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Impresión 3D

Diciembre 21, 2021

La impresión 3D es un avance muy importante de tecnologías de fabricación por adición donde un objeto tridimensional es creado mediante la superposición de capas sucesivas de material.[1]​[2]​ Las impresoras 3D son por lo general más rápidas, más baratas y más fáciles de usar que otras tecnologías de fabricación por adición, aunque como cualquier proceso industrial, están sometidas a un compromiso entre su precio de adquisición y la tolerancia en las medidas de los objetos producidos. Las impresoras 3D ofrecen a los desarrolladores de un producto la capacidad para imprimir partes y montajes hechos de diferentes materiales con diferentes propiedades físicas y mecánicas, a menudo con un simple proceso de ensamble. Las tecnologías avanzadas de impresión 3D pueden incluso ofrecer modelos que pueden servir como prototipos de producto.

Sistema de impresión 3D Voxeljet VXC800

Desde 2003 ha habido un gran crecimiento en la venta de impresoras 3D. De manera inversa, el coste de las mismas se ha reducido.[3]​ Esta tecnología también encuentra uso en campos tales como joyería, calzado, diseño industrial, arquitectura, ingeniería y construcción, automoción y sector aeroespacial, industrias médicas, educación, sistemas de información geográfica, ingeniería civil y muchos otros.

Historia

En el año 1976 se desarrollaron equipos y materiales de fabricación de aditivos tempranos. En 1981, Hideo Kodama, del Instituto Municipal de Investigaciones Industriales de Nagoya, inventó dos métodos de fabricación AM de un modelo de plástico tridimensional con un polímero fotoendurecible, en el que el área de exposición a rayos ultravioleta era controlada por un patrón de máscara o transmisor de fibra de barrido.[4]​[5]​ El 16 de julio de 1984, Alain Le Méhauté, Olivier de Witte y Jean Claude André presentaron su patente para el proceso de estereolitografía.[6]​ Esto fue tres semanas antes de que Chuck Hull presentase su propia patente de estereolitografía. La aplicación de los inventores franceses fue abandonada por la compañía General Electric francesa (ahora Alcatel-Alsthom) y CILAS (The Laser Consortium). La razón aducida fue "por falta de perspectiva empresarial". Luego, en 1984, Chuck Hull de la corporación 3D Systems desarrolló un sistema prototipo basado en el proceso llamado como estereolitografía, en el que se añaden capas mediante el curado de fotopolímeros con láseres de rayos ultravioleta. Hull definió el proceso como un «sistema para generar objetos tridimensionales mediante la creación de un patrón transversal del objeto a formar»,[7]​[8]​ pero esto ya había sido inventado por Kodama. La contribución de Hull fue el diseño del formato de archivo STL (STereoLithography) ampliamente aceptado en la actualidad por el software de impresión 3D, así como las estrategias digitales de corte y relleno de volúmenes comunes a muchos procesos actuales. El término «impresión en 3D» se refería originalmente a un proceso que empleaba cabezales de impresión de chorro de tinta estándar y personalizados. Proceso y término inventado en el MIT por el profesor Emanuel Sachs por las mismas fechas.[9]​ La tecnología utilizada por la mayoría de las impresoras 3D hasta la fecha —especialmente los modelos para aficionados y orientados al consumidor— es el modelado por deposición fundida, una aplicación especial de extrusión de plástico.

Principios generales

Video del proceso de impresión en 3D de una mano.

El material de fabricación se deposita en planos virtuales realizados por diseño asistido por ordenador(CAD) o por software de modelado y animación, que la máquina utiliza sucesivamente como guía para la impresión. Dependiendo de la máquina que se utiliza, el material o materiales de unión se deposita inicialmente sobre el lecho de construcción o de la plataforma y se va depositando hasta que el material de estratificación se completa y el modelo 3D final ha sido "impreso". Una interfaz estándar de datos entre el software CAD y las máquinas de impresión es el formato de archivo STL (STL (siglas provenientes del inglés "'STereo Lithography'"'). El STL es un formato de archivo informático de diseño asistido por computadora (CAD) que define la geometría de objetos en 3D, excluyendo información como color, texturas o propiedades físicas que sí incluyen otros formatos CAD. Un archivo STL se aproxima a la forma de una pieza o un ensamblaje utilizando capas horizontales. Facetas más pequeñas producen una superficie de mayor calidad. CAPA es un formato de archivo de entrada que se genera, y archivos como VRML (WRL) a menudo se utilizan como entrada para las tecnologías de impresión 3D, que son capaces de imprimir a todo color.

Tecnologías

Existe multiples tecnologías de impresión 3D con diferentes beneficios y limitaciones que pueden ser utilizadas de forma complementaria.[10]​ Sus principales diferencias se encuentran en los materiales y el proceso utilizado para materializar una capa o sección (recordemos que en estas tecnologías el objeto se construye por capas).

Algunas se basan en la transformación del material ante un cambio térmico como ser el modelado por deposición fundida (FDM o FFF, usualmente conocido como equipos de filamento) y el sinterizado de láser selectivo con sus siglas (SLS), mientras que otro gran grupo opera a través de la fotopolimerización por luz UV de plásticos termoestables (resinas) como ser las tecnologías de estereolitografía (SLA / DLP) o multijet.

Debido a la variedad de materiales disponibles y las fortalezas de cada tecnología muchos usuarios combinan varias tecnologías/impresoras dependiendo de las necesidades particulares de cada aplicación/ necsidad.[11]​ Generalmente las consideraciones principales son velocidad, coste del prototipo impreso, coste de la impresora 3D, elección y coste de materiales, así como la capacidad o no para elegir el color.[12]​

Tipo Tecnologías Materiales
Extrusión Modelado por deposición fundida (FDM /FFF) Termoplásticos, por ejemplo PLA, ABS, HDPE, PA, PETG, PP, PC, poliuretano termoplástico (TPU), metales eutécticos, materiales comestibles
Hilado Fabricación por haz de electrones (EBF3) Casi cualquier aleación
Granulado Sinterizado directo de metal por láser (DMLS) Casi cualquier aleación
Fusión por haz de electrones (EBM) Aleaciones de titanio
Sinterizado selectivo por calor (SHS) Polvo termoplástico
Sinterizado selectivo por láser (SLS) Termoplásticos, polvos metálicos, polvos cerámicos
Proyección aglutinante (DSPC) Yeso
Laminado Laminado de capas (LOM) Papel, papel de aluminio, capa de plástico
Fotoquímicos Estereolitografía (SLA / DLP) fotopolímero
Fotopolimerización por luz ultravioleta (SGC) fotopolímero

Modelado por deposición fundida (en inglés FDM / FFF)

Artículo principal: Modelado por deposición fundida

Usando material en filamentos previamente extruidos, el modelado por deposición fundida, una tecnología desarrollada por Stratasys,[13]​ usa una tobera para depositar material fundido sobre una estructura soporte generalmente en sentido horizontal, capa a capa. Cuando se acaba una capa, se empieza la siguiente. Cada capa puede estar formada por un único objeto, por objetos independientes o por objetos ligados entre sí. No es posible una vez que se ha impreso una capa de descender en altura para hacer una capa inferior. Este sistema es muy usado en prototipado rápido tradicional y, dado su bajo coste, se ha popularizado mucho a nivel doméstico. En este sistema es difícil depositar en el aire una capa que no tenga soporte debajo más allá de una cierta dimensión. El soporte tiene que ser o bien la plataforma inicial o una capa anterior. Para solventar este inconveniente se pueden anadir soportes auxiliares temporales que no forman parte del objeto a construir y que se retiran una vez que el objeto ha sido terminado.

Otro enfoque es fundir de manera selectiva el medio de impresión sobre una base granular. En esta variación el medio no fundido sirve de soporte para los resaltes y paredes delgadas de la pieza a producir, reduciendo así la necesidad de soportes auxiliares temporales. Generalmente se usa un láser para sinterizar el medio y formar el sólido. Ejemplos de esto son el sinterizado selectivo por láser y el sinterizado directo de metal por láser (DMLS) usando metales. Una última variación consiste en usar una resina sintética que se solidifica usando la luz de LEDs.[14]​

El funcionamiento de este tipo de impresoras 3d está ligado al seguimiento de un programa de control numérico en el que están asignados los movimientos que debe hacer la impresora y a qué velocidad debe hacerlos. Para obtener este programa se usan diferentes softwares de corte o slicers, en los que se cargan los diseños creados a partir de un software CAD como Solidworks u otros similares.

