Impresión en 3D

Las tres dimensiones de la manufactura

Hace años visualizábamos una tendencia que nos acercaría cada vez más a cubrir las necesidades de nuestros clientes o incluso las nuestras; de manera más precisa hablamos de la impresión en tercera dimensión (3D).

Este proceso lo patentó Charles Hull durante los años ochenta, y rápidamente alcanzó un gran campo de acción que era posible debido a que el fotopolímero utilizado reaccionaba a la luz ultravioleta, endureciéndolo y dando como resultado prototipos, patrones y modelos a través de finas capas de material apiladas entre sí.

De esta manera, aún en la actualidad y de manera constante, sus aplicaciones en las diversas industrias, en la medicina y en la ciencia, continúan no sólo vigentes, sino en proceso de mejora valiéndose de la investigación y del avance tecnológico.

Se cree que en un futuro gran parte de la población contará con una impresora 3D en casa, ya que se pretende abaratar los costos para que estén al alcance de todos. Incluso, algunas compañías han sacado al mercado algunas impresoras en menos de mil dólares, ya que hasta el momento sus precios oscilan entre los 2,500 y 3,000 dólares. Además, se busca que su diseño se adapte mejor a los hogares a través de la modificación de su tamaño.

Modelando proyectos

Los antecedentes de las impresoras 3D los encontramos a partir del año 1976, con la impresora de inyección de tinta. Para 1984, como parte del desarrollo, se pasó de imprimir con tinta a hacerlo con materiales como el plástico; fue entonces cuando Charles Hull concibió la estereolitografía en un momento en el que aún no se contaba con un rápido prototipado, este procedimiento de impresión sirvió para crear un objeto tridimensional a partir de información digital. Lo anterior dio paso para que, en 1986, Hull fundara 3D Systems, lo que lo convirtió, en su momento, en proveedor líder de soluciones de contenido 3D a impresión.

En los noventa, tocó el turno a la primera máquina con láser de fotopolímeros solidificantes, la cual permitió crear partes tridimensionales capa por capa, invento también de Hull.

Durante los últimos quince años, estos avances se han implementado en el campo de la medicina generando estructuras 3D mediante células, en la fabricación de implantes, productos ortopédicos e instrumentos quirúrgicos; además de que ya se experimenta con la impresión de tejidos y órganos. Igualmente, en aeronáutica, en la industria automotriz, joyería, en aeronaves, arquitectura y educación.

Por otro lado, los fabricantes de este sector están trabajando en la incorporación de nuevos materiales para ampliar el campo de acción de los productos fabricados con estas impresoras, y así, ofrecer más opciones a las diversas industrias; para tal efecto, ya se realizan investigaciones con cerámicas y metales.

Patentes

La patente de modelado de deposición fundida (FDM) venció en 2009 y pasó a dominio público, generalizando la utilización de esta tecnología, además del abaratamiento de los precios de dichas impresoras; ahora, para febrero de 2014, se espera otro vuelco decisivo para las industrias, ya que otra patente, la de sinterización láser selectiva (SLS) que hasta ahora pertenece al Dr. Carl Deckard y al Dr. Joe Beaman, también vencerá. Es decir, que aquellas patentes que impedían la competencia concluirán favoreciendo el surgimiento de una nueva generación de productores y consumidores, gracias a que cualquier fabricante podrá hacer uso de la tecnología y venderla al mejor precio.

La institución de Hardware libre, es un movimiento que permite acceso autónomo a la tecnología con bajos costos de producción, haciendo posible el acercamiento a máquinas funcionales libres de patentes, es decir, sin tener que realizar una elevada inversión.

Dentro de esta dinámica y, con el objetivo de poner al alcance de cualquier persona el prototipado de objetos, es posible desarrollar impresoras 3D que son significativamente más baratas que las de marcas comerciales.

Gracias a esta democratización, todos tendremos acceso al proceso de diseño, creación y manufactura de una manera económica.

Respecto al software libre, éste se refiere a programas libres de patentes, diseñados por usuarios y que pueden encontrarse en internet y descargarse gratuitamente.

Con estas ventajas, su introducción en la industria se ha reflejado sobre todo en el sector educación, en la industria automotriz y en la del calzado.

Movimiento RepRap en la ciudad

En 1986 se patentó el primer sistema de impresión 3D llamado estereolitografía; posteriormente, se introdujo el Modelado de Deposición Fundida (FDM), en el que la impresora moldeaba filamentos de plástico, madera o metal. Fue el vencimiento de la patente de esta técnica lo que dio pie al movimiento RepRap (replicado rápido de prototipos o Replicating Rapid Prototypes).

Con el objetivo de que cualquier persona sea capaz de utilizarlas, profesionalmente o por gusto, desde hace diez años en Inglaterra, Andrian Bowyer comenzó con este proyecto que estipula la facultad de que las máquinas sean autorreplicables y hacer posible que cada una de ellas produzca casi en su totalidad las partes de otra a base de plástico, siempre y cuando las empresas que realicen proyectos comerciales con dicha tecnología, los mantengan disponibles para su producción. Éstas trabajan por medio de tecnología de software con código abierto y del proceso de fabricación de filamentos fusionados Fused Filament Fabrication (FFF).

