pensei que seria perfeito para imprimir. Então falei com pessoas que conheço da Heidelberg Materials e disse: 'Quero imprimir este edifício'".

"Tínhamos planejado um Data Center aqui", acrescenta Blatz, proprietário da Heidelberg iT". E então meu amigo [Kraus] teve a ideia com o 3D e eu disse que sim, eu quero fazer isso.

"Fiquei muito animado porque o conheço há tanto tempo que sei que quando ele tem uma ideia, confio nele".

Embora lançada oficialmente em 2007 após a fusão com a MEG Kommunikationssysteme GmbH, a Heidelberg iT pode traçar suas raízes até o lançamento de seu primeiro Data Center em cooperação com a MVV Manet GmbH em 2001. Uma segunda instalação foi lançada em 2016.

A empresa deve lançar um terceiro Data Center – tradicionalmente construído – nos próximos meses, que oferecerá 500 kW – o mesmo que a instalação impressa em 3D. Mas esse site comum tem poucos elogios em comparação com seu compatriota impresso em 3D.

A Wavehouse tem simultaneamente os títulos de maior edifício impresso em 3D da Europa, o primeiro edifício industrial impresso em 3D do mundo e o primeiro Data Center impresso em 3D do mundo.

O design paramétrico do Wavehouse contrasta fortemente com outro Data Center lançado recentemente nas proximidades; uma instalação de 2 MW da Nexspace, apoiada pela InfraRed Capital, localizada a menos de um quilômetro de distância e lançada no final de 2023.

Esse edifício – com painéis verdes e brancos suaves e ângulos retos em cada esquina – é a única competição real que a Heidelberg iT enfrenta em uma cidade não conhecida por seus desenvolvimentos de Data Center.

Heidelberg está entre as regiões mais quentes da Alemanha – quente o suficiente para cultivar uvas, amêndoas, figos e palmeiras. Blatz diz que o mercado local relativamente pequeno, a temperatura e a proximidade com Frankfurt significam que Heidelberg não precisa de um grande ecossistema de Data Center e teria dificuldades para suportar qualquer desenvolvimento em hiperescala.

"Há apenas uma razão para construir um Data Center em Heidelberg, para os clientes", diz Blatz. Várias organizações de saúde sediadas na área possuem instrumentos sensíveis com requisitos de baixa latência – ele dá como exemplo o equipamento de ressonância magnética – o que significa que preferem manter a infraestrutura de TI local.

"Existe uma economia de pequenas empresas", acrescenta. "Não faria sentido na cidade mais quente da Alemanha construir um Data Center para outras coisas; é melhor ir para a Islândia, Suécia, Áustria ou qualquer outro lugar, mas não em Heidelberg”.

O Wavehouse

Tradicionalmente, os Data Centers são construídos usando blocos de alvenaria ou 'construção inclinada' – onde painéis de parede de concreto são moldados no local e 'inclinados' para a posição usando guindastes. A impressão 3D, no entanto, usa uma impressora para extrudar camadas de concreto umas sobre as outras, construindo as paredes camada por camada líquida.

O Data Center da Wavehouse está situado ao sul do centro da cidade, no local do antigo quartel do Exército dos EUA. Anteriormente conhecido como Baufeld 5 (traduzido literalmente como "Canteiro de obras 5") antes da construção e localizado na Billie-Holiday-Strasse 7 em Baden-Württemberg, o edifício de um andar totaliza pouco menos de 600 m²; 54 metros de comprimento, 11 metros de largura e 9 metros de altura.

Os parceiros do projeto incluem a Peri 3D, que faz parte da empresa de andaimes Peri Group, bem como as empresas de arquitetura Mense-Korte e SSV e a Heidelberg Materials.

A Peri começou a trabalhar na instalação no ano passado usando uma impressora de construção 3D Cobod BOD2. A instalação foi impressa em 30 dias usando cerca de 450 toneladas de concreto de impressão da Heidelberg Materials. Impressa entre o final de março e meados de agosto de 2023, a instalação deveria originalmente levar 140 horas, o equivalente a imprimir quatro metros quadrados de construção por hora.

A Peri3D diz à DCD que o tempo total de impressão foi de cerca de 172 horas em 30 dias durante esse período. Blatz brinca que a impressão demorou mais devido à quantidade de interesse da imprensa que o projeto gerou: "Muitas revistas de notícias queriam ver como imprimimos! Mas foi um prazer mostrar todas as estações de TV; Imprimíamos por uma ou duas horas por dia”.

No momento em que esse artigo foi escrito, a construção da concha havia sido concluída e a Heidelberg iT agora construirá o espaço em branco e a sala elétrica. O Data Center oferecerá 500kW e terá capacidade para cerca de 100 racks. Espera-se que o ajuste seja concluído no final do verão.

A empresa de TI tem um contrato de arrendamento de longo prazo no local, que Blatz diz ter uma vida útil planejada de 20 anos, embora ele espere que possa durar "muito mais" do que isso. No momento em que este artigo foi escrito, a empresa não tinha um inquilino âncora para a instalação, mas as discussões estavam em andamento.