Existe una amplia gama de materiales plásticos que pueden usarse en función de las propiedades que se deseen lograr en la pieza impresa en 3d, siendo el PLA el más usado por su bajo precio y facilidad de uso. Del mismo modo, es importante destacar que esta es la técnica más empleada en el sector industrial para crear prototipos, series cortas y piezas funcionales que puedan incorporarse con posterioridad a máquinas más complejas. Su precisión es tal que otros métodos convencionales de la industria, como el mecanizado CNC, está pasando a un segundo plano, pues su coste a nivel de infraestructura y producción también es mayor.[15]​

Fotopolimerización

La fotopolimerización, tal como su nombre lo indica, es una reacción de polimerización inducida por luz. ... Un fotopolímero es un polímero que cambia sus propiedades al ser expuesto a cierto espectro de luz, estos cambios pueden ser estructurales, por ejemplo, endurecimiento del material como resultado de la reticulación.

Estereolitografía

Artículo principal: Estereolitografía

La tecnología estereolitografía (SLA) utiliza resinas líquidas fotopoliméricas que se solidifican cuando son expuestas a la luz emitida por un láser ultravioleta. De esta forma se van creando capas superpuestas de resina sólida que van creando el objeto.

Con este tipo de tecnología se consigue una alta precisión dimensional y el aspecto visual de las piezas creadas con impresoras dotadas de esta tecnología es más liso y uniforme que con la tecnología de modelado por deposición fundida. Por otra parte los materiales usados, las resinas, suelen emitir vapores que pueden resultar nocivos al inhalarse, por lo que es recomendable tomar las medidas de seguridad oportunas, como el uso de mascarillas o gafas de protección.

Las piezas creadas con este tipo de tecnología de impresión 3d deben ser post-procesadas y limpiadas con alcohol isopropílico.

Fotopolimerización por luz ultravioleta

En la fotopolimerización por luz ultravioleta, SGC, un recipiente de polímero líquido es expuesto a la luz de un proyector DLP bajo condiciones controladas. El polímero líquido expuesto endurece; la placa de montaje se mueve hacia abajo en incrementos pequeños y el polímero es expuesto de nuevo a la luz. El proceso se repite hasta que el modelo es construido. El polímero líquido restante es entonces extraído del recipiente, dejando únicamente el modelo sólido.

Fotopolimerización por absorción de fotones

Mediante el mecanismo de fotopolimerización por absorción de fotones se pueden conseguir características ultra pequeñas a través de la técnica de la microfabricación 3D. En esta variación, el objeto 3D deseado es trazado en un bloque de gel con un láser. El gel es curado y se solidifica sólo en los lugares en donde el láser es enfocado debido a la nolinealidad óptica de la fotoexcitación. Después de la etapa de láser, el gel restante es lavado. Esta técnica permite tamaños de menos de 100 nm, siendo fácilmente fabricables tanto en estructuras complejas de partes móviles como de partes fijas.

Impresión con hielo

Recientemente se han desarrollado técnicas que por medio de un enfriamiento controlado de agua tratada, son capaces de producir una auténtica impresión 3D con hielo como material.

Aunque es una tecnología en desarrollo y sus ventajas a largo plazo están aún por ver, el ahorro de material específico para llevar a cabo la impresión, independientemente del coste del proceso, parece una de ellas.[16]​

Kits de impresora

Hay impresoras que se pueden montar desde un kit. A modo de ejemplo, la impresora Prusa i3 tiene como base los siguientes elementos:

  • Piezas impresas, conjunto completo de varillas lisas y roscadas, tornillería, juego de rodamientos, poleas (LM8uu, 608zz y 624zz) y correas modelo GT2.
  • Manuales de montaje, calibración y uso del software principal.
  • Módulo Ramps v1.4, totalmente ensamblado
  • 5 controladores steppers (paso a paso)
  • Mega Arduino compatible [ver más]
  • 3 Finales de carrera mecánicos (endstop)
  • Juego de cinco motores paso a paso NEMA 17 (1.8 deg/step, 40 N/cm).
  • Ventilador para refrigerar la electrónica.

La empresa de impresoras 3D CoLiDo, lanzó al mercado la CoLiDo DiY. Una impresora en kit premontada y configurada que reduce el tiempo de montaje a menos de 20 minutos.

Materiales

Las impresoras 3D no pueden utilizar cualquier material. No obstante, hay una gran variedad de materiales usados para su impresión, como: transparentes, de colores, opacos, flexibles, rígidos, de alta temperatura y resistencia. Este tipo de materiales satisfacen necesidades desde el punto de vista visual y táctil, y además, son muy resistentes y con la fuerza necesaria que los prototipos requieren. El diseño de un producto concreto lleva a escoger el material que debemos utilizar, la impresora y el proceso por el cual se imprimirá. En la revista Metal Actual señalan que:

"En el mercado existen más de 60 tipos de materiales para impresión 3D, que gracias a sus características y propiedades físico-químicas, posibilitan la creación de prototipos perfectos, de gran precisión, excelente nivel de detalle y aplicables casi a todos los sectores industriales" (Andrea Ruiz, 2011, p.34).[17]​

Dentro de los materiales que más se usan, están los que simulan plásticos de ingeniería, llamados filamentos, como Ácido poliláctico y Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). El filamento PLA es un poliéster poliláctico, biodegradable, derivado del maíz. Se presenta en múltiples colores, incluyendo su color natural, e incluyendo colores translucidos y limitados. El ABS es barato y con buena terminación, el material adecuado para prototipado de piezas que requieren una alta resistencia al impacto y golpes fuertes. Este filamento también se presenta en una amplia variedad de colores.

Otro material es la resina.[18]​ Ofrece una mayor resolución que el ABS, simula plásticos estándar que están hechos de polipropileno y es adecuado para modelos que necesiten dureza, flexibilidad y resistencia, como juguetes, cajas de batería, piezas de automóvil y contenedores.

  • Los materiales ABS pueden encontrarse en muchos colores como rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, morado, blanco, gris, negro, color natural del filamento, entre otros.
  • El PLA se presenta en multitud de colores principales: rojo, rosa, anaranjado, amarillo, verde claro y verde fuerte, azul, negro, gris, blanco, su color natural, entre otros.

Tipos de materiales

Los filamentos para impresión 3D vienen caracterizados por el diámetro (en milímetros). Se venden generalmente en bobinas por peso (kg). El grosor del filamento condiciona el mecanismo para fundir el filamento y las boquillas que depositan el material. Los materiales principales son los siguientes:

Acabados

A diferencia de la estereolitografía, la impresión 3D por inyección está optimizada para obtener velocidad, coste bajo y facilidad de uso, todo lo cual hace de ella una técnica muy útil para etapas tempranas del diseño en ingeniería. No son necesarios materiales químicos tóxicos como los usados en estereolitografía y se requiere un mínimo trabajo de post-impresión para el acabado; la única necesidad es el soplado del polvo sobrante después del proceso de impresión, o la retirada de material de soporte en otras técnicas. Las impresiones de polvo coaligado pueden ser endurecidas más tarde por cera, o por impregnación de polímero termoplástico. Las piezas FDM pueden ser endurecidas mediante filtrado de otro metal en la pieza. Con la aparición de materiales de impresión que simulan madera, bronce y otros, y se pueden utilizar distintas técnicas para mejorar los acabados. Por ejemplo el uso de acetona en la impresiones con ABS, el uso de lija y posterior aplicaciones de barniz a las impresiones en materiales con suspensión de madera, finalmente el pulido por abrasión en las impresiones con suspensiones de bronce.

Resolución y tolerancia de impresión

Los conceptos de resolución y tolerancia de impresión aparecen a menudo mezclados, superpuestos e incluso intercambiados.[20]​ Algunos fabricantes prefieren usar un término que englobe a ambos conceptos, tal como precisión dimensional.[21]​

Parece más razonable referir la resolución de una impresora 3D a la capacidad de posicionamiento o de discernimiento de distancias antes de la inyección o depósito de material, mientras que la tolerancia de impresión dependerá, además, del proceso de solidificación o de acabado. Una buena prueba de que pueden ser tomados como conceptos diferentes es que a menudo la tolerancia de impresión suele presentar valores más desfavorables que la resolución.

En cualquier caso, la resolución puede estar dada en espesor de capa en el palno vertical (Z), mientras que en el plano X-Y, puede estarlo por puntos por pulgada (ppp). El espesor típico de capa es del orden de 100 micras (0,1 mm), aunque algunas máquinas tales como el Objet Connex imprimen capas tan delgadas como 16 micras.[22]​ La resolución X-Y es comparable a la de las impresoras láser convencionales. En el caso de que el proceso las use, las partículas son del orden de 50 a 100 micras (0,05-0,1 mm) de diámetro.

La tolerancia final de las dimensiones de la pieza dependerá profundamente, además de la resolución antes descrita, de la tecnología y del material utilizados. Es uno de los parámetros más importantes en la elección del proceso de impresión y del dispositivo, ya que no sólo determinará la propia tolerancia dimensional de la pieza, sino si, en caso de espesores pequeños, dicha pieza es realizable o no.

El límite actual de tolerancia para dispositivos DIY o de bajo coste están en torno a 0,1 - 0,2 mm. Para trabajos de más demanda dimensional, algunos fabricantes son capaces de garantizar tolerancias del orden de las decenas de micras.