Fue así como comenzaron a desarrollarse las primeras impresoras 3D para los hogares, a bajo costo para el consumidor.



La impresión en México

En nuestro país quienes apuestan por la innovación en el campo de las impresoras 3D, buscando traer esta tecnología, son las pequeñas y medianas empresas (pymes).

Tal es el caso de InterLatin, empresa localizada en Guadalajara y que trabaja en el desarrollo del proyecto Colibrí 3D, una impresora que construirá un objeto de plástico ABS en veinticinco minutos. Su comercialización podría darse durante los primeros meses de 2014 y podría adquirirse por menos de mil dólares (aproximadamente 13 mil pesos).

Otro ejemplo es MakerMex; ubicada en León, Guanajuato. Esta empresa alcanza una venta de entre quince y veinticinco impresoras mensuales; además de que trabaja en el desarrollo de una impresora orientada al público infantil; donde su uso sea en el ámbito educativo y pueda fomentarse la innovación en los niños. Con lo anterior se espera que a futuro estos niños tengan la mente más abierta.

Para sus fundadores, es vital alcanzar la satisfacción del cliente gracias a que sus productos cubren de mejor manera las necesidades del mismo; por lo que, además de vender el kit de las impresoras, también ofrecen las piezas por separado para que el usuario las ensamble.

Las pymes son un núcleo importante al cual hay que prestarle atención, ya que puede marcar la diferencia en innovación y diseño.

¿Cuáles son los avances?

Diversas industrias ya han realizado destacados experimentos con las impresoras 3D. En el campo de la ciencia, se explora con la bioimpresión (bioprinting), en la que se generarán tejidos y órganos humanos, para lo cual, las biotintas sustituirán los polímeros plásticos.

Como el caso de una prótesis de segmento de tráquea que se construyó con una impresora 3D usando policaprolactona, un material biológico que el cuerpo absorbe en tres años sin que después exista la necesidad de otra cirugía, con el fin de ayudar a un niño que sufría de traqueobroncomalacia”.

Para la industria de la música, también ya se producen guitarras con diseños y formas especiales que de manera habitual no podrían hacerse. Esto se realiza mediante Sinterización Selectiva por Láser (SLS), la cual permite fabricar geometrías complejas con características mecánicas muy específicas y que por supuesto, responden a las peticiones de los clientes haciéndolas más personalizadas.

En la industria del calzado, Nike lanzó los tenis para futbol Vapor Laser Talon. La ventaja estriba en que al utilizar una placa 3D, que permite el ajuste de los tacos al calzado, confiere aceleración y velocidad con una tracción adecuada. Hacer uso de la SLS, también permitió realizar cambios en el diseño en cuestión de horas cuando anteriormente podían llevarse meses, y garantizan hasta diez años de durabilidad.

Incluso, en el Victorias´s Secret Fashion Show, las alas y la lencería que utilizó una de las participantes fueron realizadas con esta tecnología gracias a su asociación con el servicio de impresión Shapeways, ya que con las tendencias que envuelven el mundo de la moda, los diseñadores buscan innovar y satisfacer la demanda de los consumidores en menor tiempo. Además de que el corsé se adaptó perfectamente al cuerpo de la modelo, que para el proceso de impresión en 3D, fue previamente escaneado.

La National Aeronautics and Space Administration (NASA), experimenta con una impresora 3D que facilite a los astronautas prescindir, en la medida de lo posible, de las provisiones que tienen que transportar al espacio. Han previsto que esta impresora llegue a la Estación Espacial Internacional en 2014.

Igualmente, realizan estudios para que en un futuro aún lejano, sea posible la impresión de alimentos seguros, variados y que aporten los nutrientes necesarios cubriendo el tiempo que duren las misiones.

Uno de los desarrollos más significativos, si logra cumplir con las expectativas, es el que llevan a cabo científicos de la Universidad Tecnológica de Michigan, quienes trabajan en una máquina que recicla los residuos que se generan en el hogar, para transformarlo en material para imprimir en 3D. Esto contribuiría considerablemente en la reducción de la energía empleada en este proceso con plástico comercial.

Estos avances nos indican que la impresión 3D podría convertirse en una industria de consumo masivo al poner a nuestro alcance los materiales de producción con la oportunidad de que fabriquemos nuestros propios productos, dando el salto de consumidores a productores.

Se espera que en poco tiempo, en México ya puedan comercializarse las impresoras 3D en tiendas departamentales, por lo que algunos expertos consideran que es lo que abrirá nuevos caminos hacia la creatividad, donde este tipo de impresión será vista como una alternativa y no como un sustituto que afecte de manera negativa a la industria manufacturera.