Impresion 3d: Representacion Arquitectonica by SimpleStudio

ABSTRACTO En esta investigación se presenta el proceso requerido para llevar a cabo la fabricación digital de volúmenes arquitectónicos. El trabajo toma como misión delinear las capacidades y técnicas requeridas para fabricar, por medio de la manufactura aditiva, elementos que puedan ser usados en la visualización o prototipado arquitectónico. Adicionalmente sirve como punto de inicio para el diseñador que quiera adentrarse en el tema, con la intención principal de usar esta investigación como documento pedagógico. El área de enseñanza que el trabajo expone involucra una introducción a las áreas esenciales de la impresión 3D, dando puntos de inicio del tipo de maquinaria a usar según la necesidad del diseñador, el proceso digital requerido para traducir un volumen digital, y las técnicas de fabricación disponibles. En sí, la investigación presenta los posibles caminos que pueden ser tomados para iniciar en el campo, dejando la decisión a manos del lector.

AGRADECIMIENTOS Deseo agradecer a todos aquellos que hicieron posible el poder presentar esta investigación, desde lo más profundo de mi corazón, ya que es gracias a ellos que he podido incursionar en esta nueva etapa de mi vida profesional y personal. A mis padres, quienes siempre me han dado su apoyo incondicional, y quienes me han dado más oportunidades que las que puedo contar. A los profesores del MIATD, quienes a través de sus lecciones me han abierto la mente a nuevas posibilidades profesionales. En especial a mi tutora, Mercedes Ponce, por empujarme a mejorar siempre, y al director de master, Juan Carlos Gomez, por brindarme la oportunidad de participar en esta edición de maestría. Por último, y con mucho cariño, gracias a todos los amigos con los que compartí este pasado año en España, que formaron una parte vital de mi desarrollo profesional, y sobre todo, personal. Gracias a todos, no les olvidare nunca, Ignacio España Villarreal.

ÍNDICE INTRODUCCIÓN 1 PARTE I 1.1 Preliminares........................................................................................................................................................... 2 1.2 Justificación.......................................................................................................................................................... 3 1.3 Objetivos................................................................................................................................................................. 5 1.3.1 Objetivos Generales........................................................................................................................................ 5 1.3.2 Objetivos Específicos..................................................................................................................................... 5 1.4 Metodología........................................................................................................................................................... 6 1.5 Estado de la Cuestión........................................................................................................................................... 8 1.5.1 ¿Por qué, y para que, usar la impresión 3D?............................................................................................... 8 1.5.2 ¿Quiénes trabajan la impresión 3D?.......................................................................................................... 10 1.5.3 Los 10 principios de la impresión 3D .........................................................................................................14 PARTE II – MARCO TEÓRICO 2.1 ¿Qué es Manufactura Aditiva?.......................................................................................................................... 15 2.2 Breve Historia de la Impresión 3D.................................................................................................................... 15 2.3 ¿Cómo Funciona Realmente la Impresión 3D?............................................................................................. 17 2.4 Principios Básicos.............................................................................................................................................. 17 2.4.1 Material de Soporte...................................................................................................................................... 18 2.4.2 Perforaciones................................................................................................................................................ 19 2.4.3 Densidad y Peso Variable............................................................................................................................ 19 2.4 Tipos de Impresión............................................................................................................................................. 23 2.4.1 SLS – Selective Laser Sintering................................................................................................................. 23 2.4.2 Estereolitografía............................................................................................................................................ 26 2.4.3 FDM – Fused Deposit Modeling................................................................................................................. 29 2.5 Revisiones Técnicas de Maquinaria................................................................................................................ 36 2.5.1 Afinia H-series................................................................................................................................................ 38 2.5.2 Bukobot 8....................................................................................................................................................... 40 2.5.3 Cube................................................................................................................................................................. 42 2.5.4 Lulzbot AO-100.............................................................................................................................................. 44 2.5.5 MendelMaxPro.............................................................................................................................................. 46 2.5.6 Printrbot LC.................................................................................................................................................... 48 2.5.7 Printrbot Jr..................................................................................................................................................... 50 2.5.8 Replicator 2.................................................................................................................................................... 52 2.5.9 Ultimaker......................................................................................................................................................... 54 2.5.10 Form 1........................................................................................................................................................... 56 2.5.11 Tablas Comparativas................................................................................................................................. 58

PARTE III – GUÍA PRÁCTICA 3.1 Preparación Digital............................................................................................................................................. 60 3.1.1 Paso 1 – Exportación................................................................................................................................... 60 3.1.2 Paso 2 – Errores............................................................................................................................................ 61 3.1.3 Paso 3 – Reparación.................................................................................................................................... 61 3.2 Programas........................................................................................................................................................... 63 3.3 Generación de Código........................................................................................................................................ 64 3.4 Preliminares de Impresión................................................................................................................................ 64 3.4.1 Preparacion de Software............................................................................................................................. 64 3.4.2 Preparacion de Impresora........................................................................................................................... 67

3.6 Sugerencias de Impresión................................................................................................................................ 70 3.6.1 Soportes......................................................................................................................................................... 70 3.6.2 Velocidad y Temperatura de Impresión.................................................................................................... 70 3.6.3 Costos............................................................................................................................................................. 70 PARTE IV – APLICACIÓN ARQUITECTÓNICA 4.1 Casos de estudio................................................................................................................................................ 71 4.1.2 Terracot, Bajo Construcción....................................................................................................................... 71 4.1.2 Geometría de Hiperboloides: Pared de Dispersión de Sonido.............................................................. 73 4.1.3 Prototipos para Arquitectura Adaptiva..................................................................................................... 77 4.1.4 ProtoHouse, por SofSkill Design................................................................................................................ 81 4.1.5 Polygon Prototyping..................................................................................................................................... 84 4.1.6 Impresión de Parlamento de Vaud............................................................................................................ 87 4.1.7 Beast, por Neri Oxman................................................................................................................................. 90 4.1.8 Fabricación de Geometría de Curvatura Compleja por Medio de Fabricación Digital..................... 96 4.2 Spencer Dock Bridge: Representación arquitectónica por medio de impresión 3D............................ 99 PARTE V – CONCLUSIONES 5.1 Conclusiones Generales................................................................................................................................. 106 5.2 Conclusiones Específicas............................................................................................................................... 106 5.3 Seguimiento de Investigación........................................................................................................................ 107 ANEXOS 0.1 Índice de Imágenes.................................................................................................................................... 108 0.2 Bibliografía................................................................................................................................................... 116

INTRODUCCIÓN La capacidad de producción de artículos creados por el diseñador industrial, o incluso aquellos creados por los aficionados, ha tomado un nuevo salto. La facilidad para adquirir equipo de fabricación, la naturaleza de abierta de los proyectos y costos accesibles han dado la posibilidad de que el individuo sea ahora no solo el creador intelectual de su diseño, sino su fabricante.1 Esta pequeña revolución industrial se da gracias al creciente interés de maquinaria que ha estado disponible durante ya varias décadas, pero es hasta ahora que empieza a encontrar su lugar en el hogar del usuario comun. La impresora 3D, cortadora laser y talladoras/fresadora manejadas por control numérico son herramientas de trabajo que han pasado del taller industrial al estudio del arquitecto, diseñador o artista en los últimos años.

Figura a.1: Demostración de uso de impresión 3d en varios modelos. El método de fabricación que ha obtenido el más alto perfil en el actual contexto ha sido la impresión 3D, con un amplio número de compañías e individuos generando su propia versión del aparato gracias a los nuevos modos de trabajo de código-abierto que obtienen su apoyo en sitios web como Kickstarter e Indiegogo, o que surgen a partir de investigaciones académicas y personales de individuos o equipos interesados. La amplia adopción de estos métodos de trabajo ha encendido una robusta comunidad de usuarios que comparten recursos, métodos, procesos y productos finales que ayudan con el espíritu experimental de este campo de trabajo. Este intenso ingreso de datos en el consciente masivo ha traído consigo una nueva serie de intenciones y procesos en el modo de trabajo de diferentes campos del diseño. La unión de la participación abierta con las nuevas tecnologías trae consigo nuevas posibilidades que ayudan al diseñador a realizar su visión de una forma directa y sin adulterar.

1 Parvin, A. (2013). Architecture for the people by the people. Presentado en Conferencia TED 2013, Longbeach, California. Recuperado de http://www.ted.com/talks/alastair_parvin_architecture_for_the_people_by_the_people.html. Consultado 15 de noviembre de 2013. Departamento de Educación (2013). National Curriculum Review: new programmes of study and attainment targets from September 2014. Recuperado de https://www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/211215/ NC_programmes_of_study_and_attainment_targets_September_2014_Consultation_Document_Final_080713.pdf. Consultado 15 de noviembre de 2013. Londres, Reino Unido.

PARTE I PRELIMINARES A como se comentó en la sección anterior, este tipo de proceso creativo se presta en gran parte para la fabricación personal de productos, pero cuando se lleva a representación de objetos de mayor escala, se abre un gran número posibilidades, y entre las más notables encontramos la oportunidad de representar estructuras completas por medio de la impresión 3D de piezas complejas.

Figura a.2: Componente impreso en piezas para ensamblar de la Protohouse 1.0. La necesidad de explorar este campo en la fabricación digital viene por la simple problemática de “perdida en la traducción” del proceso de fabricación, ya que se espera que la construcción de un elemento de difícil armado no se pueda ensamblar de la manera esperada o requerida. La posibilidad de llevar a cabo ensayos de ensamblado, a menor escala, en poco tiempo y a un coste casi despreciable es una oportunidad de gran valor que crea un proceso más eficiente en el diseño arquitectónico. Claro está, este ensamblado de menores dimensiones trae consigo diferentes problemas del trabajo industrial o su manejo en el campo, algo que se detallaría más adelante en el ciclo de vida de un edificio, sin embargo, se entiende que el poder llevar a cabo ensayos previos se convierte en un aumento de eficiencia al momento de introducir el proyecto al campo constructivo. Efectivamente dando la posibilidad de crear prototipos prácticos en poco tiempo para eliminar problemas de fabricación y ensamblado en la producción real. En este estudio y representación de la forma es evidente que entre más complejo y no tradicional sea la edificación, o un detalle en esta, más se beneficiará del uso de herramientas de representación. Sin embargo, esto no quita valor a la capacidad de representar elementos más simples de la construcción, siempre y cuando sea beneficioso tanto para el resultado final como para la eficacia de su producción. Idealmente el proceso de fabricación de un elemento arquitectónico permite no solo un desarrollo más eficiente de un proyecto, sino que permite simplificar piezas, minimizar errores de armado y modificar de manera eficaz un elemento constructivo complejo antes de llevar el diseño a su escala real, efectivamente creando un proceso más eficaz. La posibilidad de coordinar adecuadamente un proceso de producción, junto con la capacidad de adaptar una amplia fuente de información práctica generada por una fuerte comunidad de usuarios y la capacidad de minimizar errores en el área de trabajo y sitio de fabricación son todas razones que impulsan al estudio de estas tecnologías emergentes en el diseño. Aun así, a pesar de los beneficios, se debe entender que el espíritu experimental es probablemente el mayor impulsor al momento de usar estas tecnologías, para permitir el estudio de nuevas formas y modos de trabajar.

JUSTIFICACIÓN “Nunca contrates a alguien para hacer un trabajo si nunca lo has intentado hacer antes. De esta manera, entenderás la naturaleza del trabajo” –Jason Fried y David Heinemeier.2 “No puedo exactamente construir algo hasta que lo entienda completamente, y eso muchas veces significa construir una parte, por lo menos a escala” – Adam Savage.3 Pérdida de traducción entre lo que se observa y trabaja en el ordenador y su realización. Este es el punto clave que define a la impresión 3D en la arquitectura. Se habla mucho acerca de cómo la manufactura aditiva es una democratización del trabajo en fabrica, de darle poder al individuo y no solo reorganizarlo entre las grandes empresas.4 Pero para el arquitecto, la importancia radica en la posibilidad de igualar su capacidad proyectual con la responsabilidad de fabricación por parte de la industria. En este campo, el arquitecto no solo visualiza el elemento, sino que puede llegar a cerciorarse de que su funcionamiento y construcción sean planeados por él, y no por un tercero. Hoy en día se considera no solo ineficiente, sino indeseado que el diseñador proyecte sin el conocimiento de la industria, sin tener en cuenta cómo funciona y cuál es el proceso para crear un elemento. El conocimiento no solo aumenta día a día, ya que los procesos son libremente compartidos, facilitando una formación completa para el arquitecto. La impresión 3D es otro engranaje en el progreso hacia una visión más amplia del arquitecto. Claro está, la arquitectura que tomaría en cuenta esta innovación no está dedicada simplemente a métodos tradicionales, sino a funciones y comportamientos de mayor complejidad, algo que establecería que, por naturaleza, la arquitectura representada por medio de impresión debe poseer alguna complejidad en su construcción y funcionamiento que requiera de estudios de funcionamiento reales antes de su construcción.

Figura a.3 (izquierda): Strandbeest por Theo Jansen; (medio): Animaris Geneticus Ondularis, escultura a escala creada por medio de impresión 3D; (derecha): Parvus, escultura cinética.

2 Fried J. y Heinemeier Hansson, D. (2010) Rework. Do Things Yourself (pag. 201). New York, NY. Crown Business. 3 Savage, A. [testedcom] (2013). One Day Builds: Adam Savage Makes Something Wonderful From Scratch. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=-tUHJnl8qPM. Consultado 11 de abril de 2013. 4 Miller, M. (2012). 3D Printing and the Democratizacion of Manufacturing. Recuperado de http://forwardthinking. pcmag.com/printers/305105-techonomy-3d-printing-and-the-democratization-of-manufacturing. Consultado 12 de abril de 2013. Weifmausharsen, P. (2013). 3D Printing & Democratization of Production. Recuperado de http://downtownproject.com/video/ peter-weijmarshausen-3d-printing-democratization-of-production/. Consultado 11 de abril de 2013.