Aplicaciones

Los usos de estas tecnologías han cambiado fuertemente gracias al desarrollo de nuevas tecnologías y materiales de alto desempeño. En sus orígenes las principales aplicaciones estaban ligadas al prototipado y desarrollo mientras que hoy podemos encontrar piezas funcionales en aerolíneas comerciales y automóviles de competición. En la actualidad las aplicaciones incluyen visualización de diseños, prototipado/CAD, desarrollo de productos, ingeniería, producción, arquitectura, arqueología, educación, salud y entretenimiento.

Prototipado

En un proceso de desarrollo poder acceder a modelos físicos suma valiosa información en las etapas más tempranas del proceso. De esta forma rápidamente los involucrados en el proyecto pueden validar la funcionalidad desde la interacción del producto con otros componentes, su forma de uso, su interacción con el usuario, etc. De forma adicional se pueden identificar y validar supuestos asociados a la forma de falla o limitaciones y cuestiones críticas a iterar o cuidar en los próximos ciclos de desarrollo. Contar con equipos de prototipado rápido insituo permite a un estudio de diseño iterar y generar 4 o más versiones de un dispositivo en el mismo día.

Productos finales

 
Componente impreso por estereolitografía en Hornero3DX en SLA (Impresora Formlabs modelo Form3 + Resina Tough y Standard Black). Las piezas fueron reemplazo funcional del mecanismo interno de óptica para una serie de automóviles.

La manufactura aditiva posibilita la fabricación a baja escala a costos extremadamente accesibles con inversión inicial nula. Dependiendo de la naturaleza de la pieza en cuestión podemos acceder a una variedad de materiales, terminaciones superficiales y desempeños mecánicos para aplicaciones como ser: sistemas de anclaje, casings, componentes para ruteo de cables o tubuladuras, bisagras, indicadores, sistemas de seguridad, conectores, piezas a medida, weareables, etc. En particular esta tecnología resulta excepcionalmente útil cuando los tiempos de provisión se disparan por complicaciones en la logística o los costos asociados al mantenimiento de un stock mínimo.

Repuestos

 
Repuesto para manlllar para bicicletas publicas del Gob. de la Ciudad de Buenos Aires. Impreso en Hornero 3DX. Impresión por FDM en material PETG

Para el mantenimiento de equipos, maquinas o lineas de producción en casos donde el repuesto original no existe (el fabricante cerro, el modelo se discontinuó, etc) o donde el repuesto tiene un valor elevado para compras por bajo volumen, tiempo de reposición elevado y una tasa de fallas baja que no amerite anticiparse a dicha ocurrencia. Dada la variedad de materiales y el avance de la tecnología en muchos casos los repuestos impresos exceden el desempeño de las partes originales con tiempos entre fallas significativamente mayores a los iniciales.

Jigs y Herramental

En la fabricación, desarrollo o mantenimiento de productos existen muchas ocasiones en las que las herramientas disponibles en el mercado no son compatibles con el producto que está ensamblando o reparando. Las plantillas y accesorios personalizados (jigs and fixtures) ayudan a los operadores a garantizar un trabajo preciso y repetible, por ejemplo, guiando una herramienta o sosteniendo un objeto en su lugar. En un entorno de producción acelerado, esta eficiencia puede marcar una gran diferencia en el resultado final de una empresa.

Educación

Las aplicaciones en educación son enormes, ayudando a los alumnos a visualizar y entender conceptos abstractos. Las aplicaciones en ciencias sociales, ciencias de la naturaleza, matemáticas, arte, historia y, por supuesto, tecnología, tienen el potencial de revolucionar la actividad pedagógica.

Por ejemplo, investigadores docentes del área de Ciencias y Tecnologías Aplicadas del Instituto de Industria de la Universidad Nacional de General Sarmiento (UNGS) desarrollaron dos juegos didácticos desarrollados para la enseñanza y el aprendizaje de conceptos matemáticos destinados a estudiantes con discapacidad visual.[23]​ Se trata de JUDITH, Juego Didáctico para Tareas Hápticas, y de JAIME, Juego de Áreas Impresas para Matemática Elemental. Ambos dispositivos ya están siendo utilizados por estudiantes y docentes de la UNGS y de otras universidades del país. Recientemente también diseñaron Urbis, un dispositivo táctil para representar espacios urbanos, también destinado a estudiantes con discapacidad.

Alimentación

Foodini y ChefJet son algunas de las impresoras 3D de comida más conocidas.[24]​ La propia tecnología permite sustituir algunos procesos y personalizar los ingredientes, tanto en forma como en composición. Algunas de las cadenas que están trabajando en ella son PepsiCo, Singular Bread y Barilla.[25]​[26]​ Destaca la creación de comida elaborada con masas de microalgas, aunque los ingredientes más usados con el chocolate y el azúcar.

Arqueología

La manufactura aditiva se utiliza en la reconstrucción de fósiles en paleontología, replicado de antigüedades o piezas de especial valor en arqueología y reconstrucción de huesos y partes del cuerpo en ciencia forense y patología. El uso de tecnologías de escaneo 3D, permite la réplica de objetos reales sin el uso de procesos de moldeo, que en muchos casos pueden ser más caros, más difíciles y demasiado invasivos para ser llevados a cabo; en particular, con reliquias arqueológicas de alto valor cultural[27]​ donde el contacto directo con sustancias de moldeo puede dañar la superficie del objeto original.

Arte

Se ha sugerido el uso de las tecnologías de impresión 3D en este campo solo desde la década de los 2010.[28]​Artistas han usado impresoras 3D de diferentes maneras.[29]​ Durante el Festival de Diseño de Londres, un montaje, desarrollado por Murray Moss y dirigido a la impresión 3D tuvo lugar en el Museo de Victoria y Alberto. La instalación fue llamada Industrial Revolution 2.0: How the Material World will Newly Materialise.[30]​

Moda

No falta tampoco la ropa impresa en 3D en materiales como el Filaflex; una técnica que ha cautivado a diseñadores como Karl Lagerfeld, Iris van Herpen, Melinda Looi y Danit Peleg, entre otros. De hecho actualmente existe un certamen llamado 3D Fashion Day. Entre las impresoras más destacables de este tipo triunfa una máquina española: la Kniterate.

El fabricante de zapatillas deportivas Adidas, por otra parte, fue pionera en este ámbito, pues ya en 2015 desarrolló unas zapatillas impresas en 3D. Estamos hablando de las FutureCraft 4D. También hallamos lencería, joyas, bolsos y otros accesorios.

Uso en medicina

La impresión 3D aplicada en medicina puede ser por ejemplo un proceso que consiste en la creación de órganos artificiales a partir de un modelo digital con la ayuda de una impresora 3D, en contraposición a las metodologías de reproducción genéticas.[31]​[32]​

En aplicaciones no biológicas, el proceso de impresión 3D es relativamente rápido; bastan tres minutos para el escaneo, dos horas para procesar los datos, y entre cuatro y ocho horas para completar la impresión de los materiales deseados.[33]​

En los últimos años la disminución de costes de producción de las impresoras 3D y la adaptación del código abierto del software que emplean las impresoras está acelerando su expansión, lo cual ha empezado a tener un impacto en otros campos de la ciencia, como en la biología y medicina, dando paso a que numerosos equipos multidisciplinarios de científicos e ingenieros trabajen para resolver las limitaciones actuales de esta tecnología. La técnica de impresión en medicina y otras áreas viene dada por los ingredientes que de momento se pueden utilizar y la velocidad de impresión de las impresoras.[31]​

Con este proceso se busca anatómicamente que el tejido sea capaz de contener las propiedades y las formas necesarias. Además, la capacidad de crear modelos precisos y versátiles permite un mejor aprendizaje, ya que simula muy bien los tipos de tejido, por lo que es posible adaptar partes del cuerpo según la patología y las características del paciente.