A Heidelberg iT planeja instalar painéis solares no telhado da instalação – cerca de 80 kW – e adquirirá energia de fontes hidrelétricas para compensar o uso restante de energia.

Blatz diz que sua empresa geralmente tem mais painéis solares em seus Data Centers - como implementações de paredes inteiras - mas foi limitada pelos reguladores de planejamento locais para este projeto. O calor residual da instalação deve ser enviado para edifícios na área circundante assim que a rede de aquecimento urbano for instalada.

Uma experiência de aprendizado para todos

Jan van der Velden-Volkmann, da SSV Architekten, observa que sua empresa não tinha nenhuma experiência anterior em impressão 3D antes da Wavehouse, mas a Mense-Korte esteve envolvido em alguns projetos anteriores, o que foi útil.

"Com essa tecnologia, tivemos a chance de experimentar algumas formas mais orgânicas que normalmente não são possíveis", diz ele. "Esse era o objetivo para nós, testar até onde podemos ir com isso".

"Tivemos a chance de fazer essa forma orgânica com as ondas na fachada; é um bloco muito pesado, mas a forma parece ser leve".

Ele observa que, como este era um novo projeto usando uma nova tecnologia, a estreita colaboração com a Peri 3D, Mense-Korte e Heidelberg Materials durante o processo de design foi fundamental.

"O importante é que você tem que responder a várias perguntas muito cedo no processo. Normalmente tentamos, e depois temos um vaivém para mudar as coisas. Com isso, é muito desafiador; você tem que fazer muito nos estágios iniciais porque é difícil mudar as coisas depois".

A certificação para grande parte da instalação tem sido um desafio. A maioria dos materiais e projetos para esses tipos de edifícios não foram comprovados. E assim as empresas tiveram que fazer engenharia excessiva em alguns lugares - o salão interno apresenta várias colunas de suporte salientes que Blatz disse que os reguladores exigiam. Os testes necessários para aprovar o projeto sem colunas provavelmente levariam vários anos.

Embora houvesse limitações de design, van der Velden-Volkmann diz que trabalhar com o governo local em geral foi "muito construtivo" durante o projeto. Parte disso ocorreu porque o volume e o uso planejado para o local eram basicamente os mesmos do Data Center em formato de cubo planejado anteriormente, mas também porque os funcionários estavam ansiosos pelos aplausos.

"Eles estavam muito interessados em obter um prédio assim em Heidelberg", acrescenta van der Velden-Volkmann. "O próprio conselheiro disse 'queremos ter isso', então houve pressão suficiente [para passar]".

A Heidelberg iT terá como alvo a certificação da TÜVs – uma organização alemã de testes técnicos e certificação – para mostrar que a instalação é segura e resiliente, juntamente com a certificação verde Blue Angel para mostrar habilidades ambientais.

Os pontos fracos de imprimir um Data Center

A cerimônia de entrega no final de janeiro de 2024 contou com a presença de cerca de 100 pessoas, incluindo membros da construção, ciência dos materiais e imprensa nacional – muito longe de alguns eventos de Data Center com um punhado dos mesmos rostos repetidamente.

A DCD ficou desapontada, no entanto, com o fato de a chave de grandes dimensões entregue durante a cerimônia ser feita de isopor e não impressa em 3D; uma oportunidade perdida. Mas a imprensa de todos os matizes tem sido visitantes regulares do site.

"Pensamos que estaríamos em uma revista e um jornal aqui", diz Blatz. "Nunca esperávamos que passássemos pelo mundo; que os chineses podem querer uma foto nossa. Uma equipe coreana veio e queria vê-lo. Tivemos americanos que vieram aqui. TV indiana também. Estamos orgulhosos de ter esse interesse".

As paredes da Wavehouse compreendem duas linhas de concreto construído separadas por alguns centímetros - também conhecidas como parede de pele dupla - e ligadas por hastes de aço. Em empreendimentos residenciais, o espaço entre as duas fileiras seria preenchido com isolamento; Aqui, ele foi preenchido com mais concreto, pois não há necessidade de mais calor e melhora a resistência da parede.

Devido a limitações ao redor da estrutura do pórtico que contém a impressora, a Wavehouse foi impressa em três segmentos. As peças de conexão foram então impressas e colocadas no lugar para selar a instalação - as costuras entre os segmentos são perceptíveis no interior, uma vez apontadas.

Durante a fase de projeto, Blatz diz que alguns dos softwares que as empresas de arquitetura estavam usando estavam lutando para trabalhar com algumas das formas e ângulos propostos e exigiam programação adicional para acomodar esses cálculos em seus modelos 3D.

"Eles descobriram isso", diz ele. "Eles também gastaram muito tempo e dinheiro no caminho para descobrir como isso pode funcionar e como eles podem calcular se essas paredes são grossas o suficiente".

Os edifícios impressos em 3D usam muito menos metal do que as construções tradicionais de concreto e geralmente não exigem grandes quantidades de armações de vergalhões. Blatz disse que isso significa que há muito menos estática para o Wavehouse em comparação com um Data Center tradicional.