En este contexto se entiende que tener la capacidad de generar nuevos modelos, ser capaz de fabricar prototipos y poder llevar a cabo revisiones que lleven a una ganancia de eficiencia y tiempo en el campo es un ideal constructivo que asegura que el concepto original del diseño permanezca de manera funcional, al mismo tiempo que mantiene las cualidades estéticas o conceptuales con las que se ideó. Se entiende que todas estas posibilidades y oportunidades pueden integrarse de manera eficiente en el trabajo del arquitecto, pero a pesar de sus beneficios, la impresión 3D encuentra un obstáculo que evita su adopción a gran escala, y es la dificultad de entrada al campo de manufactura aditiva. La alta curva de aprendizaje que se requiere para generar modelos básicos por medio de impresión es dificil de abordar, ya que no solo supone que el diseñador tiene conocimientos de modelado CAD, ya por si solo una capacidad difícil de obtener, sino que requiere que quien genere o fabrique el modelo especialice estos mismos conocimientos, comúnmente de maneras no intuitivas, hacia el campo de impresión. Partiendo de esta suposición se busca la oportunidad de consolidar de forma sencilla, práctica y fácil de entender los requerimientos necesarios para incursionar en el campo de manufactura aditiva, siendo especifico la aplicación en arquitectura. De esta manera, el trabajo que aquí se presenta obtiene un carácter no solo investigativo, sino pedagógico, buscando enseñar los modos preferentes para trabajar el modelado arquitectónico junto a la impresión 3D.

Figuras a.4: Modeling Sheet, superficie plana conformada por módulos, permitiendo formaciones flexibles.

OBJETIVOS Objetivos Generales - Obtener un entendimiento funcional de las diferentes tecnologías emergentes usadas en el prototipado de diseños que facilitan su fabricación a mayor escala. - Llevar a cabo un estudio de los alcances y límites que presenten los diferentes métodos de producción, en diferentes campos, estableciendo dificultades y facilidades de uso según la propuesta de fabricación. - Dar a conocer los actuales y posibles usos de estas tecnologías, los campos de estudio que estas pueden llegar a afectar de manera más notable y generalizar acerca de los incrementos de uso de estos procesos por el público general.

Figuras a.5: Kamermaker, pabellón diseñado para fabricar pabellones por DUS Architects. Objetivos Especificos - Demostrar un método de trabajo que haga el mayor uso posible de este proceso de diseño, permitiendo revisiones en el proceso, y llevar a cabo ensayos del mismo. - Catalogar métodos, maquinaria, materiales y servicios de impresión, manteniendo una comparación critica entre los mismos. - Anotar y especificar el procedimiento requerido para llevar a cabo la fabricación de modelos CAD por medio de la impresión, con la opción de generar un manual de instrucciones que pueda ser adaptado a la representación arquitectónica.

METODOLOGÍA Este trabajo viene a ser un estudio y análisis de información y notas que permitan a su autor, y más específicamente al lector, tener una mayor comprensión de los métodos de trabajo y modos de uso de la impresión 3D en la arquitectura. Debido a la complejidad del tema, la estructura del estudio deberá establecerse un número partes que permitan la exploración más eficiente del tema. Se tiene que comentar que la metodología planteada sirve más como una guía general del proceso, sujeta a múltiples revisiones con cada nueva sección que se añade al trabajo, ya que el campo de la arquitectura está sujeto comúnmente a la subjetividad de su autor y del mismo lector. En este sentido, el flujo de trabajo aquí establecido es una serie de puntos de interés que se exploran en el trabajo, y no un conjunto de reglas estrictas a las cuales se limitará la investigación. Parte I – Introducción, Preliminares, Justificación, Objetivos y Metodología La primera parte del trabajo se encarga de establecer el por qué y la forma del trabajo, es decir el método de estudio. Esta sección, en la que se encuentra la actual descripción, se encarga de dar la estructura y fundamentos que plantean los alcances y límites del proyecto. En esta sección del trabajo se trata de encapsular la esencia general del trabajo, o más bien, un pequeño estado de la cuestión que den a entender la importancia de la impresión 3D en el panorama técnico actual, particularmente su potencial dentro del desarrollo de la arquitectura. Si bien no es posible que no se adentre apropiadamente en los temas, se considera que el mantener el contexto generalizado presenta un mayor valor que profundizar en temas que se desarrollaran más adelante. Parte II – Marco Teórico Se hace uso de esta sección para exponer el estado de la cuestión. Es aquí que se entra plenamente a un gran número de los sub-temas que se requieren de base para entrar a la impresión. Esta área del trabajo hace un particular énfasis no en la aplicación de la manufactura aditiva a la impresión, sino que más bien plantea como funciona la misma. Los temas en los que se adentra esta sección cubren en su mayoría las bases teóricas que se deben de manejar antes de hacer uso de maquinaria, ya que especifica los tipos de procesos que son usados por cada una, lo que permite llevar a cabo una decisión informada acerca del tipo de impresora que se desea usar, al igual que se adentra a las cualidades geométricas que deben de tenerse en cuenta al momento de modelar un objeto que será impreso más adelante. Se considera, debido a ausencia o deficiencias didácticas de fuentes gráficas, que la mejor forma de exponer y plantear los métodos y problemáticas de cada tecnología es por medio de ilustraciones de Elaboración Propia (referida como EP). Los diagramas hechos para el proyecto tratan de explicar, de la forma más simple, gráfica y legible posible, las diferencias claves de tecnologías particulares, así como dar una referencia a cuáles son sus valores, tanto individuales como a la Manufactura Aditiva en conjunto, y específicamente su relación con el campo de la arquitectura. Esta sección del trabajo cumple la función de introducir al lector a los elementos y pasos básicos requeridos para fabricar por medio de impresión 3D, aunque parte de la suposición de que el lector tiene por lo menos conocimientos rudimentarios del modelado asistido por computadora y de la fabricación digital en general.

Parte III – Aplicación Práctica La tercera parte lidia con el poder sintetizar la parte teórica del trabajo, y de mostrarle al lector como llevar a cabo el proceso requerido para imprimir un objeto. Se da inicio a esta sección con una revisión técnica de diferentes impresoras, a partir del estudio y comparación de una serie de cualidades que todas estas comparten (como velocidad y facilidad de uso), lo que permite tener una idea más aproximada del equipo especifico que se quiera usar según las necesidades del usuario (partiendo de costo, exactitud, velocidad, etc.). Una vez establecido la maquinaria a usar, se muestra el flujo de trabajo que se debe de llevar a cabo para transformar un modelo digital, previamente generado, en código listo para ser impreso. En esta sección se hace uso de software de código abierto, o en ciertos casos software gratuito, para dar un modo de trabajo inclusivo, considerando que gran parte de los costos que pudieran surgir en este campo vienen de licencias de software de modelado, algo que se quiere evitar sugerir en este trabajo. El último punto al que se atiende es la preparación y proceso propiamente físico de la impresión. Si bien existen diferencias entre los equipos de impresión, existen técnicas y trucos de impresión, obtenidos de manera empírica, que pueden ser aplicados en el campo de impresión doméstica en general. Es en estos aspectos en los que hará enfoque esta sección del trabajo. Parte IV – Aplicación en la Arquitectura Aquí se trata de dar un panorama de los usos actuales de la impresión 3D en el diseño arquitectónico. Un punto particular en el que se debe hacer enfoque en esta área es en el estudio de los diferentes casos de estudios, los cuales se eligen por ser específicamente contrastantes entre sí, ya que si bien algunos pueden compartir ciertas características, cada uno de ellos tiene un enfoque y finalidad diferente, desde el uso en prototipado de sistemas mecánicos hasta servir como una simple herramienta de comunicación visual. En este sentido, se hace una síntesis del valor particular de cada uno de estos proyectos, teniendo el potencial de ser investigados en trabajos posteriores. Por último, se lleva a cabo un ejemplo práctico, imprimiendo una representación a escala de un volumen arquitectónico, usando diferentes escalas y métodos, comparando su eficiencia y resultado final. De igual manera, se llevará a cabo una comparación entre el proceso, y resultado, de los volúmenes impresos con otro medio de fabricación digital, el fresado/tallado por control numérico, con la intención de mostrar las cualidades, o fallos, que muestre la manufactura aditiva al ponerse en contraste con otros métodos de trabajo. El ejemplo de impresión presentará una serie de conclusiones que sirvan no solo para el caso específico de este trabajo, sino que también ayuden como líneas guías en nuevas exploraciones dentro del campo. En este sentido, el trabajo práctico desarrollado aquí se verá limitado por el material, equipo, campo de aplicación y herramientas al que tendría acceso un pequeño taller de fabricación. Sin embargo, sus principios pueden ser traducidos a otros proyectos marcadamente diferentes. En resumen, se planea hacer uso de equipo de poco costo, o servicios de impresión, junto con software de código abierto para desarrollar una representación física del proyecto arquitectónico, para así mostrar cómo puede un estudiante o pequeña empresa llevar a cabo este proceso. Adicionalmente, una consideración que se tiene que tener al desarrollar este tema es la falta de fuentes propiamente bibliográficas, y específicamente técnicas, debido al crecimiento exponencial de la cultura de código abierto que se ha desarrollado en el internet, y por lo que una parte significativa de las referencias usadas vienen de este medio. 7

ESTADO DE LA CUESTIÓN ¿Por qué, y para que, usar la impresion 3D?5 Se podría empezar esta sección con una pregunta un poco más interesante, aunque menos descriptiva: ¿Quiénes deberían de usar la impresión 3D? La respuesta más simple es optimista: Todos. Es una creencia popular que la impresión 3D será dentro de poco tiempo, y con la ayuda del conocimiento compartido por medio de internet, una tecnología que estará al alcance del público en general, con algunos investigadores, tal como Lipson y Kurman (2013), incluso prediciendo que faltará poco para que cada faceta del consumo industrial sea, de una u otra manera afectado por la impresión 3D, desde el diseño industrial hasta la producción de comestibles.

Figura a.6: Simulación de hamburguesa impresa. En realidad, una impresión de un modelo de hamburguesa. La pregunta que se podría plantear entonces es si la manufactura aditiva está cerca de la famosa Replicator visualizada en Star Trek, donde el personaje de Picard hace su característico pedido de “Te, Earl Grey, caliente”.

Figura a.7: La Replicator generando objetos bajo el pedido de personajes de Star Trek: La Nueva Generación.

Lipson, Kurman. (2013). Fabricated: the new world of 3d printing. Indianapolis, Indiana. John Wiley & Sons.

Si bien este futuro es una posibilidad, el actual estado de esta tecnología no está siguiera cerca de ser usado a gran escala por el público. Algunas figuras prominentes en el campo, tal como Brook Drumm, creador de la impresora Printrbot, comentan que hasta cierto punto, el consumo en productos de uso cotidiano hechos por impresoras no presentan una gran ganancia o ventaja, en especial considerando que lo único que se está haciendo es comprando “productos plásticos baratos en America, y no en China”.6 Partiendo de este comentario, y de simples observaciones del uso de impresión 3D y su mercado actual, se puede ver, actualmente, la manufactura aditiva tiene su nicho en la fabricación de objetos únicos o prototipos. Drumm, quien fabrico su primera versión de la Printrbot usando piezas fabricadas por otras impresoras (haciendo caso de herencia RepRap), es testigo de la incapacidad de las impresoras de producir objetos casi idénticos de manera regular y forma confiable. Sin embargo, la capacidad de la impresora de generar objetos a la medida que puedan servir de plantillas más adelante es sin duda una capacidad de gran potencial.

Figura a.8: Cortex. Yeso, hecho a la medida al escanear el antebrazo del paciente. Usa eficiencia de materiales para disminuir incomodidad y costos. Es claro entonces, que si bien las aplicaciones de la impresión 3D son sumamente amplias, los requerimientos económicos y técnicos que requieren, aunque sea para operar de un modo superficial, confinan su uso a profesionales o individuos que tengan conocimientos técnicos en el tema. Con esto en mente, se establece que este trabajo es apropiado para el diseñador, ya arquitecto, industrial, ingeniero o incluso artista, que posea capacidades afines al modelado asistido por computadora y a su visualización y fabricación por medios digitales.

6 Drumm, B. (2013). Darren Visits the Maker of Printrbot. Recuperado de http://www.youtube.com/watch?v=3uxrbR07LI. Consultado 20 de noviembre de 2013.

¿Quiénes trabaja la impresión 3D? El número de campos en el que la manufactura aditiva tiene cabida se limita por la simple imaginación de los investigadores mismos que se encuentran en el determinado campo. Esto quiere decir, que debido a su fácil aplicación a casi cualquiera materia, y material, la impresión 3D ha encontrado su camino dentro de diversas profesiones en las que antes ni siquiera se hubiera pensado que era posible. 7 Sin embargo, no tiene caso nombrar cada investigación, junto con su autor, que tenga relación con la impresión 3D, ya que sería una lista no solamente poco eficiente, sino prácticamente infinita gracias a los nuevos proyectos que surgen cada día. Es por ello que se hace mención a algunos de las figuras más prominentes, pero en relación al campo de la arquitectura y diseño, el enfoque de este trabajo. Neri Oxman Oxman, profesora de Artes Mediáticas y ciencias en el Media Lab del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts), es una de las figuras académicas más notorias, siendo reconocida como una de las “20 Arquitectos y diseñadores que darán forma al futuro” por la Revista ICON, entre otras. Gran parte de las menciones que se dan al trabajo de Oxman viene no solamente por el resultado final de sus investigaciones, generalmente objetos impresos escultóricos que aprovechan al máximo la tecnología de impresión disponible, sino que por su acercamiento a las mismas. Oxman comenta que el enfoque de su proceso no es generar un objeto final, sino generar un proceso mediante el cual el objeto tenga una funcionalidad nativa, es decir, que el mismo modo de fabricación de la función al elemento que se está fabricando.