Actualmente se han desarrollado métodos de impresión 3D de modelos de segmentos corporales utilizando imágenes de tomografía computarizada u otro tipo de escaneo, lo que permite realizar réplicas de secciones corporales. Éstos generan un símil de la dicha sección corporal, real y tangible, que conserva las proporciones, las relaciones topográficas, la morfología y el color, sin peligro de descomposición ni contaminación. Este recurso computacional ofrece amplias aplicaciones en la docencia de la medicina, manteniendo la conceptualización volumétrica.[34]​

Ingeniería de tejidos

El diseño de tejidos humanos dimensionales es utilizado en las investigaciones médicas para acelerar el proceso de descubrimiento de fármacos, permitiendo que los tratamientos puedan desarrollarse más rápido y a un menor costo. Consiste en una serie de imágenes de un tejido de varias capas 3D que imitan la composición en capas por ejemplo de la pared del vaso sanguíneo. El proceso puede adaptarse para producir los tejidos en una variedad de formas, desde microescala a estructuras más grandes.[35]​

Los avances en impresión de tejidos marcan que en futuro próximo los órganos impresos se puedan implantar y que sean compatibles en los pacientes que necesiten un trasplante. Actualmente existe una empresa, llamada Organovo, que se encarga de la creación de tejidos impresos en 3D.[35]​

El primer paso del proceso consiste en desarrollar los protocolos de los bioprocesos para los bloques de la construcción multicelular, y biotinta, la cual se utiliza para construir bloques del tejido. Los bloques se dispensan a partir de una bioimpresora. Se deposita una capa de hidrogel que se puede utilizar ya sea como soporte, ya que los tejidos se construyen verticalmente, para lograr la tridimensionalidad; o como material de relleno para crear espacios vacíos dentro de los tejidos para imitar las características de tejido nativo. Posteriormente se añaden, sucesivamente y capa a capa, las células para que se fusione y se obtenga la forma deseada.[36]​

En el año 2011, Antohony Atala imprimió un riñón por primera vez. El riñón no era funcional, pero estaba hecho de tejido humano. Lo que busca la biotinta es permitir completar la creación o impresión de órganos artificiales y ser compatible con los organismos vivos.[35]​

Este proceso podrá ahorrar considerable tiempo. Varios estudios demuestran que hacer una impresión 3D de un órgano como un riñón puede suponer unas dos horas, comparado con otros métodos de impresión 3D actuales que son 10 veces más lentos. Sin mencionar que se reducirá el estrés al que las células son usualmente sometidas al pasar por los conductos de los cabezales, con lo que aumentaría su tiempo de vida.[35]​

Por otro lado, dentro del campo de la impresión de tejidos, uno de los problemas es el sistema vascular, dado que son operaciones quirúrgicas peligrosas y es necesario mejorar la técnica. La difusión molecular solo puede asegurar el intercambio de oxígeno y nutrientes hasta una distancia de 100μ, por lo cual una posible solución ha sido la implantación de múltiples capas de tejido. De esta forma, dado que el grosor de cada una de estas capas es de 80μ, el oxígeno se puede difundir. El objetivo fue implantar tejido de miocardio, consiguiendo que el sistema celular del paciente vascularice para volver a implantar las capas. Como resultado se ha comprobado la eficacia de este método de autoensamblaje en casos prácticos como la construcción de orejas. En el 2013 se publicó el proceso que permite replicar una oreja con un molde de colágeno, relleno con células. Estas orejas artificiales ya se han logrado implantar con éxito en animales.[35]​

Uso doméstico

 
RepRap versión 2.0 (Mendel).

Han existido diferentes esfuerzos, a veces relacionados entre sí, para desarrollar impresoras 3D adecuadas para su uso de "sobremesa" y conseguir que esta tecnología esté disponible a precios asumibles para el gran público. Gran cantidad de estos trabajos han sido dirigidos y enfocados hacia los entusiastas del DIY o las comunidades de 'early adopters', ambos con conexiones con el mundo académico y 'hacker'.[37]​

  • RepRap

RepRap es un proyecto para el desarrollo de una impresora 3D de código abierto gratuito FOSS, cuyas especificaciones completas son distribuidas bajo la Licencia General Pública GNU. Esta impresora puede imprimir muchas partes de sí misma. En fecha de noviembre de 2010 la RepRap puede únicamente imprimir sus partes plásticas. Desde entonces se está llevando a cabo un desarrollo para dotar al dispositivo de la capacidad de imprimir sus propias placas de circuitos también, así como sus piezas de metal.

  • Equipos

Están disponibles kits de impresoras para montarlas uno mismo. [38]​ Los precios de estos kits de impresoras varían desde los 500 USD por el Printrbot derivado de modelos previos de la RepRap,[39]​ hasta 1800 USD. El MakerBot es una impresora 3D de código abierto de MakerBot Industries.

Fabricantes, representantes y proveedores de servicios

Fabricantes

Compañías tales como HP, GE Additive, Objet Geometries, Industrias Viwa, Voxeljet, Stratasys, 3D Systems, EOS GmbH, Membino GmbH, Ultimaker, Formlabs, Zortrax, BCN3D son proveedores de impresoras industriales.Otras como Asturbot o Velleman proveen kits para crear tu propia impresora 3D. Además hay proveedores especializados en componentes para impresoras 3D, como ThingiBOX, Reprapworld, BricoGeek o i3Dlc.

El Centro de estudios Ingleses Context desarrolló un estudio en el que recientemente desveló quienes fueron los principales vendedores de impresoras 3D en 2017. La conclusión final es: HP y GE Additive, filial de fabricación aditiva de General Electric, que se encuentran en el TOP de las 5 principales empresas dedicadas a las tecnologías 3D.

Fue hace cerca de dos años que el gigante norteamericano General Electric anunció la compra de Concept Laser, adquiriendo posteriormente Arcam, principales fabricantes europeos de impresoras 3D industriales.[40]​

Por otro lado entre los vendedores de impresoras 3D destacado se encuentra HP, que si se ha especializado en la fabricación aditiva de polímeros mediante su tecnología Multi Jet Fusion, ha tenido ganancias de $ 97,3 millones, de acuerdo al estudio inglés ha tenido un crecimiento de 7,760% en comparación con el año anterior el año anterior. Con una cuota de mercado del 6%, HP podría estar muy por delante de los gigantes Stratasys o 3D Systems gracias a su sólida red de socios y a su primera respuesta prometedora. Su nueva línea de máquinas también podría transformar el mercado y colocar al fabricante estadounidense por delante en el tablero.[41]​

Representantes

En muchos casos los fabricantes operan con redes de revendedores y representantes locales. Esto les permite una mayor penetración en los mercados locales, provee la posibilidad de contar con soporte técnico local y acerca la solución de la mano de especialistas con experiencia en las dinámicas e industrias regionales. En este caso podemos encontrar empresas como 3DCriar en Brasil representando Ultimaker, Formlabs, ZMorph y DaVinci; Hornero3DX en Argentina representando Ultimaker, Formlabs, Zortrax, BCN3D y BASF; Century3D en Mexico representando Ultimaker, Markforged, Formlabs, 3DSystems y otros

Proveedores de Servicios

Existen multiples proveedores de servicios de impresión3D y diseño a demanda. Algunas compañías como Fabricando3D, Shapeways, Sculpteo, Ponoko, Vulcano3D o Cresilas, ofrecen servicios de impresión 3D en línea, abiertos tanto a la industria como a clientes individuales.[42]​ Una vez enviado el diseño 3D en el formato pedido, la compañía se hace cargo de la impresión y del envío de la pieza terminada al cliente.[43]​ Otras empresas como Hornero3DX en Argentina ofrecen servicios combinados de manufactura aditiva, diseño, consultoría y capacitación dependiendo de las necesidades puntuales de cada industria y cliente particular.

Véase también

Referencias

  1. Leal, Silvia (11 de noviembre de 2015). E-Renovarse o morir: 7 Tendencias tecnológicas para convertirte en un líder digital. LID Editorial. ISBN 9788483562703. Consultado el 1 de diciembre de 2017. 
  2. . Archivado desde el original el 3 de marzo de 2012. Consultado el 25 de noviembre de 2011. 
  3. . Ptonline.com. Archivado desde el original el 23 de enero de 2010. Consultado el 1 de septiembre de 2009. 
  4. Hideo Kodama, "A Scheme for Three-Dimensional Display by Automatic Fabrication of Three-Dimensional Model," IEICE TRANSACTIONS on Electronics (Japanese Edition), vol.J64-C, No.4, pp.237–241, April 1981
  5. Hideo Kodama, "Automatic method for fabricating a three-dimensional plastic model with photo-hardening polymer," Review of Scientific Instruments, Vol. 52, No. 11, pp. 1770–1773, November 1981
  6. Jean-Claude, Andre. «Disdpositif pour realiser un modele de piece industrielle». National De La Propriete Industrielle. 
  7. Patente USPTO n.º 4575330: «Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography (1984-08-08)»
  8. Freedman, David H (2012). «Layer By Layer». Technology Review 115 (1): 50-53. 
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Enlaces externos

  • Página sobre impresión 3D
  • New Dimension 3D Printing Machines
  • 3D Printing, The Next Napster?
  • New York Times: 3-D Printing Spurs a Manufacturing Revolution
  • Times Online article - Microtrends: 3D Printing
  • 3D printer reshapes world of copying
  • 3D Printing for the Masses (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última).
  • 'Gadget printer' promises industrial revolution New Scientist
  • A Factory on Your Desk
  • 3D Printing: The Printed World from The Economist
  • What is 3D printing? A beginners guide to the desktop factory
  • EADS Airbike made of steel-strength nylon
  • Impresora 3D gigante para construir casas en 24 horas.
  • En Ámsterdam ya están construyendo casas usando una impresora 3D gigante, el dispositivo se llama KamerMaker.
  • Cinema 4D
  •   Datos: Q229367
  •   Multimedia: 3D printing