Blatz também fez uma escolha deliberada de design em torno do piso elevado aprendido em uma instalação anterior. Um recesso de um metro foi cortado na laje para piso elevado, mas a empresa optou por não colocar nenhum isolamento térmico lá (foi impermeabilizado).

Como resultado, a temperatura ambiente mais fria do solo fornece 20 kW de resfriamento gratuito para a instalação. Cortar apenas o recesso onde os racks realmente irão, em vez de até a parede, também melhora a circulação de ar.

Um robô de pintura da DAW Deutsche Amphibolin-Werke de Robert Murjahn foi usado para pintar o interior - pintou o tom de verde da Heidelberg iT para combinar com os tênis de néon de Blatz. O exterior, no entanto, permanecerá cinza concreto - embora as paredes vivas devam ser plantadas em intervalos regulares ao longo do comprimento da instalação.

Embora a instalação não tenha cercas de perímetro - uma limitação de sua localização - o local contará com vários portões em seus pontos de entrada. As paredes grossas também adicionam mais segurança.

Por outro lado, Blatz disse que havia desafios em garantir que o telhado da instalação (plano e não impresso em 3D) fosse à prova d'água contra as ondulações das camadas impressas em 3D do edifício. Da mesma forma, instalar as portas à prova de fogo também foi um desafio.

Blatz observa que a impressão é dificultada sob chuva forte e que era melhor não deixar muito tempo entre as sessões de impressão nos segmentos.

"Aprendemos muito", diz Blatz. "[Parte disso foi] muito mais trabalhoso do que pensávamos".

Embora não tenha fornecido um número, Mattias disse que o Wavehouse custou cerca do dobro do preço do outro Data Center tradicionalmente construído que a empresa está abrindo – em parte porque os planos originais para um Data Center neste local já estavam concluídos e tiveram que ser retrabalhados.

Ele diz, no entanto, que eles provavelmente economizariam mais dinheiro em construções futuras com base no que aprenderam durante o projeto.

Um Data Center único?

O Wavehouse pode continuar sendo o único Data Center impresso em 3D no futuro próximo.

Embora houvesse um nos planos nos EUA, o desenvolvedor optou por um retrofit de armazém. As restrições tecnológicas ainda limitam o tamanho de qualquer edifício impresso, e os reguladores ainda desconfiam de projetos e materiais em grande parte não testados.

Nos EUA, o EdgeCloudLink (ECL) foi originalmente para oferecer Data Centers modulares fora da rede movidos a hidrogênio, construídos em unidades de 1 MW, usando construção de impressão 3D.

A ECL disse anteriormente que planejava fazer parceria com uma empresa de construção local de impressão 3D para sua construção inicial e, posteriormente, comprar suas próprias impressoras 3D. Para sua primeira instalação, no entanto, a empresa optou por reformar um armazém existente em vez de imprimir uma instalação e está procurando se concentrar mais na adaptação de edifícios existentes por enquanto, potencialmente retornando ao conceito de impressão 3D no futuro.

"Pessoalmente, acredito que a conversão de edifícios é provavelmente mais poderosa do que fazer a impressão 3D", disse recentemente o fundador da empresa, Yuval Bachar, ao DCD. "Há muito espaço vazio e vai ser desperdiçado agora".

Dados os limites atuais de construção em torno da impressão 3D em termos de tamanho físico, parece que a impressão de um Data Center de vários andares de tamanho hiperescala ou teto alto está fora de alcance por enquanto. Para um desenvolvedor disposto a testar os limites regulatórios com conselhos de planejamento locais, um desenvolvedor Edge pode muito bem encontrar utilidade nessa nova maneira de construir. Mas o otimismo da indústria permanece.

"A questão interessante é o que vem depois", diz van der Velden-Volkmann, do SSV. "A tecnologia é muito nova, então você tem que ir passo a passo para obter mais conhecimento e depois ver o que sai a seguir".

Embora o Wavehouse seja o primeiro Data Center impresso em 3D, a Peri3D está ansiosa para que não seja o último.

"Acho que a infraestrutura de TI e os respectivos edifícios podem ser algo para o qual a impressão 3D pode ser usada. Acho que fizemos isso agora", diz Lukas Bischofberger, especialista em comunicações corporativas e de marketing da Peri 3D.

"Não pensamos necessariamente que em 20 ou 30 anos, todos os edifícios sairão de uma impressora 3D. Para alguns tipos de edifícios, outras formas de construção podem fazer mais sentido. Mas ainda achamos que há muitos projetos que podem realmente se beneficiar disso".

Tanto Blatz quanto Kraus continuam interessados no conceito. Blatz diz que imprimiria outro Data Center no futuro, enquanto Kraus já está planejando a próxima construção 3D de sua empresa; um grande edifício industrial de dois andares com o dobro da altura e três vezes maior em área do que a Wavehouse.

"Vou imprimir novamente", diz Kraus.