Figura a.9: Neri Oxman (izquierda), proyecto Carpal Skin (derecha) Adicionalmente, su grupo de investigación, y el cual ella fundo, Mediated Matter, explora la relación entre el diseño digital y modos y tecnologías de fabricación, de tal manera que puedan encontrar formas para generar un cambio en cómo se diseñan y construyen diferentes objetos, llegando incluso a edificaciones. Oxman describe su estudio como “Ecologia Material”, donde hace uso del diseño y de procesos para crear un proceso de generación de forma que esté consciente de su ambiente. De esta manera, su meta es de mejorar el dialogo entre el contexto construido y el natural por medio del bio-mimetismo, la aplicación de principios de diseño inspirados por la naturaleza, y aplicados por medio de tecnologías de fabricación novedosas.

7 Gibson, Rosen, Stucker. (2010). Rapid Manufacturing technologies. Rapid Prototyping to Direct Digital Manufacturing. Nueva York, NY. Stringer.

Figura a.10: Pabellón de Seda. Estructura generada a partir del control robótico de gusanos de seda. Bre Pettis, co-Fundador de Makerbot Industries Existe una razón por la que se elige dar un énfasis a Pettis en este trabajo, incluso considerando que existen otras figuras importantes dentro de la industria al mando de grandes compañías, tal como Scott Crump y Avi Reichental, jefe del Departamento de Innovación de Stratasys Ltd. y Director Ejecutivo de 3D Systems respectivamente. La razón de esto es que Pettis llevo la investigación trabajada por Adrian Bowyer, creador de la impresora tipo RepRap (Replicadora de Rápido Prototipado) al público en general.

Figura a.11: Pettis, 2013 (Izquierda). Fundadores de Makerbot, de izquierda a derecha, Mayer, Smith y Pettis, con los prototipos finales de la impresora Cupcake. Originalmente concebida a gracias a la expiración de las patentes FDM, la RepRap fue la primera impresora de “código abierto”, es decir, que sus especificaciones técnicas eran de libre acceso, y su fabricación se podía llevar a cabo por cualquier persona, sin necesidad de pagar ningún tipo de licencia o derecho. El problema que presentaba la RepRap (modelo Mendel en el 2007) era que su apariencia, y falta de documentación que el usuario no especializado pudiera entender. Es aquí donde entro Makerbot. A través de múltiples iteraciones de su impresora, actualmente la Replicator 2, Pettis llevo la impresión 3D a un punto de visibilidad y aceptación en el mercado que ninguna otra impresora había conseguido antes.

Figura a.12: Evolución de la impresora Makerbot. De izquierda a derecha, y en orden cronológico, Cupcake CNC, Thing-o-matic, Replicator y Replicator 2. Adicionalmente, no es solo la propia impresora, de fácil uso y acceso, lo que ha llevado a Makerbot a ser una de las compañías más importantes en el campo (siendo comprada por Stratasys a mediados del 2013 por $400 millones), sino la creación y libre acceso del sitio Thingiverse.com, una página que sirve para archivar y compartir modelos listos para ser impresos, creados y moderados por la comunidad. El éxito de la página ha sido tal que aunque hayan existido sitios web similares, Thingiverse sigue siendo el único de su tipo que sigue vigente.

Figura a.13: Capturas de pantalla mostrando la variedad de objetos subidos por usuarios a Thingiverse.com Shapeways La forma más simple de dar a entender que es Shapeways es pensar en un cruce del mercado de agricultores y mercado de pulgas con la impresión 3D. La primicia del sitio viene en dejar que sus usuarios suban modelos aptos para imprimir, los cuales se venden desde una tienda virtual, que van desde decoración y joyería, hasta objetos de uso diario como utensilios. De este modo, es una producción centralizada de bienes a un conjunto descentralizado de diseñadores. Lo que Shapeways ha logrado es poder darle una entrada al mundo de la manufactura aditiva al diseñador promedio, ya que lo único que pide del individuo es una capacidad de modelado asistido por computa básica, y que en los últimos años se ha vuelto la norma en el campo del diseño. Aun de más valor es el hecho que le enseña de forma simple al individuo elementos básicos que se tienen que tener en cuenta al modelar un objeto que será impreso. La ventaja en todo esto es que elimina la curva de aprendizaje que aparece al hacer uso de impresoras domesticas de forma directa, facilitando la entrada de sus vendedores al campo de fabricación digital. 12

Shapeways es uno de los principales impulsores de la democratización que caracteriza el actual movimiento de código abierto, y el uso de guías fáciles de entender, un blog casi didáctico que se actualiza diariamente y un apoyo continuo al usuario lo convierten en una de las “caras” más visibles de la manufactura aditiva.

Figura a.14: Grafica de precios ofrecida por Shapeways. Una de las muchas maneras en que la compañía hace más sencillo el proceso de impresión y visualización para el diseñador. La Comunidad Algo que se observa al interactuar con cualquier persona que se adentra en la fabricación digital, y de lo cual se hace nota, es la aceptación y calidez que poseen los individuos interesados en el tema, en especial al enseñar acerca de sus experiencias y trabajos. La razón detrás de esto es que la comunidad de la impresión 3D está basada en conocimiento compartido y colaboración, para llevar a cabo proyectos mayores que no podrían trabajarse sin ninguna conexión más allá del simple individuo. A como se comentó, la comunidad de código abierto ha sido una piedra angular en el desarrollo de la impresión 3D, ejemplificado por la impresora que inicio el movimiento, la RepRap Darwin. Se puede ver que aunque el trabajo base sobre las impresoras fue llevado a cabo por unos pocos individuos, su propagación de uso, técnicas y modificaciones ha ocurrido en gran parte gracias a los consumidores. Solo es necesario visitar uno de los múltiples foros de internet que discuten una impresora específica, o el tema en general, para encontrar un sinfín de sugerencias obtenidas de forma empírica por parte de los usuarios. En este sentido, se podría decir que la comunidad se vuelve un tipo de nube, acumulando conocimiento pertinente a la impresión 3D, actualizando la base de datos continuamente y facilitando la entrada cada vez más en argumentos de manufactura aditiva. Los usuarios son realmente la viva representación del movimiento de democratización de producción que ha facilitado tanto la fabricación digital.

Los 10 Principios de la Impresión 3D Kurman (2013) expone en su libro (Fabricated: the new world of 3d printing) lo que ella menciona como los 10 principios de la impresión 3d, un tema, o más bien guías, que ha llegado a acumular tracción desde su exposición en la conferencia “Inside 3D Printing” a mediados del 2013 en Nueva York. De forma simple, los consejos son: 1-La complejidad de manufactura es gratis – A diferencia de la manufactura tradicional, los elementos complejos presentan el mismo costo de producción que objetos simples. 2-La variedad es gratis – La impresora tiene la capacidad innata de producir una variedad de objetos, a diferencia de la maquinaria común, la cual se especializa en llevar a cabo una sola tarea. 3-No se requiere ensamblaje – Se pueden producir piezas articuladas, evitando la necesidad de ensamblar diferentes piezas en una localización centralizada. 4-No existe el plazo de ejecución – La capacidad de imprimir el objeto, a como se va pidiendo, elimina la necesidad de almacenar inventario de un determinado producto, disminuyendo costos operativos en una compañía. 5-Espacio de diseño Ilimitado – A diferencia de máquinas tradicionales, como el torno, la impresora puede generar cualquier forma, lo que rompe los limites en cuanto a las formas que se pueden idear, diseñar y fabricar. 6-Cero capacidades de manufactura – El usuario que tenga acceso a la impresión 3D no necesita conocimientos mecánicos ni del proceso de manufactura, ya que la impresora se encarga de levantar estas restricciones. No se necesita ser un artesano, solo se necesita generar el modelo. 7-Manufactura compacta y portable – algo que es evidenciable al comparar una impresora domestica con equipo de fábrica estándar. 8-Menos desecho por producto – El ser un proceso aditivo permite que añadir solo el material que necesito para fabricar el objeto, eliminando el desecho de procesos reductivos como el tallado o corte. 9-Infinitos tonos de materiales – La llegada de la impresión con múltiples materiales permite generar objetos con diferentes resistencias estructurales directamente desde la impresora, algo que ningún otro equipo de producción puede reproducir. 10-Replicación física de forma precisas – El crecimiento de la tecnología de escaneado, junto con la impresión 3D, permitirá pronto la fácil reproducción de casi cualquier objeto. El tema más obvio que Kurman quiere dar a entender es como la impresión no solo facilita la producción en todos los niveles de fabricación, sino que permite llevar a cabo un quiebre con los métodos más tradicionales a los que estamos acostumbrados en la generación de bienes hoy en día. Si existe un punto central en el tema de impresión 3D hoy en día, es como este permite, desde el diseñador casual hasta el empresario productor, el generar un cambio permanente en cómo se diseñan y fabrican los productos de uso diario.

PARTE II - MARCO TEORICO ¿QUE ES MANUFACTURA ADITIVA? En términos simples, la impresión tridimensional es la conversión del papel en un eje adicional en la impresión.8 Una impresora tradicional hace uso de un carro que transporta la tinta y que se mueve de lado a lado creando la imagen, mientras que la impresora 3D hace uso de un movimiento en 3 ejes, depositando el material de construcción en una estructura de soporte.

Figura b.1: Visualización de proceso de impresión 3D, donde el objeto se crea a partir de una construcción de capa sobre capa [Elaboración Propia]. Actualmente este método está en el epicentro de un nuevo modo de hacer centrado en la creatividad personal, el código abierto y la factibilidad de llevar la fábrica al nivel doméstico, un movimiento que está en creces y para el cual es deseable estar preparado.9 Pero tal vez es necesario empezar primero con algunas de las bases que esculpen el uso de esta tecnología. BREVE HISTORIA DE LA IMPRESIÓN 3D Como se comentó, el origen de la impresión 3D viene a darse a partir de la mecánica que se observa en la impresora de inyección, con una variante siendo el uso de un material sólido para construir un objeto funcional. Su nacimiento oficial viene a darse en 1984, gracias a Charles Hull (luego fundador de 3D Systems), quien inventa la estereolitografía, un proceso que le permite al diseñador convertir información generada en sistemas de CAD (Diseño Asistido por Computadora) en objetos reales.10 El resultado del repentino progreso en la capacidad de fabricación le permitió al individuo el poder crear prototipos rápidamente, como parte de una mejora en el proceso de estudio de un producto. Problemáticamente, esta tecnología, al momento de su introducción, contaba solamente con una pequeña cantidad de materiales, todos de poca calidad y resistencia. Esto limita a la impresión a ser usada solo como una herramienta de visualización, relegada a departamentos de investigación y desarrollo, mas nunca de fabricación a gran escala11, a como lo es la inyección de molde o tecnologías similares.

8 Smith, W. [testedcom]. (2013, Marzo 27). Introduction to 3D Printers: The Promise and Pitfalls of Desktop Manufacturing [Archivo de Video]. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=hTCIlO0oLP8. 9 Winnan, C. (2013). 3D Printing: The Next Technology Goldrush – Future Factories and How to Capitalize on Distributed Manufacturing [Edición Kindle]. Recuperado de Amazon.com. 10 T. Rowe Price (2012). Brief History of 3D Printing. Recuperado de http://individual.troweprice.com/public/Retail/Planning-&-Research/Connections/3D-Printing/Infographic 11 Evans, H. (2012). 3D Printing is a Game Changer. Recuperado de http://www.theatlantic.com/sponsored/connections/archive/2012/06/257656/

Desde ese punto, la estereolitografĂa ha pasado por una serie de grandes avances e implementaciones en una multitud de campos, ejemplificada de forma simple en la siguiente grĂĄfica:

Figura b.2: GrĂĄfica de la breve historia de la impresiĂłn 3D. 16

¿COMO FUNCIONA REALMENTE LA IMPRESIÓN 3D? Todo proyecto empieza con una idea. El diseñador hace uso de una computadora para trasladar la geometría que desea crear hacia un modelo o archivo que pueda ser fabricado. El archivo que usan las impresoras 3D es el denominado STL (Lenguaje de Mosaico Standard), el cual es leído y trasladado hacia la maquinaria que lleva a cabo el trabajo. El objeto final es idealmente una representación precisa del diseño inicial que su creador pueda manipular.

Figura b.3: El proceso de la impresión pasa de la idea hacia la manufactura, para volver con su diseñador y fabricante. PRINCIPIOS BASICOS Antes de dar paso a los procesos específicos de cada método de producción, se debe entender cuál es la mecánica básica requerida para llevar un modelo digital a la realidad por medio de manufactura aditiva. Para poder empezar el proceso se debe obtener información que se pueda trasladar del modelo 3D hacia la maquinaria de producción. Para llevar a cabo esto, se hace uso de software especializado que analizada el objeto, y crea una serie de cortes a todo lo alto del proyecto, creando un grupo de secciones separadas por distancias apenas perceptibles para el ojo humano. Cada uno de estos planos se convierte en un área a rellenar, y conforme se van imprimiendo más capas, se empieza a discernir el modelo.12

Figura b.4: Cortes realizados para traducir un volumen a código legible por la impresora.

12 Harouni, L. (2012). A Premier on 3D printing. TED Salon London Spring, 2011. Recuperado de http://www.ted.com/ talks/lisa_harouni_a_primer_on_3d_printing.html

Tómese la figura b.4 como ejemplo. Asumiendo que la geometría posee una medida de 5.0 milímetros en el eje Z, y que la altura de impresión de cada capa a imprimir es de 1.0 milímetro, se entiende que se requerirían cinco cortes para producir el objeto de forma efectiva. Estos cinco cortes son entonces enviados en forma de código a los controles de la impresora, donde se deposita el material por medio del método de fabricación que se fuera a usar, y se van imprimiendo/depositando cada una de las capas encima de la anterior, conformando así el modelo real. De este modo, cada corte es una guía para el relleno de su respectiva capa.