Diciembre 21, 2021
impresión, impresión, avance, importante, tecnologías, fabricación, adición, donde, objeto, tridimensional, creado, mediante, superposición, capas, sucesivas, material, impresoras, general, más, rápidas, más, baratas, más, fáciles, usar, otras, tecnologías, fa. La impresion 3D es un avance muy importante de tecnologias de fabricacion por adicion donde un objeto tridimensional es creado mediante la superposicion de capas sucesivas de material 1 2 Las impresoras 3D son por lo general mas rapidas mas baratas y mas faciles de usar que otras tecnologias de fabricacion por adicion aunque como cualquier proceso industrial estan sometidas a un compromiso entre su precio de adquisicion y la tolerancia en las medidas de los objetos producidos Las impresoras 3D ofrecen a los desarrolladores de un producto la capacidad para imprimir partes y montajes hechos de diferentes materiales con diferentes propiedades fisicas y mecanicas a menudo con un simple proceso de ensamble Las tecnologias avanzadas de impresion 3D pueden incluso ofrecer modelos que pueden servir como prototipos de producto Sistema de impresion 3D Voxeljet VXC800 Desde 2003 ha habido un gran crecimiento en la venta de impresoras 3D De manera inversa el coste de las mismas se ha reducido 3 Esta tecnologia tambien encuentra uso en campos tales como joyeria calzado diseno industrial arquitectura ingenieria y construccion automocion y sector aeroespacial industrias medicas educacion sistemas de informacion geografica ingenieria civil y muchos otros Indice 1 Historia 2 Principios generales 3 Tecnologias 3 1 Modelado por deposicion fundida en ingles FDM FFF 3 2 Fotopolimerizacion 3 3 Estereolitografia 3 4 Fotopolimerizacion por luz ultravioleta 3 5 Fotopolimerizacion por absorcion de fotones 3 6 Impresion con hielo 4 Kits de impresora 5 Materiales 5 1 Tipos de materiales 6 Acabados 7 Resolucion y tolerancia de impresion 8 Aplicaciones 8 1 Prototipado 8 2 Productos finales 8 3 Repuestos 8 4 Jigs y Herramental 8 5 Educacion 8 6 Alimentacion 8 7 Arqueologia 8 8 Arte 8 9 Moda 9 Uso en medicina 9 1 Ingenieria de tejidos 10 Uso domestico 11 Fabricantes representantes y proveedores de servicios 11 1 Fabricantes 11 2 Representantes 11 3 Proveedores de Servicios 12 Vease tambien 13 Referencias 13 1 Bibliografia 14 Enlaces externosHistoria EditarEn el ano 1976 se desarrollaron equipos y materiales de fabricacion de aditivos tempranos En 1981 Hideo Kodama del Instituto Municipal de Investigaciones Industriales de Nagoya invento dos metodos de fabricacion AM de un modelo de plastico tridimensional con un polimero fotoendurecible en el que el area de exposicion a rayos ultravioleta era controlada por un patron de mascara o transmisor de fibra de barrido 4 5 El 16 de julio de 1984 Alain Le Mehaute Olivier de Witte y Jean Claude Andre presentaron su patente para el proceso de estereolitografia 6 Esto fue tres semanas antes de que Chuck Hull presentase su propia patente de estereolitografia La aplicacion de los inventores franceses fue abandonada por la compania General Electric francesa ahora Alcatel Alsthom y CILAS The Laser Consortium La razon aducida fue por falta de perspectiva empresarial Luego en 1984 Chuck Hull de la corporacion 3D Systems desarrollo un sistema prototipo basado en el proceso llamado como estereolitografia en el que se anaden capas mediante el curado de fotopolimeros con laseres de rayos ultravioleta Hull definio el proceso como un sistema para generar objetos tridimensionales mediante la creacion de un patron transversal del objeto a formar 7 8 pero esto ya habia sido inventado por Kodama La contribucion de Hull fue el diseno del formato de archivo STL STereoLithography ampliamente aceptado en la actualidad por el software de impresion 3D asi como las estrategias digitales de corte y relleno de volumenes comunes a muchos procesos actuales El termino impresion en 3D se referia originalmente a un proceso que empleaba cabezales de impresion de chorro de tinta estandar y personalizados Proceso y termino inventado en el MIT por el profesor Emanuel Sachs por las mismas fechas 9 La tecnologia utilizada por la mayoria de las impresoras 3D hasta la fecha especialmente los modelos para aficionados y orientados al consumidor es el modelado por deposicion fundida una aplicacion especial de extrusion de plastico Principios generales Editar Reproducir contenido multimedia Video del proceso de impresion en 3D de una mano El material de fabricacion se deposita en planos virtuales realizados por diseno asistido por ordenador CAD o por software de modelado y animacion que la maquina utiliza sucesivamente como guia para la impresion Dependiendo de la maquina que se utiliza el material o materiales de union se deposita inicialmente sobre el lecho de construccion o de la plataforma y se va depositando hasta que el material de estratificacion se completa y el modelo 3D final ha sido impreso Una interfaz estandar de datos entre el software CAD y las maquinas de impresion es el formato de archivo STL STL siglas provenientes del ingles STereo Lithography El STL es un formato de archivo informatico de diseno asistido por computadora CAD que define la geometria de objetos en 3D excluyendo informacion como color texturas o propiedades fisicas que si incluyen otros formatos CAD Un archivo STL se aproxima a la forma de una pieza o un ensamblaje utilizando capas horizontales Facetas mas pequenas producen una superficie de mayor calidad CAPA es un formato de archivo de entrada que se genera y archivos como VRML WRL a menudo se utilizan como entrada para las tecnologias de impresion 3D que son capaces de imprimir a todo color Tecnologias EditarExiste multiples tecnologias de impresion 3D con diferentes beneficios y limitaciones que pueden ser utilizadas de forma complementaria 10 Sus principales diferencias se encuentran en los materiales y el proceso utilizado para materializar una capa o seccion recordemos que en estas tecnologias el objeto se construye por capas Algunas se basan en la transformacion del material ante un cambio termico como ser el modelado por deposicion fundida FDM o FFF usualmente conocido como equipos de filamento y el sinterizado de laser selectivo con sus siglas SLS mientras que otro gran grupo opera a traves de la fotopolimerizacion por luz UV de plasticos termoestables resinas como ser las tecnologias de estereolitografia SLA DLP o multijet Debido a la variedad de materiales disponibles y las fortalezas de cada tecnologia muchos usuarios combinan varias tecnologias impresoras dependiendo de las necesidades particulares de cada aplicacion necsidad 11 Generalmente las consideraciones principales son velocidad coste del prototipo impreso coste de la impresora 3D eleccion y coste de materiales asi como la capacidad o no para elegir el color 12 Tipo Tecnologias MaterialesExtrusion Modelado por deposicion fundida FDM FFF Termoplasticos por ejemplo PLA ABS HDPE PA PETG PP PC poliuretano termoplastico TPU metales eutecticos materiales comestiblesHilado Fabricacion por haz de electrones EBF3 Casi cualquier aleacionGranulado Sinterizado directo de metal por laser DMLS Casi cualquier aleacionFusion por haz de electrones EBM Aleaciones de titanioSinterizado selectivo por calor SHS Polvo termoplasticoSinterizado selectivo por laser SLS Termoplasticos polvos metalicos polvos ceramicosProyeccion aglutinante DSPC YesoLaminado Laminado de capas LOM Papel papel de aluminio capa de plasticoFotoquimicos Estereolitografia SLA DLP fotopolimeroFotopolimerizacion por luz ultravioleta SGC fotopolimeroModelado por deposicion fundida en ingles FDM FFF Editar Articulo principal Modelado por deposicion fundida Usando material en filamentos previamente extruidos el modelado por deposicion fundida una tecnologia desarrollada por Stratasys 13 usa una tobera para depositar material fundido sobre una estructura soporte generalmente en sentido horizontal capa a capa Cuando se acaba una capa se empieza la siguiente Cada capa puede estar formada por un unico objeto por objetos independientes o por objetos ligados entre si No es posible una vez que se ha impreso una capa de descender en altura para hacer una capa inferior Este sistema es muy usado en prototipado rapido tradicional y dado su bajo coste se ha popularizado mucho a nivel domestico En este sistema es dificil depositar en el aire una capa que no tenga soporte debajo mas alla de una cierta dimension El soporte tiene que ser o bien la plataforma inicial o una capa anterior Para solventar este inconveniente se pueden anadir soportes auxiliares temporales que no forman parte del objeto a construir y que se retiran una vez que el objeto ha sido terminado Otro enfoque es fundir de manera selectiva el medio de impresion sobre una base granular En esta variacion el medio no fundido sirve de soporte para los resaltes y paredes delgadas de la pieza a producir reduciendo asi la necesidad de soportes auxiliares temporales Generalmente se usa un laser para sinterizar el medio y formar el solido Ejemplos de esto son el sinterizado selectivo por laser y el sinterizado directo de metal por laser DMLS usando metales Una ultima variacion consiste