Figura b.5: Proceso de construcción de un objeto con las medidas mencionadas. Material de Soporte Debido a que los materiales usados en la mayoría de los procesos de manufactura aditiva deben ser alterados térmicamente, de una u otra manera, se encuentra el límite de como poder imprimir elementos frágiles o delicados sin comprometer la calidad de la impresión. Tómese de ejemplo la igura b.5:

Figura b.6: Diferencia entre estructuras que pueden o no requerir soporte. Se entiende que los elementos destacados en la parte izquierda de la figura b.6 tienen soportes inferiores, ya sea la base de impresión o el material ya impreso, por lo que su impresión se lleva a cabo con pocos problemas. Ahora, en las áreas resaltadas de la figura de la derecha, se observa que las piezas están “flotando”. En este caso, cualquier elemento que no posea de una base sólida por debajo de sí mismo se puede considerar como un elemento en voladizo.

El modo de proceder en casos donde se encuentren elementos en voladizo depende del modelo específico y del método de fabricación. En general se puede resolver este problema de dos formas: asegurar que los ángulos de impresión no se desvíen críticamente del eje Z (ángulo de 90º), ya que en su mayoría desviaciones menores a 45º no sufren de debilidades que tiendan al fallo (figura b.7 izquierda); o bien, si el modelo cuenta con superficies más complejas, se le añaden “pilares” que soporten su construcción, los cuales pueden ser descartados una vez que la impresión termine (figura b.6 derecha).

Figura b.7: Diferencia entre estructuras auto-portantes y estructuras inestables. Cada proceso cuenta con un modo específico para utilizar el material de soporte, por lo que los detalles se estudiaran con mayor profundidad mas adelante. Perforaciones Uno de los límites más importantes en la impresión es el grosor de las paredes del objeto. En este sentido, y en la mayoría de casos, no se considera como un método eficiente el crear objetos enteramente sólidos, debido a cantidad de material y tiempo requerido para fabricar un elemento que sea relleno en toda su sección. No solo el proceso requiere de substanciales recursos, sino que el resultado es objeto con resistencias por encima de lo requerido para un prototipo u objeto decorativo.13 Esta situación es pertinente en su mayoría a los servicios de impresión que fabrican objetos a escala industrial, que debido a la velocidad de los procesos con los que deben trabajar, no tienen las capacidades de editar los modelos que se les envían para aumentar su eficiencia estructural o económica. Estos lineamentos se explicaran más adelante. Densidad y Peso Variable A partir del punto anterior se debe considerar la relación tiempo-costo-resistencia que existe en la impresión 3D. Por ejemplo, es perfectamente posible el imprimir un bate de Baseball con una funcionalidad y resistencia similar a uno de fabricación industrial, siempre y cuando el elemento sea un objeto completamente sólido. El problema de esto viene en dos partes: el trabajo de manufacturación es desproporcionalmente largo en comparación con métodos comunes; y la cantidad de material necesario para fabricar tal elemento convierten al objeto un prototipo innecesariamente costoso.

13 Objet Geometries [ObjetGeometries]. (2012) Testing a Baseball Bat Created on a 3D Printer. Recuperado de https:// www.youtube.com/watch?v=KH3xjhmQ0dg

Para evitar estos problemas se puede trabajar el modelo para crear una estructura de soporte interna que deje un gran porcentaje del modelo vacío, reduciendo su costo y tiempo de impresión, pero permitiendo generar geometría compleja y una capacidad de soportar su peso propio fácilmente (claro está, con menor resistencia estructural). Utilizando las siguientes figuras se puede ejemplificar el proceso por el que pasa un modelo para ser impreso:

Figura b.8: Los modelos 3d se pueden considerar como elementos sólidos y vacíos. Dependiendo del software usado, el cual se comentará mas adelante, la impresora puede entender la geometría del modelo de dos formas, como un elemento solido el cual debe ser rellenado enteramente de material (figura b.7 izquierda) o como una serie de superficies unidas, imposibles de imprimir ya que, técnicamente, una superficie posee un grosor infinitesimal que no puede ser producido (figura b.8 derecha). La forma de resolver este problema depende de igual manera de los programas y máquinas en uso. En caso de equipos que entiendan todas las superficies selladas como elementos sólidos, la solución más sencilla es crear un cascarón interior de forma similar al exterior, creando un elemento sólido solo en su superficie externa (figura b.9 izquierda). El grosor mínimo de esta “pared” dependerá de la geometría creada y de los materiales usados para imprimir, y es un proceso generalmente utilizado por empresas de impresión, debido a que no requiere mucho tiempo para procesar la geometría y fabricarla de este modo. El segundo método (figura b.9 derecha), utilizado en su mayoría por impresoras y software de producción personal, viene al pensar los objetos como formados por una serie de superficies y prácticamente vacíos. En este caso el software hace el corte de las secciones del elemento, y genera una estructura de soporte interna zigzagueante y un relleno sobre las paredes de la geometría. Se podría decir que este método es similar al método de moldeo en cera-perdida en la escultura, con la geometría original funcionando como el molde.

Figura b.9: Diferentes modos de relleno de geometría idéntica. 20

Ambos métodos, sin importar sus diferencias, actúan sobre la densidad total del modelo, algo que puede afectar su centro de gravedad, peso y resistencia. Si se tiene en cuenta la capacidad de producir elementos, aparentemente idénticos, con propiedades físicas distintas, la pregunta sería ¿Cómo aprovechar esta característica innata de la impresión 3D? Es enteramente posible entonces el poder crear elementos modulares que tengan la capacidad de cargar no solo su propio peso, sino otras versiones más ligeras del mismo que posean menos material de soporte interior.

Figura b.10: Elemento visualmente inestable. Como ejemplo, se puede teóricamente desarrollar un espacio generado por la composición de tres piezas planas (figura b.10), que al armarse generen escalones de gran tamaño, pero que no requieran soportes inferiores para mantener su equilibrio. Esto se puede explicar con la siguiente figura:

Figura b.11: Representación de vacíos no visibles en un volumen. En el caso de la figura b.11, se puede entender que cuanto más alejado del módulo original, mas aumenta el espacio vacío que se tiene en cada módulo. La idea de crear estos vacíos consiste en bajar el centro de gravedad del conjunto de piezas hasta un punto en el que fuera posible que la geometría fuera auto-portante a partir de peso propio, sin necesidad de soportes en su base. Se podría resumir el hecho de que el volumen de los vacíos procede de modo que A es mayor a B, y donde B seria mayor a C.

Es claro que la geometría particular de cada proyecto afectaría las proporciones requeridas de estos vacíos para conseguir un balance en el elemento y poder crear un volumen estable. Una de las formas más eficientes y recientes de llevar a cabo esto es mediante el algoritmo trabajado por el Interactive Geometry Lab (IGL)14, el cual genera un centro de gravedad para el objeto según la posición deseada, deformando y creando vacíos en la geometría para fabricar un diseño que sea auto-portante a pesar de la visual inestable que genera.

Figura b.12: Figuras visualmente inestables, balanceadas por medio de vacíos y deformaciones. Esta comparación tiene similitud con un principio de la arquitectura que se encuentra en construcciones del mundo antiguo, específicamente pensando en el la construcción de pirámides y zigurats, en donde se hace uso de una base de mayor peso para equiparar los esfuerzos necesarios para aumentar su altura.

Figura b.13: Pirámide escalonada rodeada por un “volumen vacío”. En el caso de las pirámides escalonadas se puede ver a simple vista la cantidad de masa que disminuye en un elemento, ya que cada paso es menor al anterior, pero se puede visualizar toscamente como una base sólida que sostiene un gran volumen vacío (figura b.12). Partiendo de esta visualización se puede pensar en elementos visualmente inestables que soporten su peso debido a su bajo centro de gravedad, como en la figura b.14:

Figura b.14: Volumen auto-portante gracias a que sus vacíos crean un centro de gravedad mas estable. En este ejemplo se entiende que se puede crear un elemento geométrico vacilante, sin embargo, al hacer uso de vacíos estratégicos se puede crear un elemento estable que tenga capacidad de soportar su peso propio, lo que amplía la gama de posibilidades de elementos que pueden ser prototipados por medio de impresión 3D. 14 Prévost, Whiting, Lefebvre & Hornung (2013). Make it Stand: Balancing Shapes for 3D Fabrication. Recuperado de http://igl.ethz.ch/projects/make-it-stand/. Consultado 14 de septiembre de 2013.

TIPOS DE IMPRESIÓN SLS – Selectiv Laser Sintering (Sinterización de Laser Selectiva) El SLS hace uso de un láser para crear una unión entre finas capas de polvo, al unir miles de secciones una encima de la otra, eventualmente formando el objeto deseado.

Figura b.15: Pasos iniciales en la fabricación por medio de SLS El proceso empieza al depositar el tipo de polvo del material a utilizar (figura b.8 izquierda), el cual depende del uso, forma y resistencia que se requiera. Este material es nivelado por un rodillo de metal para preparar la fina capa que irá formando la primera sección del modelo (figura b.8 derecha).

Figura b.16: Pasos intermedios de fabricación SLS. Una vez distribuido el material, un láser traza, o dibuja, la parte solida de una sección para crear una fina lamina que compondría una capa (figura b.9 izquierda). El rodo vuelve a pasar, de nuevo distribuyendo el polvo por encima del material ya solidificado (figura b.9 derecha), permitiéndole repetir el proceso de trazado con láser. Este proceso es repetido miles de veces, añadiendo una capa encima de la otra para ir formando un objeto. Las capas tienden a ser menores a las 100 micras, para evitar líneas visibles en el objeto. v El resultado de este proceso es el modelo físico encapsulado dentro del polvo de construcción (figura b.10 izquierda). El material no usado se recupera para volver a utilizarse nuevamente como material de soporte o para formar un nuevo objeto. Para recobrar el objeto, se remueve todo el polvo de soporte que lo rodea, y en ciertos casos se lleva a un post-proceso.15

15 Shapeways* [shapeways] (2012). Shapeways 3D Printing & the Culture of Creativity. Recuperado de http://www.youtube.com/watch?v=qJuTM0Y7U1k&feature=youtu.be

Figura b.17: Objeto final dentro del material de construcción (izquierda) y su recuperación manual (derecha). En general, el producto obtenido por este medio posee una resistencia y durabilidad aceptables (en comparación a la producción del mismo objeto por medios de fabricación tradicionales), pero debido a sus materiales y al tipo de proceso el objeto tendrá una superficie porosa en ciertos materialles, tal como el nylon, por lo que se debería de hacer uso de post-procesamiento para obtener un mejor acabado. Adicionalmente, debido a la complejidad del proceso, el sinterizado puede no producir una pieza tan precisa como se requeriría en menores escalas.16 La ventaja obvia de este proceso es el hecho de que no requiere soportes estructurales adicionales, debido a que el polvo que se acumula en torno al modelo lleva a cabo esta función sin necesidad de solidificarlo, lo que lleva en muchos casos a un acabado apropiado para prototipos funcionales. Materiales en SLS Existe un gran número de materiales disponibles para fabricación de objetos en este tipo de impresión17, pero es clara la diferencia en precios y resistencias con las que cuentan los diferentes compuestos, ya que los materiales pueden variar desde nylon, en las impresoras tipo SLS más comunes, hasta titanio en equipo de calidad industrial usado para equipo médico y aeroespacial. Considerando que la mayoría de los compuestos tienen patentes registrados no abiertos al público, la forma más fácil de visualizar los posibles acabados a usar es con la figura b.17. Una última consideración que se debe de tener es el hecho de que las patentes establecidas sobre las impresoras tipo SLS tendrán su fin en febrero de 201418. Se prevé que se produzca un efecto con este cambio similar a la expiración de patentes de impresión por medio de FDM, dándole al público en general acceso a maquinaria de menor costo y de código abierto (Open Source). 16 Buy3DPrinters (2013). 3D Printing Technologies. Recuperado de http://www.buy3dprinter.org/sample-page/selective-laser-sintering-sls/ 17 Shapeways (2013). Material Portfolio. Which Material is Right for Me? Recuperado de https://www.shapeways.com/ materials. Consultado 17 de septiembre de 2013. Sculpteo (2013). 3D Printing Materials. Recuperado de http://www.sculpteo.com/en/materials/. Consultado 17 de septiembre de 2013. i.Materialize (2013). Materials. Recuperado de http://i.materialise.com/materials. Consultado 17 de septiembre de 2013. Ponoko (2013). Make and Sell: Materials. Recuperado de http://www.ponoko.com/make-and-sell/materials. Consultado 17 de septiembre de 2013. 18 Fenlon, W. (2013). Laser Sinterin Patents Expiring in 2014. Recuperado de http://www.tested.com/tech/3d-printing/456856-laser-sintering-3d-printing-patents-expiring-2014/. Consultado 17 de septiembre de 2013. Mims, C. (2013). 3D printing will explode in 2014, thanks to the expiration of key patents. Recuperado de http:// qz.com/106483/3d-printing-will-explode-in-2014-thanks-to-the-expiration-of-key-patents/. Consultado 17 de septiembre de 2013.

Figura b.18: Diferentes materiales provistos por Shapeways en sus productos. Como regla general, se puede usar desde polvo de nylon (Plรกstico Resistente en Shapeways), hasta acero en la impresiรณn SLS, siempre y cuando el compuesto usado lleve un elemento de uniรณn que responda al laser usado.

Estereolitografía Este método usa un método similar al SLS, donde usa un láser para trazar cada sección del modelo. La diferencia entre la estereolitografía y la sinterización es el material usado para imprimir el objeto. Mientras que en SLS se usan compuestos en polvo, este método trabaja con composiciones de resinas fotosensibles, las cuales se endurecen cuando se usa el láser para trazar el objeto.19 El proceso empieza al colocar la plataforma de construcción sumergido parcialmente dentro de un depósito de resina (figura b.18 izquierda). El láser traza la sección necesaria para crear una capa de resina endurecida por por la luz ultravioleta que impacta el material (figura b.18 derecha).

Figura b.19: Pasos iniciales del proceso de estereolitografía. Una vez completada una capa, la plataforma de construcción se aleja una cantidad determinada de micras (generalmente indicando la resolución de cada capa) de la fuente de luz (figura b.19 izquierda). El láser traza una nueva sección del objeto (figura b.19 derecha), y estos pasos se repiten hasta completar el volumen.

Figura b.20: Pasos intermedios en la fabricación por medio de estereolitografía.

19 Kula & Kernaux (2009). Materiology: The Creative’s Guide to Materials and Technologies. Birkauser Verlag AG (Basilea, Suiza).

Una vez terminado el proceso, se remueve el objeto del depósito de resina, y luego de su plataforma de construcción (figura b.20), y es en algunos casos post-procesado depositándolo en etanol, para eliminar estructuras de soporte, y con luz ultravioleta para endurecer el objeto.

Figura b.21: Liberación de modelo del área de construcción. Este tipo de impresora cuenta con variantes, mayoritariamente expuestas por los aficionados del tema que construyen impresoras personales. La primera variación cuenta con el uso de un proyector DLP (Procesamiento Digital de Luz en Español) como fuente de luz para endurecer la resina. Debido a que no usa un láser como herramienta de trazo, este proceso no infringe patentes existentes en la tecnología, y por lo que ha empezado a ser aceptada como un modo viable de crear impresoras de alta resolución a bajo costo. Las siguientes dos modificaciones con las que cuenta la impresora vienen de una variación simple en su plataforma de construcción. Algunos modelos utilizan una plataforma que se va sumergiendo dentro de la resina, a como se muestra en las figuras b.19-b.21, mientras que otros elevan la plataforma, permitiendo que solo una pequeña parte de la misma haga contacto con la resina que va a ser endurecida (Figura b.23). Ambos métodos cuentan con ventajas. El primer modo de construcción se considera mecánicamente más simple, pero requiere un mayor volumen de resina para poder sumergir apropiadamente el objeto, un proceso más costoso. El segundo método requiere una cantidad mucho menor de material, pero debe de llevar a cabo procesos mecánicos de retracción, de movimiento de la piscina de resina y de cambios de altura más complejos.

Figura b.22: Plataforma sumergible. 27

Figura b.23: Plataforma elevada. Al igual que en otros métodos de impresión, la estereolitografía cuenta con una amplia variedad de materiales , que pueden ser utilizados desde prototipos u objetos de exposición, hasta funcionales (figura b.23).

Figura b.24: Concepto de automóvil anfibio (izquierda); Prototipo de control para videojuegos (derecha). Adicionalmente, las impresoras que trabajan a partir de proyectores DLP, tal como la B9Creator, son usadas en un gran porcentaje para llevar a cabo impresiones con resinas que puedan ser utilizadas para moldes de joyería, siendo este uno de los mercados principales para impresoras a base de resina de poco costo.

Figura b.25: Modelos usados para fundición en joyería.

FDM - Fused Deposit Modeling (Modelado por Deposición Fundida) FDM, o FFF (Fabricación de Filamento Fundido) a como también se le conoce20, es el modo de fabricación en manufactura aditiva más común y abierto al público en el momento. FDM fue desarrollado y patentado por S. Scott Crump (1989) quien le describió como: “Aparato que incorpora una cabeza móvil con un suministro de material que se solidifica a una temperatura predeterminada, y de un miembro base, cuyos movimientos son relativos a los ejes “X”, “Y” y “Z” en un patrón determinado para crear objetos tridimensionales, al acumular material descargado de la cabeza hacia la base a un paso controlado. El aparato seria manejado, preferiblemente, por computadora en un proceso que utilice diseño asistido por computadora (CAD) y software para generar las señales de control de la cabeza y de la base a como se va descargando el material”.21 La impresión por medio de FDM se mantuvo confinada al trabajo con maquinaria industrial, debido a licencias pertenecientes a Stratasys, Inc., de la misma manera que los procesos de estereolitografía y SLS son trabajados únicamente por las compañías que tiene derecho a sus procesos actualmente, hasta que sus patentes expiran en el año 2009. Es para esta fecha que se liberan las especificaciones desarrolladas por el Dr. Adrian Bowyer donde se establece el desarrollo de una impresora 3D a base de FDM de bajo costo, la ahora conocida RepRap (Replicante de Rápido Prototipado en español), la cual es la base de la mayoría de impresoras accesibles en la actualidad. El modo de funcionamiento de una impresora tipo FFF es relativamente simple, y su comparación vendría del uso de una pistola de silicón caliente, colocando una capa nueva de silicón, esperar que esta se solidifique, y colocar encima una nueva capa, múltiples veces, pero a una escala exponencialmente menor. El proceso empieza al insertar el material (generalmente un filamento de plástico) a través de la cabeza extrusora, la cual se calienta y deja que el plástico fluya libremente (figura b.25 izquierda). Una vez listo el material, la cabeza se mueve al punto de inicio de la impresión para empezar la fabricación (figura b.25 derecha).

Figura b.26: Pasos iniciales de impresión por FDM.

20 Hood-Daniel & Floyd (2009). Printing in Plastic: Building Your Own 3D Printer. Appress Books (Nueva York). 21 Crump, S. S. (1989). Clasificacion Internacional de Patente: G06F 1546. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.

Una vez que se encuentra la cabeza dispensadora a la temperatura y posición correcta, se empieza a depositar el material de la sección que pertenece a esa posición específica. Una vez que termina la capa actual de trabajo, la impresora se mueve una cantidad determinada de micras en el eje Z, y empieza a depositar una nueva cantidad de material (figura b.27). Este proceso se repite hasta que se termina de formar el objeto final.

Figura b.27: Proceso intermedio y final de impresión por FDM. Según el modelo y la calidad de la impresión, puede que sea necesario del uso de soportes estructurales dentro del modelo que se trabaja. En este sentido, el FDM requiere de una estabilidad y capacidad auto-portante mayor de parte de sus modelos que en otros procesos de impresión, a diferencia del SLS o de la estereolitografía sumergida.

Figura b.28: Soportes adicionales en modelos con poca capacidad auto-portante.

Las variaciones existentes en este método de trabajo surgen de las diferencias mecánicas entre las diferentes impresoras. Las dos diferencias cruciales parten entre el control de los ejes X-Y-Z o de la cabeza dispensadora de materiales. Así mismo, se tiene que entender que las diferencias mecánicas no alteran en gran medida la calidad de impresión, ya que eso depende de la calidad de piezas usadas, del modelo a imprimir y del modo de procesamiento digital que se le da a la figura (software utilizado). La mayoría de impresoras FDM cuentan con una construcción tipo portal, con una plataforma que se mueve en el eje “Y”, una cabeza dispensadora que se mueve en el eje “X”, y dos “columnas” que mueven la cabeza en el eje “Z” (figura b.29 izquierda). El segundo tipo principal es lo que se conoce como impresoras Delta, las cuales hacen uso de tres columnas en donde se colocan los brazos que sostienen la cabeza, y que al variar las alturas individuales de cada brazo modifican la posición donde se deposita el material (figura b.28 medio). Aparte de estas dos han empezado a surgir variaciones, en su mayoría basándose and los brazos robóticos tipo SCARA, creando impresoras tal como la Simpson o Reprap Wally (figura b.29 derecha).

Figura b.29: Variaciones de impresoras basadas en el modelo Reprap. En cuanto a las cabezas, la mayor diferencia actual es el número de materiales que se pueden imprimir simultáneamente, ya que al utilizar depositar dos filamentos simultáneamente permite variar la construcción del objeto que se desee fabricar. Los dos ejemplos más comunes son el usar dos colores del mismo material para crear un modelo único (figura b.29 izquierda), o utilizar material soluble para generar soportes, y minimizar el daño sostenido por la pieza al momento de removerlo con algún químico que no afecte a la figura deseada (figura b.29 derecha).

Figura b.30: Cabeza dispensadora doble y muestra de impresión. 31

Por otro lado, las diferencias mecánicas en las cabezas no afectan de mayor manera la capacidad o calidad de impresión del equipo, ya que las variaciones se limitan a decisiones de diseño y criterios de cada desarrollador. El más notorio contraste que se tiene en esta área es el uso de cabezas con extrusores tipo “Bowden”. Cuando se hace uso de este accesorio, como en impresoras similar a la Ultimaker (figura b.31 izquierda), la cabeza de impresión se encarga de solo dispensar el material. En casos que no se hace uso del Bowden, los engranajes que empujan el filamento también se instalan en la cabeza, dando un paso más directo del material, pero requiriendo más fuerza para mover los motores debido al peso adicional (figura b.30 derecha).

Figura b.31: Ejemplos de cabezas dispensadoras. Materiales de Impresion En cuanto a materiales, el conocimiento general indica que los materiales aceptables para ser usados en impresión FFF son relativamente pocos, teniendo los termoplásticos de uso común y materiales experimentales de menor uso y popularidad. Esto se debe a que para que un producto pueda ser utilizado confiablemente debe de pasar tres pruebas22: extrusión inicial hacia un filamento plástico; segunda extrusión y unión en proceso de impresión; uso final del objeto. Plásticos Comunes23: PLA – Acido Poliláctico. Termoplástico no toxico derivado del almidón de maíz. Las ventajas de su uso parten de su disminuido impacto ambiental, siendo biodegradable (aproximado de 30 años), poca deformación después de depositado y relativamente baja temperatura de extrusión (185-195°C). No requiere de una base térmica (heat bed) para su correcta aplicación, pero si requiere ventilación constante para enfriar el objeto y evitar deformaciones. Es preferible a usar en elementos no estructurales, debido a su fragilidad.

Figura b.32: Muestra de filamento PLA. 22 Chilson, L. (2013). The Difference Between ABS and PLA for 3D Printing. Recuperado de http://www.protoparadigm. com/blog/2013/01/the-difference-between-abs-and-pla-for-3d-printing/. Consultado 4 de octubre de 2013. 23 Lulzbot (2013). Plastic Filament Catalog. Recuperado de https://www.lulzbot.com/?q=catalog/plastic-filament. Consultado 4 de octubre de 2013.

ABS - Acrilonitrilo Butadieno Estireno. Termoplástico de gran resistencia estructural que se obtiene al polimerizar con acrilonitrilo en presencia de polibutadieno. Su aplicación requiere de una base térmica para evitar deformaciones, por lo que tiene un menor uso que el PLA. Su temperatura de extrusión se encuentra entre 210-230°C. Su flexibilidad (en comparación al PLA) asegura que su uso sea preferiblemente en trabajos que requieran cargas y desgaste físico.

Figura b.33: Muestra de filamento ABS. Materiales Experimentales: Laywoo-d3 – Plástico con estructura similar al PLA, pero el cual genera objetos con cualidades similares y apariencia similar a la madera. Su temperatura de extrusión parte de los 180°C, pero dependiendo de esta misma temperatura su color puede cambiar. De igual manera, puede ser que después de cierta temperatura el plástico se dañe y tienda a crear atascamientos en la cabeza dispensadora. Presenta poca deformación, y puede ser utilizado por la mayoría de impresoras que hacen uso de PLA.

Figura b.34: Muestra de filamento Laywoo-d. HIPS – Poliestireno de Alto Impacto. Material de fácil extrusión, requiriendo una temperatura aproximada a 230°C y de poca deformación. Su mayor uso actual es el de ser usado como estructura de soporte en cabezas dispensadores de dos materiales. Una vez finalizado el objeto se puede sumergir en Limoneno, el cual disuelve el poliestireno. Su mayor uso viene para ser usado como soporte soluble en elementos mecánicos o con voladizos críticos que requieran un mayor apoyo que una estructura de soporte tradicional.

Figura b.35: Muestra de filamento HIPS. 33

Policarbonato24 – El uso del policarbonato es similar al ABS, ya que cuenta con una resistencia estructural mayor que otros termoplásticos, y a diferencia del acrílico o el PLA este no sufre grietas al fallar, sino que permite deformaciones antes de quebrarse y posee un acabado semi-transparente. El mayor problema al utilizar este material es la alta temperatura de extrusión, ya que se requiere una cabeza que pueda llegar a 300°C de forma segura, algo que la mayoría de extrusores no pueden hacer. Usado en objetos que vayan a ser expuestos a riguroso desgaste fisico.

Figura b.36: Muestra de filamento de policarbonato. Los materiales de impresión, en general, muestran una tendencia a sufrir deformaciones una vez extruido el material de la cabeza. Mientras que existen un numero de pasos a llevar a cabo para minimizar estos errores (a ser comentados mas adelante), se encuentra que la mayor herramienta a usar es la base térmica, o heat bead (cama caliente), que algunos proveedores incluyen en sus impresoras. La cama eleva su temperatura a un punto que permita una unión mas firme con ciertos materiales, primariamente ABS, lo cual evita deformaciones en la base del objeto y mantiene una estabilidad estructural, para evitar que el objeto se desprenda de la cama al momento de imprimir. La mayoría de electrónicos en impresoras no soportan estas bases, por lo que se considera un accesorio.

Figura b.37: Ejemplos de Heat Beads. La mayoría de termoplásticos utilizados en la impresión de FDM, distribuidos por productores confiables tal como Makerbot y Ultimaker, se encuentran en un rango de $25-$40. Sin embargo, se tiene que comentar que el costo de esto puede disminuirse dramáticamente con el uso de la Extrusora de Filamento Lyman25. El aparato hace uso de pastillas (pellets) de los diferentes termoplásticos, los cuales son calentados, comprimidos y extruidos de manera tal que permitan la fabricación personal del filamento a usar con una impresora casera.

24 Richrap (2011). Richrap Blog. Recuperado de http://richrap.blogspot.com/2011/09/indestructamendel-polycarbonate-3d.html. Consultado 4 de octubre de 2013. 25 Lyman, H. (2012). Lyman Filament Extruder. Recuperado de http://www.thingiverse.com/thing:30642. Consultado 4 de octubre de 2013.