en usar una resina sintetica que se solidifica usando la luz de LEDs 14 El funcionamiento de este tipo de impresoras 3d esta ligado al seguimiento de un programa de control numerico en el que estan asignados los movimientos que debe hacer la impresora y a que velocidad debe hacerlos Para obtener este programa se usan diferentes softwares de corte o slicers en los que se cargan los disenos creados a partir de un software CAD como Solidworks u otros similares Existe una amplia gama de materiales plasticos que pueden usarse en funcion de las propiedades que se deseen lograr en la pieza impresa en 3d siendo el PLA el mas usado por su bajo precio y facilidad de uso Del mismo modo es importante destacar que esta es la tecnica mas empleada en el sector industrial para crear prototipos series cortas y piezas funcionales que puedan incorporarse con posterioridad a maquinas mas complejas Su precision es tal que otros metodos convencionales de la industria como el mecanizado CNC esta pasando a un segundo plano pues su coste a nivel de infraestructura y produccion tambien es mayor 15 Fotopolimerizacion Editar La fotopolimerizacion tal como su nombre lo indica es una reaccion de polimerizacion inducida por luz Un fotopolimero es un polimero que cambia sus propiedades al ser expuesto a cierto espectro de luz estos cambios pueden ser estructurales por ejemplo endurecimiento del material como resultado de la reticulacion Estereolitografia Editar Articulo principal Estereolitografia La tecnologia estereolitografia SLA utiliza resinas liquidas fotopolimericas que se solidifican cuando son expuestas a la luz emitida por un laser ultravioleta De esta forma se van creando capas superpuestas de resina solida que van creando el objeto Con este tipo de tecnologia se consigue una alta precision dimensional y el aspecto visual de las piezas creadas con impresoras dotadas de esta tecnologia es mas liso y uniforme que con la tecnologia de modelado por deposicion fundida Por otra parte los materiales usados las resinas suelen emitir vapores que pueden resultar nocivos al inhalarse por lo que es recomendable tomar las medidas de seguridad oportunas como el uso de mascarillas o gafas de proteccion Las piezas creadas con este tipo de tecnologia de impresion 3d deben ser post procesadas y limpiadas con alcohol isopropilico Fotopolimerizacion por luz ultravioleta Editar En la fotopolimerizacion por luz ultravioleta SGC un recipiente de polimero liquido es expuesto a la luz de un proyector DLP bajo condiciones controladas El polimero liquido expuesto endurece la placa de montaje se mueve hacia abajo en incrementos pequenos y el polimero es expuesto de nuevo a la luz El proceso se repite hasta que el modelo es construido El polimero liquido restante es entonces extraido del recipiente dejando unicamente el modelo solido Fotopolimerizacion por absorcion de fotones Editar Mediante el mecanismo de fotopolimerizacion por absorcion de fotones se pueden conseguir caracteristicas ultra pequenas a traves de la tecnica de la microfabricacion 3D En esta variacion el objeto 3D deseado es trazado en un bloque de gel con un laser El gel es curado y se solidifica solo en los lugares en donde el laser es enfocado debido a la nolinealidad optica de la fotoexcitacion Despues de la etapa de laser el gel restante es lavado Esta tecnica permite tamanos de menos de 100 nm siendo facilmente fabricables tanto en estructuras complejas de partes moviles como de partes fijas Impresion con hielo Editar Recientemente se han desarrollado tecnicas que por medio de un enfriamiento controlado de agua tratada son capaces de producir una autentica impresion 3D con hielo como material Aunque es una tecnologia en desarrollo y sus ventajas a largo plazo estan aun por ver el ahorro de material especifico para llevar a cabo la impresion independientemente del coste del proceso parece una de ellas 16 Kits de impresora EditarHay impresoras que se pueden montar desde un kit A modo de ejemplo la impresora Prusa i3 tiene como base los siguientes elementos Piezas impresas conjunto completo de varillas lisas y roscadas tornilleria juego de rodamientos poleas LM8uu 608zz y 624zz y correas modelo GT2 Manuales de montaje calibracion y uso del software principal Modulo Ramps v1 4 totalmente ensamblado 5 controladores steppers paso a paso Mega Arduino compatible ver mas 3 Finales de carrera mecanicos endstop Juego de cinco motores paso a paso NEMA 17 1 8 deg step 40 N cm Ventilador para refrigerar la electronica La empresa de impresoras 3D CoLiDo lanzo al mercado la CoLiDo DiY Una impresora en kit premontada y configurada que reduce el tiempo de montaje a menos de 20 minutos Materiales EditarLas impresoras 3D no pueden utilizar cualquier material No obstante hay una gran variedad de materiales usados para su impresion como transparentes de colores opacos flexibles rigidos de alta temperatura y resistencia Este tipo de materiales satisfacen necesidades desde el punto de vista visual y tactil y ademas son muy resistentes y con la fuerza necesaria que los prototipos requieren El diseno de un producto concreto lleva a escoger el material que debemos utilizar la impresora y el proceso por el cual se imprimira En la revista Metal Actual senalan que En el mercado existen mas de 60 tipos de materiales para impresion 3D que gracias a sus caracteristicas y propiedades fisico quimicas posibilitan la creacion de prototipos perfectos de gran precision excelente nivel de detalle y aplicables casi a todos los sectores industriales Andrea Ruiz 2011 p 34 17 Dentro de los materiales que mas se usan estan los que simulan plasticos de ingenieria llamados filamentos como Acido polilactico y Acrilonitrilo butadieno estireno ABS El filamento PLA es un poliester polilactico biodegradable derivado del maiz Se presenta en multiples colores incluyendo su color natural e incluyendo colores translucidos y limitados El ABS es barato y con buena terminacion el material adecuado para prototipado de piezas que requieren una alta resistencia al impacto y golpes fuertes Este filamento tambien se presenta en una amplia variedad de colores Otro material es la resina 18 Ofrece una mayor resolucion que el ABS simula plasticos estandar que estan hechos de polipropileno y es adecuado para modelos que necesiten dureza flexibilidad y resistencia como juguetes cajas de bateria piezas de automovil y contenedores Los materiales ABS pueden encontrarse en muchos colores como rojo anaranjado amarillo verde azul morado blanco gris negro color natural del filamento entre otros El PLA se presenta en multitud de colores principales rojo rosa anaranjado amarillo verde claro y verde fuerte azul negro gris blanco su color natural entre otros Tipos de materiales Editar Los filamentos para impresion 3D vienen caracterizados por el diametro en milimetros Se venden generalmente en bobinas por peso kg El grosor del filamento condiciona el mecanismo para fundir el filamento y las boquillas que depositan el material Los materiales principales son los siguientes Acido polilactico PLA el mas utilizado Laywoo d3 compuesto madera polimero similar al PLA 19 Acrilonitrilo butadieno estireno ABS Poliestireno de alto impacto HIPS Tereftalato de polietileno PET Elastomero termoplastico TPE siendo el mas habitual el TPU poliuretano termoplastico Nylon Metal amorfo BGM Acabados EditarA diferencia de la estereolitografia la impresion 3D por inyeccion esta optimizada para obtener velocidad coste bajo y facilidad de uso todo lo cual hace de ella una tecnica muy util para etapas tempranas del diseno en ingenieria No son necesarios materiales quimicos toxicos como los usados en estereolitografia y se requiere un minimo trabajo de post impresion para el acabado la unica necesidad es el soplado del polvo sobrante despues del proceso de impresion o la retirada de material de soporte en otras tecnicas Las impresiones de polvo coaligado pueden ser endurecidas mas tarde por cera o por impregnacion de polimero termoplastico Las piezas FDM pueden ser endurecidas mediante filtrado de otro metal en la pieza Con la aparicion de materiales de impresion que simulan madera bronce y otros y se pueden utilizar distintas tecnicas para mejorar los acabados Por ejemplo el uso de acetona en la impresiones con ABS el uso de lija y posterior aplicaciones de barniz a las impresiones en materiales con suspension de madera finalmente el pulido por abrasion en las impresiones con suspensiones de bronce Resolucion y tolerancia de impresion EditarLos conceptos de resolucion y tolerancia de impresion aparecen a menudo mezclados superpuestos e incluso intercambiados 20 Algunos fabricantes prefieren usar un termino que englobe a ambos conceptos tal como precision dimensional 21 Parece mas razonable referir la resolucion de una impresora 3D a la capacidad de posicionamiento o de discernimiento de distancias antes de la inyeccion o deposito de material mientras que la tolerancia de impresion dependera ademas del proceso de solidificacion o de acabado Una buena prueba de que pueden ser tomados como conceptos diferentes es que a menudo la tolerancia de impresion suele presentar valores mas desfavorables que