Figura b.38: Proceso de fabricación de filamento. Por último se comenta que debido a las diferencias químicas entre los materiales, al igual que sus reacciones a diferentes temperaturas, se entiende que el modo de post-procesamiento de los diferentes plásticos tiende a variar. Mientras que el ABS puede recibir un acabado más suave con el uso de vapor de acetona, el PLA no muestra este tipo de efectos, requiriendo la aplicación de fuego directo a su superficie para obtener un acabado similar.

Figura b.39: Objeto formado por ABS, antes y después de baño de vapor de acetona.

REVISIONES TÉCNICAS DE MAQUINARIA26 Considerando que uno de los propósitos del trabajo es el de poder dar una instrucción relativamente completa al tema de fabricación aditiva, se llega al tema del estudio de maquinaria disponible. Con el propósito de dar una mejor idea del tipo de equipo que se debe usar, según los requerimientos del usuario, se trabaja con un método de calificación basado en ciertas cualidades de cada impresora (siendo estas las cualidades más críticas al momento de imprimir) con la intención de documentar la maquinaria ideal segun el uso del individuo: Facilidad de Uso: Uno de los obstáculos más notorios que se encuentra en el campo de la impresión 3d actualmente es la dificultad de uso que se tiene al trabajar con el equipo. En este sentido, se puede hacer un paralelo al estado actual de la impresión con las circunstancias de inicio del ordenador personal, ya que actualmente la mayoría de impresoras no se encuentran habilitadas para ser manejadas por individuos que no tengan un manejo básico de los dispositivos electrónicos y programas que se requieren para crear impresiones exitosas (sin fallos drásticos que impidan funcionamiento mecánico o que no simulen adecuadamente un aspecto visual del modelo). Adicionalmente, se requiere de una alta cantidad de tiempo para pasar de un manejo rudimentario del equipo hacia un punto profesional, requiriendo estudios y pruebas de los materiales a usar, modificaciones personales del equipo usado y pruebas de impresión para determinar las características necesarias para imprimir un objeto según su uso y geometría. Partiendo de esto, se entiende que cuanto mayor la puntuación en esta área, el equipo de muestra mayor facilidad de uso y menor uso de capacidades técnicas específicas que requieran estudio adicional. Velocidad [Promedio de Impresión]: A diferencia del corte laser y del tallado, las impresoras 3D requieren trabajar añadiendo capas muy finas de material para crear los objetos, lo que lo convierte en un proceso relativamente lento (con la posibilidad real de requerir más de 24 horas para imprimir objetos específicamente complejos). Se entenderá que entre mayor el puntaje en esta área mayor la velocidad de impresión, sin causar efectos catastróficos en el objeto. Se nota que segun la complejidad y la forma del objeto, la velocidad puede variar, al igual que segun el material usado, por lo que se entiende que la velocidad no es uniforme al momento de imprimir. Confiabilidad: Como se comentó, para llevar un manejo adecuado de una impresora 3D se debe de tener un entendimiento básico de los elementos mecánicos con los que se trabaja, no para iniciar su funcionamiento, sino que para llevar a cabo las reparaciones necesarias una vez que el equipo falle. Sin bien existen impresoras que están pensadas para dar una experiencia mas sencilla al usuario, se tiene que recordar que sin importar cuál es el modelo de impresora a usar, esta eventualmente fallara27 y requerirá reparación. La puntuación en esta área se basara, de menor a mayor, dependiendo de la poca capacidad técnica requerida para llevar a cabo las reparaciones, así como el intervalo entre averías (partiendo de uso apropiado del equipo).

26 The Editors, MAKE of (2012). MAKE: Ultimate Guide to 3D Printing [Version para Kindle]. Recuperado de Amazon.com 27 Hutchinson, L. (2013). Home 3D printers take us on maddening journey into another dimension. Testing a Printrbot and a Makerbot leads to heartache, annoyance and problems. Recuperado de http://arstechnica.com/gadgets/2013/08/ home-3d-printers-take-us-on-a-maddening-journey-into-another-dimension/. Consultado 07 de octubre de 2013.

Calidad de Impresión: Como regla general, se pueden obviar algunas de las categorías anteriores siempre y cuando el objeto final tenga las cualidades que el usuario requiere. La calidad del objeto final depende de la ausencia de deformaciones, de la exactitud de medidas que demuestre y de la capacidad de uso según su objetivo final (soporte de cargas en prototipos mecánicos; capacidad auto-portante en esculturas). Volumen: Debido al tipo de mercado, no se encuentra actualmente un estándar de tamaños para las plataformas de impresión que requieren las impresoras, por lo que la mayoría de diseñadores trabajan principalmente medidas que se obtienen de los requerimientos personales y profesionales de cada equipo desarrollador. De igual manera, al incrementar el volumen también se generan cargas y desgastes mecánicos que requieren equipo de menor o mayor resistencia, por lo que afecta el costo del hardware. En esta área, la mayor puntuación se obtendrá por aquellas impresoras que posean mayor volumen de impresión. Costo: Considerando que la mayoría de impresoras poseen cualidades únicas trabajadas por sus diseñadores, sus costos varían extensamente. Si bien sus costos se encuentran generalmente atados a la calidad, no siempre es el caso, por lo que se toma como ventaja el menor costo en esta área, ya que permite al usuario no experimentado el poder adentrarse en el tema con poca inversión económica. La idea de hacer uso de un análisis grafico por encima de otros métodos (tal como DAFO) es para poder dar la capacidad de dar al lector una herramienta de comparación gráfica más directa, que permita evaluar diferencias más sutiles entre modelos comparables de impresoras.

Figura c.0: Plantilla de calificación. Metodología de Prueba El análisis de las impresoras parte de una idea simple, el imprimir cuatro objetos diferentes con impresoras con las cuales no se tiene experiencia previa. Como regla general se mantiene la calidad y velocidad de impresión comparable entre todas las maquinas, para verificar que los resultados tengan un punto de comparación aceptable. Con estos datos se generan las fichas de análisis de cada impresora.

Figura c.1: Pruebas de impresión (obtenidas de Thingiverse.com). Serpiente por Zomboe; Owl Statu por Tom Cushwa; Nautilus Gears por Misha T.; Dimension Torture Test por Cliff L. Biffle. 37

AFINIA H-SERIES Fácil de usar, software rico en cualidad e impresionante calidad de impresión. Volumen de impresión: 5.5” x 5.5” x 5.5” Velocidad de impresión: 3-30 mm3/s Materiales: ABS, PLA Resolución (eje Z): 0.2 mm Software: Afinia 3D Sistema Operativo Disponible: Windows, Mac ¿Código Abierto? No Precio en Momento de Prueba: $1,499 Impresión sin Ordenador: Parcialmente La compacta Afinia H479 es una versión de la UP! Plus de PP3DP, comercializada bajo otra marca en el mercado americano. Tiene una sola cabeza dispensadora y corre por medio de cable USB en máquinas MAC o Windows, sin ningún control independiente a excepción de un botón de Inicio y un indicador de estado en forma de una pequeña luz. A pesar de esto, es una pequeña ejecutante que es ideal para principiantes. Instalación La apariencia y tamaño de la impresora son atrayentes: 10” x 10” x 14” sobre un escritorio, peso de 11 libras y suficientemente resistente como para transporte. Se envía completamente ensamblada y solo requiere de unos pocos minutos para instalar. Cargar el filamento plástico, nivelar la plataforma, y calibrar la maquina es más fácil de lo esperado, gracias a la documentación directa y fácil de seguir, junto con un manual exhaustivo y una Guía de Inicio Rápido de una página, para aquellos que quieren un inicio rápido. La luz de estado comunica en una serie destellos rojos o verdes si la impresora ha iniciado, si esta lista para imprimir, si la cabeza está caliente o extruyendo y si ha empezado o parado de imprimir – pero sin el manual, estas señales pueden llegar a ser confusas. Es un recordatorio constante de la falta de un panel de control independiente dentro de la máquina, uno de sus puntos débiles. Al usar el software propietario de Afinia 3D se pueden añadir múltiples objetos en la misma plataformas, escoger cuales requieren un tipo de soporte especifico, escoger resoluciones y elegir entre una gran cantidad de opciones para el relleno. Solo se requiere elegir el ángulo de voladizo máximo al que se le permite construir sin soporte, y el software automáticamente crea un andamio para cualquier ángulo que lo exceda. Una vez que el diseño ya está al agrado de los usuarios, es tan fácil como presionar “Print”. No hay necesidad de trabajar con G-Code, o el software que lo genera, ya que se encarga de esos elementos por uno. Aunque el software sea de condigo abierto y tiende a caer, sus características son robustas y relativamente intuitivas. Ejecución Posee buena calidad de impresión, ya que las primeras impresiones confirman que la maquina posee la capacidad de producir esquinas afiladas, voladizos limpios, superficies verdaderamente verticales y horizontales (sin defectos). La exactitud en dimensiones estaba ligeramente equivocada en un 1% en la “Prueba de Tortura”, con agujeros ligeramente pequeños, aunque esto puede ser atribuido a la deformación del plástico ABS. 38

La Afinia es también confiable, ya que presenta poca necesidad de reiniciar intentos fallidos o supervisar la máquina. La documentación indica la posibilidad de pausar un impresión y de llevar a cabo cambio de material en una sola impresión, lo cual es una gran opción si se desea obtener un objeto multicolor de una sola cabeza dispensadora. Aunque el modelo posee aproximadamente el mismo volumen que la impresora Up! Original que fue sacada al mercado hace dos años, su volumen de impresión sigue teniendo dimensiones competitivas comparadas con el estado actual de impresoras armadas por kits. Tanto filamento PLA y ABS pueden ser utilizados, y la impresora viene equipada con un carrete de 1.5 libras de filamento. Desafortunadamente, no existe un puerto para tarjeta SD o memoria USB en la Afinia. Puede ser posible imprimir conectado por medio del puerto USB de la computadora, desconectándose una vez que la impresión se ha iniciado, pero es preferible el poder imprimir completamente sin ataduras. Adicionalmente, la velocidad de impresión es comparativamente más lento, encontraste de algunas de las impresoras diseñadas más recientemente. Conclusiones La Afinia H-Series resalta como una de las favoritas al momento de llevar a cabo los desafíos de las pruebas. Sacado directamente de la caja, usando la calidad base de 0.2 milímetros de resolución, se logran obtener algunos de las mejores impresiones de todos los equipos probados. Aunque hay límites de hasta qué punto se puede afinar o modificar con un equipo que no sea de código abierto, la Afinia ofrece la mejor calidad de impresión con la menor cantidad de esfuerzo, lo que eclipsa sus limitaciones.

Figura c.2: Detalles de impresora (izquierda); Muestras de Impresión (derecha). 39

BUKOBOT 8 La Bukobo se plantea como una evolución con pricípios expandibles y escalables que se traen de las impresoras tipo RepRap. Volumen de impresión: 8” x 8” x 8” Velocidad de impresión: 120 mm/seg Materiales: ABS, PLA, PVA Resolución (eje Z): 0.1 mm - 0.2 mm Software: Repetier-Host y Slic3r (software de corte) Sistema Operativo Disponible: Windows, Mac, Linux ¿Código Abierto? Si Precio en Momento de Prueba: $1,385 Impresión sin Ordenador: Opcional, Tarjeta SD Los Bukobot tienen una unidad de apariencia que resulta realmente agradable. Los soportes acopladores impresos que unen a la maquina son fabricados en PLA claro (semi-transparente), otorgando una estética única: una maquina hecha de aluminio y plástico cristalino. Los logos de dos colores de Deezmaker y Bukobot, montados en el marco ofrecen un avance de lo que es posible al intercambiar el filamento a mitad de una impresión. Con la Bukobot, la compañía Deezmaker introduce la estructura RepRap Buko, es planeada desde sus inicios para aprovechar plenamente sus componentes estructurales – Vigas de aluminio extruido Misumi, uniones impresas en PLA y un sistema de tiempos sincronizado – en un esfuerzo de limitar el número de partes y costo total, al mismo tiempo que eliminar la tensión de sobre-diseñar. La máquina ofrece un portal simplificado en los ejes X-Z y una plataforma en el eje Y que se mueve de atrás para adelante, utilizada por Printrbot y Wallace, dando una rigidez estructural. Diseñada de forma única entre RepRaps, el diseño de la Buko es expandible en cualquier eje, solo substituyendo las vigas Misumi por otras de mayor largo. El uso de un sistema de cables sincronizados de tiempo es uno de las mayores innovaciones de su diseñador. Estos se construyen desde un cable central enrollado alrededor de una espiral secundaria que ayuda a resistir el alargamiento incluso cuando se tuerce en formas elípticas. Poleas sincronizadas traban el cable espiral, reduciendo el retroceso en impresiones que se genera cuando las correas de distribución pierden tensión. Utilizados para proyectos con límites de espacio tal como robótica y escáner 2D, el uso de sistemas sincronizados permite pequeños movimientos a altas velocidades sin introducir desbordes. Un beneficio adicional: el usuario puede cortar sus propios cables al expandir el área de construcción, sin necesidad de comprar nuevos cinturones de tensión para cada configuración segun el tamaño de expansión. Instalación Las pruebas se llevaron a cabo con la Bukobot 8 Vanilla, de una sola cabeza dispensadora; la versión Duo ofrece dos cabezas. La instalación toma cerca de media hora, y la documentación incluida con la impresora provee la mayoría de información necesaria para afinar la máquina, aunque si puede ser necesario buscar ayuda adicional para descifrar la velocidad de conexión. Un gran detalle son los discos de tensión de cables, que permiten llevar a cabo de forma fácil ajustes menores. No existe una conexión para tarjeta SD en los electrónicos, así que si se desea imprimir sin ataduras es necesario conseguir la mejora X3. Adicionalmente la impresora no cuenta con un botón de apagado, y el ruido de la fuente de energía puede causar molestias a algunos usuarios. 40

Ejecución Mientras que el portal esta confiablemente armado con la plataforma, se puede llegar a tener problemas de adhesión con ABS y PLA, algo que se soluciona usando cinta adhesiva de pintor – una de las soluciones comunes usadas en impresoras que extruyen PLA. Esto aumenta la adhesión significativamente, y permite llevar a cabo impresiones de alta calidad con el PLA que incluye la maquinaria. Al usar la cobertura impresa de ventilador adicional, que permite enfriamiento activo por encima de la capa impresa, se obtienen los mejores resultados al imprimir con PLA. La Prueba de Tortura (Torture Test en Thingiverse) muestra promesa: los problemas de adhesión pueden botar la base del arco sin soporte, pero todas las superficies horizontales y verticales deberian de permanecer sin deformaciones. Los resultados de impresión son generalmente mejores que el promedio, especialmente con la estatua del búho, que aunque no fue la mejor de la prueba, muestra que esta unidad, al ser realmente trabajada por su operador, puede competir agresivamente por calidad en su rango de precio. Adicionalmente, Deezmaker se encuentra trabajando con proveedores de PLA para experimentar con nuevos materiales de forma eficiente para la Bukobot Conclusiones La Bukobot 8 toma prestado de sus antecesores, utilizando las mejores cualidades de impresoras como la Printrbot y Prusa Mendel, y ofrece innovaciones que ayudaran a tener el marco RepRap Buko como una interesante opción para el público. Es una impresora progresiva y atractiva con muchas cualidades bien calculadas que atraerán a una amplia audiencia del movimiento RepRap.