la resolucion En cualquier caso la resolucion puede estar dada en espesor de capa en el palno vertical Z mientras que en el plano X Y puede estarlo por puntos por pulgada ppp El espesor tipico de capa es del orden de 100 micras 0 1 mm aunque algunas maquinas tales como el Objet Connex imprimen capas tan delgadas como 16 micras 22 La resolucion X Y es comparable a la de las impresoras laser convencionales En el caso de que el proceso las use las particulas son del orden de 50 a 100 micras 0 05 0 1 mm de diametro La tolerancia final de las dimensiones de la pieza dependera profundamente ademas de la resolucion antes descrita de la tecnologia y del material utilizados Es uno de los parametros mas importantes en la eleccion del proceso de impresion y del dispositivo ya que no solo determinara la propia tolerancia dimensional de la pieza sino si en caso de espesores pequenos dicha pieza es realizable o no El limite actual de tolerancia para dispositivos DIY o de bajo coste estan en torno a 0 1 0 2 mm Para trabajos de mas demanda dimensional algunos fabricantes son capaces de garantizar tolerancias del orden de las decenas de micras Aplicaciones EditarLos usos de estas tecnologias han cambiado fuertemente gracias al desarrollo de nuevas tecnologias y materiales de alto desempeno En sus origenes las principales aplicaciones estaban ligadas al prototipado y desarrollo mientras que hoy podemos encontrar piezas funcionales en aerolineas comerciales y automoviles de competicion En la actualidad las aplicaciones incluyen visualizacion de disenos prototipado CAD desarrollo de productos ingenieria produccion arquitectura arqueologia educacion salud y entretenimiento Prototipado Editar En un proceso de desarrollo poder acceder a modelos fisicos suma valiosa informacion en las etapas mas tempranas del proceso De esta forma rapidamente los involucrados en el proyecto pueden validar la funcionalidad desde la interaccion del producto con otros componentes su forma de uso su interaccion con el usuario etc De forma adicional se pueden identificar y validar supuestos asociados a la forma de falla o limitaciones y cuestiones criticas a iterar o cuidar en los proximos ciclos de desarrollo Contar con equipos de prototipado rapido insituo permite a un estudio de diseno iterar y generar 4 o mas versiones de un dispositivo en el mismo dia Productos finales Editar Componente impreso por estereolitografia en Hornero3DX en SLA Impresora Formlabs modelo Form3 Resina Tough y Standard Black Las piezas fueron reemplazo funcional del mecanismo interno de optica para una serie de automoviles La manufactura aditiva posibilita la fabricacion a baja escala a costos extremadamente accesibles con inversion inicial nula Dependiendo de la naturaleza de la pieza en cuestion podemos acceder a una variedad de materiales terminaciones superficiales y desempenos mecanicos para aplicaciones como ser sistemas de anclaje casings componentes para ruteo de cables o tubuladuras bisagras indicadores sistemas de seguridad conectores piezas a medida weareables etc En particular esta tecnologia resulta excepcionalmente util cuando los tiempos de provision se disparan por complicaciones en la logistica o los costos asociados al mantenimiento de un stock minimo Repuestos Editar Repuesto para manlllar para bicicletas publicas del Gob de la Ciudad de Buenos Aires Impreso en Hornero 3DX Impresion por FDM en material PETG Para el mantenimiento de equipos maquinas o lineas de produccion en casos donde el repuesto original no existe el fabricante cerro el modelo se discontinuo etc o donde el repuesto tiene un valor elevado para compras por bajo volumen tiempo de reposicion elevado y una tasa de fallas baja que no amerite anticiparse a dicha ocurrencia Dada la variedad de materiales y el avance de la tecnologia en muchos casos los repuestos impresos exceden el desempeno de las partes originales con tiempos entre fallas significativamente mayores a los iniciales Jigs y Herramental Editar En la fabricacion desarrollo o mantenimiento de productos existen muchas ocasiones en las que las herramientas disponibles en el mercado no son compatibles con el producto que esta ensamblando o reparando Las plantillas y accesorios personalizados jigs and fixtures ayudan a los operadores a garantizar un trabajo preciso y repetible por ejemplo guiando una herramienta o sosteniendo un objeto en su lugar En un entorno de produccion acelerado esta eficiencia puede marcar una gran diferencia en el resultado final de una empresa Educacion Editar Las aplicaciones en educacion son enormes ayudando a los alumnos a visualizar y entender conceptos abstractos Las aplicaciones en ciencias sociales ciencias de la naturaleza matematicas arte historia y por supuesto tecnologia tienen el potencial de revolucionar la actividad pedagogica Por ejemplo investigadores docentes del area de Ciencias y Tecnologias Aplicadas del Instituto de Industria de la Universidad Nacional de General Sarmiento UNGS desarrollaron dos juegos didacticos desarrollados para la ensenanza y el aprendizaje de conceptos matematicos destinados a estudiantes con discapacidad visual 23 Se trata de JUDITH Juego Didactico para Tareas Hapticas y de JAIME Juego de Areas Impresas para Matematica Elemental Ambos dispositivos ya estan siendo utilizados por estudiantes y docentes de la UNGS y de otras universidades del pais Recientemente tambien disenaron Urbis un dispositivo tactil para representar espacios urbanos tambien destinado a estudiantes con discapacidad Alimentacion Editar Foodini y ChefJet son algunas de las impresoras 3D de comida mas conocidas 24 La propia tecnologia permite sustituir algunos procesos y personalizar los ingredientes tanto en forma como en composicion Algunas de las cadenas que estan trabajando en ella son PepsiCo Singular Bread y Barilla 25 26 Destaca la creacion de comida elaborada con masas de microalgas aunque los ingredientes mas usados con el chocolate y el azucar Arqueologia Editar La manufactura aditiva se utiliza en la reconstruccion de fosiles en paleontologia replicado de antiguedades o piezas de especial valor en arqueologia y reconstruccion de huesos y partes del cuerpo en ciencia forense y patologia El uso de tecnologias de escaneo 3D permite la replica de objetos reales sin el uso de procesos de moldeo que en muchos casos pueden ser mas caros mas dificiles y demasiado invasivos para ser llevados a cabo en particular con reliquias arqueologicas de alto valor cultural 27 donde el contacto directo con sustancias de moldeo puede danar la superficie del objeto original Arte Editar Se ha sugerido el uso de las tecnologias de impresion 3D en este campo solo desde la decada de los 2010 28 Artistas han usado impresoras 3D de diferentes maneras 29 Durante el Festival de Diseno de Londres un montaje desarrollado por Murray Moss y dirigido a la impresion 3D tuvo lugar en el Museo de Victoria y Alberto La instalacion fue llamada Industrial Revolution 2 0 How the Material World will Newly Materialise 30 Moda Editar No falta tampoco la ropa impresa en 3D en materiales como el Filaflex una tecnica que ha cautivado a disenadores como Karl Lagerfeld Iris van Herpen Melinda Looi y Danit Peleg entre otros De hecho actualmente existe un certamen llamado 3D Fashion Day Entre las impresoras mas destacables de este tipo triunfa una maquina espanola la Kniterate El fabricante de zapatillas deportivas Adidas por otra parte fue pionera en este ambito pues ya en 2015 desarrollo unas zapatillas impresas en 3D Estamos hablando de las FutureCraft 4D Tambien hallamos lenceria joyas bolsos y otros accesorios Uso en medicina EditarLa impresion 3D aplicada en medicina puede ser por ejemplo un proceso que consiste en la creacion de organos artificiales a partir de un modelo digital con la ayuda de una impresora 3D en contraposicion a las metodologias de reproduccion geneticas 31 32 En aplicaciones no biologicas el proceso de impresion 3D es relativamente rapido bastan tres minutos para el escaneo dos horas para procesar los datos y entre cuatro y ocho horas para completar la impresion de los materiales deseados 33 En los ultimos anos la disminucion de costes de produccion de las impresoras 3D y la adaptacion del codigo abierto del software que emplean las impresoras esta acelerando su expansion lo cual ha empezado a tener un impacto en otros campos de la ciencia como en la biologia y medicina dando paso a que numerosos equipos multidisciplinarios de cientificos e ingenieros trabajen para resolver las limitaciones actuales de esta tecnologia La tecnica de impresion en medicina y otras areas viene dada por los ingredientes que de momento se pueden utilizar y la velocidad de impresion de las impresoras 31 Con este proceso se busca anatomicamente que el tejido sea capaz de contener las propiedades y las formas necesarias Ademas la capacidad de crear modelos precisos y versatiles permite un mejor aprendizaje ya que simula muy bien los tipos de tejido por lo que es posible adaptar partes del cuerpo segun la patologia y las caracteristicas del paciente Actualmente se han desarrollado metodos de impresion 3D de modelos de segmentos corporales utilizando