Figura c.3: Detalles de impresora (izquierda); Muestras de Impresión (derecha). 41

CUBE Con impresión por wi-fi y una calidad aceptable, la confiable y fácil de usar Cube da un paso hacia el público general. Volumen de impresión: 5.5” x 5.5” x 5.5” Velocidad de impresión: 15 mm3/seg Materiales: ABS (Cartucho Propietario) Resolución (eje Z): 0.01”/0.25 mm Software: Cubify Client Software Sistema Operativo Disponible: Windows (XP/SP3, Vista, 7) ¿Código Abierto? No Precio en Momento de Prueba: $1,299 (Ensamblada) Impresión sin Ordenador: Si, Wi-fi y puerto USB La compañía 3D Systems no es considerada como una de las mayores en el mercado de la impresión personal, pero la Cube es un paso inicial en su intento de cambiar esto. Lo primero que se nota de la Cube es su estilo. No posee madera contrachapada ni cables sueltos: en su lugar, esta máquina está hecha más para ser usada por el aficionado que por el profesional. Este nivel de calidad de diseño llega incluso a la documentación de apoyo, la cual es una de las más profundas de las maquinas disponibles ahora en el mercado. La Cube trae una mezcla de cualidad únicas, incluyendo la capacidad de imprimir por medio de wi-fi y USB, con un panel táctil de control y pegamento de adhesión propietario. Instalación Tanto la impresión por wi-fi como por USB funciona a como es prometido, y muestran una buena ejecución. La cube puede usar la red de wi-fi, pero muestra mejores resultados utilizando su red individual, la cual se usa al desconectar el aparato de las demás redes. Al igual que la mayoría de impresoras que usan ABS, la Cube usa una plataforma termia que ayuda con la adhesión, y previene de la deformación de objetos de mayores dimensiones. El hecho de que se encuentre abierta al aire puede ser una fuente de deformaciones en impresoras, pero el pegamiento adicional (denominado Magic Cube Glue) funciona muy eficientemente al mantener las impresiones estables sobre la plataforma. El equipo es manejado por medio de una interfaz en pantalla táctil que permite configurar la altura de la cabeza, wi-fi y otros detalles, al igual que mostrar el estado de la actual impresión y de otros sistemas. Ejecución Ninguna de estas mejoras de diseño importan si la Cube no lleva a cabo buenas impresiones, lo cual hace. La impresora muestra la capacidad de imprimir por largas cantidades de tiempo sin fallos, una capacidad que casi ninguna otra impresora puede demostrar. El rendimiento inicial de la Cube tiene algunos defectos que vale la pena mencionar, de los cuales el primero es la velocidad. En las pruebas, la Cube fue una de las más lentas. También muestra un fuerte y resonante zumbido relacionado con ciertos movimientos, pero es posible que este problema de ruido sea específico al equipo de prueba usado. La impresora y software está configurada inicialmente para imprimir con balsas y estructuras de soporte, los cuales añaden tiempo de impresión y de post-procesamiento, pero que ayudan a llevar a cabo impresiones más complicadas. Ambas opciones pueden apagarse, pero hacerlo generalmente degrada la calidad del objeto.

En las pruebas de precisión, la Cube tuvo problemas similares a los que mostraron muchas de las otras impresoras: los agujeros eran muy pequeños y otras dimensiones no eran exactas. En algunos casos parecía que la cabeza dispensaba demasiado plástico en las impresiones, algo podría estar relacionado con el color del ABS usado, humedad u otros factores. La Cube no es un producto de código abierto, y el software Cubify solo se ejecuta en Windows 7 o sistemas operativos más nuevos, mientras que otros paquetes de software permiten una gran cantidad de personalización. Existen ciertas opciones para permitir o inhabilitar ciertos aspectos de las impresiones, pero no ofrece mucho control sobre altura de capas, porcentaje de relleno, laminas exteriores adicionales o personalizar las estructuras de soporte. El software Cubify trabaja con los mismos archivos tipo STL con el que trabajan otros paquetes, pero también soporta archivos tipo “.creation”. 3D Systems posee un sitio web donde los diseñadores suben varias de sus creaciones para ser descargadas por un precio, lo cual es una opción interesante para personas que no están interesados en diseñar sus propios archivos, pero se muestra como una opción difícil cuando se compara con sitios tal como Thingiverse. Cada nueva impresora viene como 25 archivos para iniciar su operación. La impresora funcional con cartuchos de filamento especiales que solo están disponibles por medio de 3D Systems. Tienen un peso aproximado de 1 libra de ABS utilizable por $50, convirtiéndose en uno de los carretes de material más costosos. Una forma de trabajar alrededor de este límite es el uso de una modificación28 que permite hacer uso de filamento genérico de menor costo con la Cube. Finalmente, este aparato esta sellado y no está hecho para ser modificado como otros equipos. Ninguno de sus electrónicos, motores o controles de movimiento son visibles o accesibles sin remover la cubierta, lo que significa que cualquier reparación debe ser llevada a cabo por la compañía. Conclusiones La Cube es una impresora bien diseñada y muy documentada, que imprime de manera confiable y que tiene muchas cualidades de son gran ayuda dentro del mercado. Posee una excelente apariencia, pero no ofrece la mejor calidad de construcción. En vez de ser una impresora que trata de llegar a los más nuevos límites de la impresión, este se convierte en un equipo del usuario que simplemente quiera presionar “Imprimir” – y tener una máquina que se mire bien mientras imprime.

Figura c.4: Detalles de impresora (izquierda); Muestras de Impresión (derecha).

28 Nafis, C. (2013). Cube 3D printer bulk filament Usage. Recuperado de http://www.howmuchsnow.com/cube/. Consultado 09 de octubre de 2013.

LULZBOT AO-100 La básica MendelMax, pero con mejor manual y accesorios. Volumen de impresión: 7.9” x 7.5” x 3.9” Velocidad de impresión: 150 mm/seg Materiales: ABS, PLA Resolución (eje Z): 0.1 mm/0.004” – 0.75 mm/0.29” Software: Printrun, Slic3r (Software de corte) Sistema Operativo Disponible: Windows, Mac, Linux ¿Código Abierto? Si Precio en Momento de Prueba: $2,500 (Ensamblada) Impresión sin Ordenador: Si, tarjeta SD La AO-100 es la manera más fácil de conseguir una impresora tipo MendelMax – se envía ensamblada, así que la instalación es tan simple como remover las pinzas y amarres que protegen a la impresora durante el viaje, y de conectar unos cuantos cables. También incluye varias boquillas de la cabeza dispensadora, cuchillos, llaves y pinzas, lo cual es útil en caso de necesitar llevar a cabo ajustes. La impresora usa el mismo software que la mayoría de equipos de código abierto usan: Slic3r y Printrun, los cuales no son de ninguna manera intuitivos. LulzBot provee copias del software en su sitio, junto con archivos de configuraciones iniciales para usar, y su instalación es relativamente sencilla. Instalación El manual de la AO-100 dice que esta se encuentra previamente probada y calibrada, aunque lamentablemente a cómo es posible el caso de impresoras pre-ensambladas, puede tener fallos en su calibrado que requieran un apague de emergencia y un trabajo inicial. Igual que la mayoría de las impresoras, esta no “siente” una vez que su cabeza toca la plataforma. En vez de esto, usa un indicador al lado de su marco que establece cuando parar cuando se mueve hacia abajo – y su posición es ajustable. El manual sugiere un proceso para llevar a cabo esto, pero no es un trabajo deseable de una impresora reciben obtenida. Siendo una impresora derivada de la RepRap Mendel, la AO-100 mueve la cabeza dispensadora hacia arriba y abajo sobre dos tornillos. Si uno de estos tornillos pierde su posición, la plataforma cambia su ángulo, lo que significa que una altura en Z aceptable en un lado, puede significar un choque de la cabeza en el otro. Mientras que este fallo no es común, si tiene la posibilidad de pasar al girar accidentalmente uno de los tornillos mientras la impresora está apagada – lo cual es fácil que pase al ajustar el indicador de paro del eje Z, y el manual no provee una solución a este problema. Parte del encanto de este equipo es su manual, el cual se encuentra por encima de su competencia. El manual es de gran ayuda para el novato en impresión 3D. Pero el manual si posee errores, varios de ellos en realidad, y deja de apoyar al usuario una vez que se adentra en el tema, ya que este solo comenta de forma ligera en indicaciones de cómo realmente hacer uso del software. Ejecución Una vez instalado, la AO-100 es razonablemente confiable, ya que permite imprimir repetidamente varios objetos utilizando el proceso básico de “Descarga-Proceso de Corte-Impresión”; nunca requiere un posicionamiento manual de la boquilla o ajustes. Sin embargo, si requiere de mantenimiento regular:

- Manejar la tensión de filamento. Dos tuercas de pulgar en la cabeza dispensadora deben de ser ajustados para ajustar la tensión necesaria para alimentar el filamento por la boquilla. Si se encuentra muy apretado o suelto, la corriente de material puede fallar, arruinando la impresión. - Desenredar el carrete de filamento. Es posible que una de las impresiones falle cuando el plástico quede atrapado entre el carrete y el marco de la impresora, lo que significa que no puede dejarse el equipo sin supervisión. El puerto para tarjeta SD (en conjunto con Printrun) deberían permitir copiar un modelo en la impresora, oprimir imprimir y dejar que la impresión tome su curso. Lamentablemente la impresora presenta problemas con este proceso, parando inexplicablemente y requiere de reiniciarse. Aunque contando con la necesidad de supervisar que el filamento no se enredara, el dejar la computadora conectada no presenta un mayor problema. Con los ajustes de fábrica, la calidad de la impresión es fácilmente promedio. Mientras que se puede usar tiempo para calibrar, la mayor mejora se obtiene simplemente de disminuir la velocidad de impresión. Mientras que la LulzBot es capaz de imprimir en velocidades de hasta 200 mm/seg, las pruebas indican que la calidad sufre en altas velocidades. A 90 mm/seg, los pequeños detalles no enfrían a tiempo para cuando una nueva capa es colocada, resultando en una apariencia de goteo. A 40 mm/seg esta deficiencia es radicalmente reducida. Los objetos altos resultan con una calidad tambaleante, lo cual era un defecto presente en modelos viejos de las RepRaps y de la Makerbot Cupcake, pero es inusual en una Mendel, lo que deja un incógnita de porque este defecto surge. A $2,500, la AO-100 es más costosa que impresoras con cabezas dobles, como la Makerbot Replicator, y casi el doble de impresoras que no son de código abierto como la Afinia. En las pruebas realizadas, el resultado fue marcadamente peor que en ambos equipos. Conclusiones Por el lado positivo, viene ensamblado de fábrica, con ajustes de impresión que trabajan inmediatamente. Incluye grandes cantidades de plástico, accesorios y un manual adecuadamente escrito. Por el lado negativo, la calidad de impresión es promedio para una impresora del 2012, lo lo que es especialmente molesto viniendo de una impresora que requiere de tanto calibrado, ajuste y un precio tan alto.