imagenes de tomografia computarizada u otro tipo de escaneo lo que permite realizar replicas de secciones corporales Estos generan un simil de la dicha seccion corporal real y tangible que conserva las proporciones las relaciones topograficas la morfologia y el color sin peligro de descomposicion ni contaminacion Este recurso computacional ofrece amplias aplicaciones en la docencia de la medicina manteniendo la conceptualizacion volumetrica 34 Ingenieria de tejidos Editar El diseno de tejidos humanos dimensionales es utilizado en las investigaciones medicas para acelerar el proceso de descubrimiento de farmacos permitiendo que los tratamientos puedan desarrollarse mas rapido y a un menor costo Consiste en una serie de imagenes de un tejido de varias capas 3D que imitan la composicion en capas por ejemplo de la pared del vaso sanguineo El proceso puede adaptarse para producir los tejidos en una variedad de formas desde microescala a estructuras mas grandes 35 Los avances en impresion de tejidos marcan que en futuro proximo los organos impresos se puedan implantar y que sean compatibles en los pacientes que necesiten un trasplante Actualmente existe una empresa llamada Organovo que se encarga de la creacion de tejidos impresos en 3D 35 El primer paso del proceso consiste en desarrollar los protocolos de los bioprocesos para los bloques de la construccion multicelular y biotinta la cual se utiliza para construir bloques del tejido Los bloques se dispensan a partir de una bioimpresora Se deposita una capa de hidrogel que se puede utilizar ya sea como soporte ya que los tejidos se construyen verticalmente para lograr la tridimensionalidad o como material de relleno para crear espacios vacios dentro de los tejidos para imitar las caracteristicas de tejido nativo Posteriormente se anaden sucesivamente y capa a capa las celulas para que se fusione y se obtenga la forma deseada 36 En el ano 2011 Antohony Atala imprimio un rinon por primera vez El rinon no era funcional pero estaba hecho de tejido humano Lo que busca la biotinta es permitir completar la creacion o impresion de organos artificiales y ser compatible con los organismos vivos 35 Este proceso podra ahorrar considerable tiempo Varios estudios demuestran que hacer una impresion 3D de un organo como un rinon puede suponer unas dos horas comparado con otros metodos de impresion 3D actuales que son 10 veces mas lentos Sin mencionar que se reducira el estres al que las celulas son usualmente sometidas al pasar por los conductos de los cabezales con lo que aumentaria su tiempo de vida 35 Por otro lado dentro del campo de la impresion de tejidos uno de los problemas es el sistema vascular dado que son operaciones quirurgicas peligrosas y es necesario mejorar la tecnica La difusion molecular solo puede asegurar el intercambio de oxigeno y nutrientes hasta una distancia de 100m por lo cual una posible solucion ha sido la implantacion de multiples capas de tejido De esta forma dado que el grosor de cada una de estas capas es de 80m el oxigeno se puede difundir El objetivo fue implantar tejido de miocardio consiguiendo que el sistema celular del paciente vascularice para volver a implantar las capas Como resultado se ha comprobado la eficacia de este metodo de autoensamblaje en casos practicos como la construccion de orejas En el 2013 se publico el proceso que permite replicar una oreja con un molde de colageno relleno con celulas Estas orejas artificiales ya se han logrado implantar con exito en animales 35 Uso domestico Editar RepRap version 2 0 Mendel Han existido diferentes esfuerzos a veces relacionados entre si para desarrollar impresoras 3D adecuadas para su uso de sobremesa y conseguir que esta tecnologia este disponible a precios asumibles para el gran publico Gran cantidad de estos trabajos han sido dirigidos y enfocados hacia los entusiastas del DIY o las comunidades de early adopters ambos con conexiones con el mundo academico y hacker 37 RepRapRepRap es un proyecto para el desarrollo de una impresora 3D de codigo abierto gratuito FOSS cuyas especificaciones completas son distribuidas bajo la Licencia General Publica GNU Esta impresora puede imprimir muchas partes de si misma En fecha de noviembre de 2010 la RepRap puede unicamente imprimir sus partes plasticas Desde entonces se esta llevando a cabo un desarrollo para dotar al dispositivo de la capacidad de imprimir sus propias placas de circuitos tambien asi como sus piezas de metal EquiposEstan disponibles kits de impresoras para montarlas uno mismo 38 Los precios de estos kits de impresoras varian desde los 500 USD por el Printrbot derivado de modelos previos de la RepRap 39 hasta 1800 USD El MakerBot es una impresora 3D de codigo abierto de MakerBot Industries Fabricantes representantes y proveedores de servicios EditarFabricantes Editar Companias tales como HP GE Additive Objet Geometries Industrias Viwa Voxeljet Stratasys 3D Systems EOS GmbH Membino GmbH Ultimaker Formlabs Zortrax BCN3D son proveedores de impresoras industriales Otras como Asturbot o Velleman proveen kits para crear tu propia impresora 3D Ademas hay proveedores especializados en componentes para impresoras 3D como ThingiBOX Reprapworld BricoGeek o i3Dlc El Centro de estudios Ingleses Context desarrollo un estudio en el que recientemente desvelo quienes fueron los principales vendedores de impresoras 3D en 2017 La conclusion final es HP y GE Additive filial de fabricacion aditiva de General Electric que se encuentran en el TOP de las 5 principales empresas dedicadas a las tecnologias 3D Fue hace cerca de dos anos que el gigante norteamericano General Electric anuncio la compra de Concept Laser adquiriendo posteriormente Arcam principales fabricantes europeos de impresoras 3D industriales 40 Por otro lado entre los vendedores de impresoras 3D destacado se encuentra HP que si se ha especializado en la fabricacion aditiva de polimeros mediante su tecnologia Multi Jet Fusion ha tenido ganancias de 97 3 millones de acuerdo al estudio ingles ha tenido un crecimiento de 7 760 en comparacion con el ano anterior el ano anterior Con una cuota de mercado del 6 HP podria estar muy por delante de los gigantes Stratasys o 3D Systems gracias a su solida red de socios y a su primera respuesta prometedora Su nueva linea de maquinas tambien podria transformar el mercado y colocar al fabricante estadounidense por delante en el tablero 41 Representantes Editar En muchos casos los fabricantes operan con redes de revendedores y representantes locales Esto les permite una mayor penetracion en los mercados locales provee la posibilidad de contar con soporte tecnico local y acerca la solucion de la mano de especialistas con experiencia en las dinamicas e industrias regionales En este caso podemos encontrar empresas como 3DCriar en Brasil representando Ultimaker Formlabs ZMorph y DaVinci Hornero3DX en Argentina representando Ultimaker Formlabs Zortrax BCN3D y BASF Century3D en Mexico representando Ultimaker Markforged Formlabs 3DSystems y otros Proveedores de Servicios Editar Existen multiples proveedores de servicios de impresion3D y diseno a demanda Algunas companias como Fabricando3D Shapeways Sculpteo Ponoko Vulcano3D o Cresilas ofrecen servicios de impresion 3D en linea abiertos tanto a la industria como a clientes individuales 42 Una vez enviado el diseno 3D en el formato pedido la compania se hace cargo de la impresion y del envio de la pieza terminada al cliente 43 Otras empresas como Hornero3DX en Argentina ofrecen servicios combinados de manufactura aditiva diseno consultoria y capacitacion dependiendo de las necesidades puntuales de cada industria y cliente particular Vease tambien EditarImpresora 3D Litografia axial computarizada RepRap Fab home Maquina autorreplicante Arduino Corte con laser Cultura hacedora Liberator pistola Motor paso a paso National Electrical Manufacturers Association Singularidad tecnologica TermoplasticoReferencias Editar Leal Silvia 11 de noviembre de 2015 E Renovarse o morir 7 Tendencias tecnologicas para convertirte en un lider digital LID Editorial ISBN 9788483562703 Consultado el 1 de diciembre de 2017 Ver animacion de superposicion de capas Archivado desde el original el 3 de marzo de 2012 Consultado el 25 de noviembre de 2011 Close Up On Technology 3D Printers Lead Growth of Rapid Prototyping 08 04 Ptonline com Archivado desde el original el 23 de enero de 2010 Consultado el 1 de septiembre de 2009 Hideo Kodama A Scheme for Three Dimensional Display by Automatic Fabrication of Three Dimensional Model IEICE TRANSACTIONS on Electronics Japanese Edition vol J64 C No 4 pp 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Economist What is 3D printing A beginners guide to the desktop factory EADS Airbike made of steel strength nylon Impresora 3D gigante para construir casas en 24 horas En Amsterdam ya estan construyendo casas usando una impresora 3D gigante el dispositivo se llama KamerMaker Cinema 4D Datos Q229367 Multimedia 3D printing Obtenido de https es wikipedia org w index php title Impresion 3D amp oldid 140237480, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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