Figura c.5: Detalles de impresora (izquierda); Muestras de Impresión (derecha). 45

MENDELMAXPRO Esta impresora de capacidad profesional se encuentra un nivel por encima de su parentela, pero ¿está lista para el uso doméstico? Volumen de impresión: 9” x 10” x 7” Velocidad de impresión: +150 mm/seg Materiales: ABS, PLA, PVA Resolución (eje Z): 0.32 mm – 0.3 mm Software: Pronterface Sistema Operativo Disponible: Windows, Mac, Linux ¿Código Abierto? Si Precio en Momento de Prueba: $1,295 Impresión sin Ordenador: Opcional, tarjeta SD La MendelMaxPro por Trinity Labs es una de las recientes adaptaciones para consumidores de tipo RepRap, pero esta unidad posee unas ventajas por encima de las demás. En primera instancia, es la más nueva de su clase, por lo que se beneficia del conocimiento acumulado de esfuerzos anteriores. De la misma manera, su fundador posee gran experiencia con el modelo MendelMax, construyendo una cantidad incontable de versiones de la misma antes de desarrollar esta versión del producto. Trinity Labs ha re-imaginado la MendelMax como una herramienta para línea de ensamblado: deslizantes industriales, manejo de cables, luces de trabajo y acceso de servicio. Es una maquina con objetivo de ser usada para producción en pequeñas compañías de tecnología. La MendelMaxPro cuenta con una apariencia industrial, pero contrario a su apariencia, los perfiles estructurales Misumi representan un ahorro de costos por encima de las barras con muescas que vienen tradicionalmente con las RepRaps. Se busca de modo cuidadoso a los proveedores de cada componente, y muchas cualidades adicionales son añadidas debido a la alta calidad de los componentes. Trinity Labs hizo un sólido trabajo rediseñando los elementos de la MendelMax, reemplazando elementos poco confiables necesarias para la típica auto-replicación que muestran las RepRaps, por soluciones industriales. Mas notablemente, reemplazaron barras y rodamientos en el portal cartesiano – un elemento susceptible al desgaste y desplazamiento – con deslizantes industriales que dan la confianza de que la maquina continuara operando correctamente después de cientos de horas de uso. El equipo también se enfoco en obtener un manejo de precisión del eje Z, que permite eliminar movimientos redundantes típicos de las Mendels, una fuente primaria de sobre-carga. Acopladores de capacidad profesionales para las barras de rosca ayudan a mantener integridad a altas velocidades. La cabeza dispensadora fabricada de manera personalizada posee un par de engranados marcados que permiten cambios rápidos y precisos entre la extrusión y la retracción sin desliz del filamento. Tirantes de aluminio sujetan la pesada base de vidrio que es apropiada para varios materiales. Debajo del vidrio se encuentra un control de calor que permite un control regular para impresión de ABS. Una pantalla LCD provee actualizaciones del estado de la impresión, mientras que tiras de LEDs iluminan el área de trabajo de forma agradable. Instalación Según Griffin (2012) “Los usuarios recibirán una hora de soporte técnico con cada máquina. Después de instalar Pronterface y el perfil personalizado que Trinity Labs provee, se puede generar un modelo y conectarse a la computadora rápidamente. Aun así, la documentación, que requiere trabajo, no comenta en cómo usar la interfaz para tarjeta SD.” 46

La máquina requiere pocos ajustes para establecer para mover la cabeza a su origen – solo requiere de mover las barras enroscadas con los motores apagados hasta que la cabeza dispensadora puede llevar un trazo paralelo en todo el perímetro de la plataforma, requiriendo ajustar los indicadores de paro que establecen el punto de 0 mm para altura de capa. Después de estos ajustes, no se tienen problemas monitoreando la temperatura y progreso en Pronterface. Ejecución Para una máquina que es conocida por su alta velocidad, es sorprendente encontrar una maquina presenta tantos problemas de adhesión, lo que lleva soluciones diversas, tal como aplicar una pequeña capa de acetona y ABS sobre el vidrio. Mientras que es una solución útil, presenta inconvenientes para tenerlo dentro de un espacio habitable doméstico, debido a los olores que genera. Decepcionantemente, el perfil de Slic3r – combinado con capacidades de operación con las que cuentas los principiantes – lleva a resultados deslucidos cuando se imprimieron la serpiente y la prueba de tortura. Mientras que las superficies horizontales no presentaron problemas, las verticales no poseían un acabado suave, y las capas superiores de cada parte tendían a abrirse. Para evitar este problema se sugiere apagar la opción de “hopping” (salto) – una estrategia de impresoras profesionales que levanta y baja la cabeza para permitir una velocidad de viaje más rápida – y esto lleva a una marcada mejora. El modelo del búho, impreso con relleno, no se resultó tan limpio como en muchas otras impresoras. Claramente, el perfil estándar de Slic3r requiere ajustes, pero es posible que el problema se solucione calibrando la máquina. Mientras que es fácil empezar a imprimir, es posible que llevar a cabo estos cambios requiera más que el tiempo de soporte técnico que la compañía provee. Los beneficios de llevar a cabo ajustes cuidadosos probablemente valen la pena, ya que es una maquina diseñada para altas velocidades y repetición. Conclusión Se tiene que entender que la MendelMaxPro está diseñada para impresiona. Los usuarios domésticos deberían de esperar que los procedimientos de calibración y la documentación se desarrollen por encima de su estado actual. Claramente el potencial existe; Trinity Labs usa las MendelMaxPros para generar partes impresas para varios productos de gran calidad.

Figura c.6: Detalles de impresora (izquierda); Muestras de Impresión (centro y derecha). 47

PRINTRBOT LC Para el experimentado, la Printrbot ofrece posibilidad de expansión, velocidad e impresiones aceptables a un precio razonable. Volumen de impresión: 6” x 6” x 6” Velocidad de impresión: Hasta 200 mm/seg Materiales: ABS, PLA Resolución (eje Z): 0.4 mm – 0.1 mm Software: Pronterface/Printrun, Slic3r Sistema Operativo Disponible: Windows, Mac, Linux ¿Código Abierto? Si Precio en Momento de Prueba: $799 Impresión sin Ordenador: Si, tarjeta SD La Printrbot es una impresora relativamente recién llegada al campo de impresoras 3D aptas para el consumidor, y es comercializada por su creador, Brook Drumm, como “tu primera impresora 3D”. Después de una campaña exitosa de Kickstarter, donde se recaudaron arriba de $800,000, Printrbot ha trabajado para desarrollar aparatos de bajo costo que puedan mantener una calidad de trabajo con el beneficio de ser portables. Se han producido una serie de modelos que satisfagan las necesidades de varios usuarios, desde la Pintrbot Plus con un volumen de 8” x 8” x 8” de impresión, hasta la compacta Printrbot Jr. y la más reciente Printrbot Simple. Al momento de prueba de este modelo, la Pintrbot LC, con un marco de plywood fabricado por cortadora laser, un volumen de impresión de razonable y una plataforma térmica para impresión de ABS, por $799 ensamblado, o $549 como kit. Al momento que se escribe esta reseña, la Pintrbot LC ha sido reemplazada por la versión modificada de la Printrbot Jr. a un precio de $699. De igual manera, la mayoría de comentarios relevantes a calidad y facilidad de uso del modelo LC es aplicable a la Pintrbot Plus ($999 ensamblada). A diferencia de muchas otras impresoras, las cuales vienen con un cajón o marco alrededor de la plataforma y cabeza dispensadora, la Printrbot viene con un marco de diseño abierto que la hace compacta (16” x 16” x 16”), ligera (18 libras), y aún más importante, es expandible. Todos los ejes de impresión pueden ser modificados para crear un mayor volumen, lo que la hace, junto con la Bukobot, una de las impresoras más flexibles en el mercado. Su fabricante reporta la posibilidad de expandir la Pintrbot hasta 2 pies (24”) en altura, y una base doble de 16” x 8”. De esta manera, esta impresora no solo sirve como un paso inicial en el campo, sino que puede ser expandida una vez que su plataforma inicial no sea suficiente. Instalación La Printrbot se conecta al ordenador por medio de cable USB, y usa el programa de código abierto Pronterface como interfaz de impresión. Aun si este software tiene una curva de aprendizaje notable, la guía de inicio trae consigo las instrucciones necesarias para calibrar la máquina y el software, para la primera impresión. Es posible calibrar la Printrbot y procesar un modelo para su impresión en un periodo de media hora.

Ejecución Los resultados de las impresiones finales no son excepcionales, pero ciertamente son aceptables para una impresora de tan bajo costo. Mientras que las pruebas de voladizo causan problemas, y las superficies verticales no son totalmente suaves, si se encuentra que la altura de capa es constantes, y las proporciones resultan bastante precisas. En superficies verticales altas se puede observar algunos fallos y líneas desiguales (lo cual se puede atribuir a un error de cálculo a comentar en una sección posterior), pero la forma general de las impresiones son razonablemente exactas. Por el lado positivo, la Pintrbot LC era relativamente rápida en comparación con otras máquinas, y puede acelerarse con modificaciones. De acuerdo a su fabricante, Printrbots mejoradas pueden llegar hasta una velocidad de impresión de 200 mm/seg. Conclusiones Para el novato en impresión 3D, pero que posee conocimientos técnicos, la Printrbot LC es un buen punto de inicio, en especial por su precio. Viene ensamblada, requiere un poco calibración y se necesita familiarizarse con la interfaz del software, pero una vez que se saltan estos desafíos, se puede llegar a imprimir sin requerir mucho esfuerzo. Si se prefiere, se puede llegar a modificar con accesorios para llevar a esta impresora a poder competir con competidores de mayor costo.

Figura c.7: Detalles de impresora (izquierda); Muestras de Impresión (centro y derecha). 49

PRINTRBOT JR. Impresiones sorprendentemente buenas de la impresora más barata, pequeña y portable en el mercado. Volumen de impresión: 4” x 4” x 4” Velocidad de impresión: Hasta 100 mm/seg Materiales: PLA Resolución (eje Z): 0.1 mm Software: Pronterface/Printrun, Slic3r Sistema Operativo Disponible: Windows, Mac, Linux ¿Código Abierto? Si Precio en Momento de Prueba: $399 Impresión sin Ordenador: No La Jr. fue una de las primeras de las “Printrbots Portables” diseñadas por Brook Drumm, diseñadas para aquellos que quieren explorar la impresión 3D por primera vez. Siendo una de las más pequeñas y de menor costo, esta impresoras es una versión minimizada de la Printrbot original (aunque a como se mencionó, ha sido modificada recientemente para reemplazar a la LC, incluyendo materiales, plataforma térmica y volumen), y es posible que incluso otras impresoras de nivel doméstico tengan el volumen necesario para imprimir este pequeño aparato. Aun así, este pequeño electrodoméstico toma prestado suficiente de sus predecesores, y añade características únicas para ser más un paso inicial en el campo. Totalmente desplegada, la diminuta impresora cabe confortablemente en un escritorio, y la mayoría de su volumen viene de su plataforma de impresión. Cuando se empaca para viajes, se reduce un tercio de su volumen, con la mayoría de sus partes delicadas protegidas por la plataforma. Puede ser colocada fácilmente dentro de una mochila, una teoría fácilmente comprobable. Además del accesorio para el convertidor de energía y carrete de filamento (comentado con la LC), la Jr. puede ser utilizada un una batería de litio, como una manera opcional de imprimir en el campo, en caso de no tener acceso a otra fuente de energía. Mientras que llevar a cabo esta mejora requiere soldar algunas partes, si es posible imprimir con la misma calidad que al tener una conexión directa a enchufes. La simplicidad es una cualidad de diseño en esta impresora, ya que si bien se puede obtener ensamblada, los videos de instrucción de armado muestran como la unidad ha sido reducida a la menor cantidad de piezas móviles. Esto también significa que en busca de una mayor simplicidad, se debieron eliminar adiciones en las versiones de Alfa y Beta, tal como la impresión de ABS, ventilador o plataforma térmica (accesorios que ahora vienen incluidos en la versión V2). Instalación Al momento de la prueba, la documentación para la instalación y calibrado no se encontraban presentes, pero afortunadamente la mayoría de las instrucciones son prácticamente idénticas a otras Printrbots. Al seguir la guía, es posible empezar a imprimir modelos básicos rápidamente. Enlaces para el software recomendado se encuentran en la página de instrucciones del sitio oficial, y el tener una experiencia con modelos similares ayuda de gran manera a trabajar rápidamente con este equipo.

Ejecución Para hablar de una impresora con un costo de $400, esta demuestra resultados muchos mayores a los que se esperaría. Mientras que los resultados iniciales pueden ser decentes, la impresora si requiere pruebas exhaustivas para afinar los ajustes para producir objetos menos toscos. De igual manera la impresora puede llegar a dispensar más plástico del necesario, lo que resulta en daños en agujeros y superficies con deformaciones. Los engranajes funcionaron de forma inmediata, lo que demuestra la capacidad de la impresora de generar paredes finas y estables. Y si bien muestra fallos de calidad comunes, también muestra impresiones con la calidad de equipo con costos superiores a los $1,000. Conclusión Las ventajas definitivas de la Printrbot Jr. son su precio y tamaño, siendo la Impresora más portable en el mercado, y con un precio accesible para aficionados, estudiantes y otros usuarios casuales. Adicionalmente, el hecho de que el hardware de la Jr. este abierto para modificaciones podrá ayudar a una comunidad dedicada a contar con las herramientas necesarias para mejorar esta simple unidad para que los usuarios más experimentados puedan producir resultados comparables a equipo de mayor costo.

Figura c.8: Detalles de impresora (izquierda); Muestra de Impresión (derecha).

REPLICATOR 2 Aun sin ser de código abierto, la Replicator 2 impresiona con grandes mejoras. Volumen de impresión: 11.2” x 6” x 6.1” Velocidad de impresión: 80-100 mm/seg Materiales: PLA Resolución (eje Z): 0.1 mm – 0.34 mm Software: Makerware Sistema Operativo Disponible: Windows, Mac, Linux ¿Código Abierto? No Precio en Momento de Prueba: $2,199 Impresión sin Ordenador: Si, tarjeta SD La Replicator 2 es la más nueva iteración de la popular Replicator de Makerbot. Ahora más rápida, mas callada y con una calidad de impresión de 100 micras en altura de capa. Muestra un nuevo marco de acero, rodamientos de bronce impregnados de aceite y un volumen de impresión con un aumento de 37%, y optimizada para PLA. Las mejoras no vienen sin un costo, un mayor precio y una separación del código abierto, lo que puede impactar la popularidad con los aficionados actuales. El modelo de la Replicator 2 con una cabeza dispensadora simple tiene un costo de $2,199. La Replicator 2X, que cuenta con una cabeza dispensadora doble de ABS/PLA tiene un costo de $2,795. Adicionalmente, 1 año de garantía viene adjunto de un pago de $350. La impresora cuenta con un pulcro marco de acero negro, y paneles de PVC que pueden ser removidos o mejorados para facilitar el fácil acceso a cualquier material que caiga dentro de la plataforma. La máquina ha mantenido el mismo volumen que ocupa, pero incrementando su volumen de impresión. Un panel LCD de mayor tamaño y eficiencia permite monitorear y controlar la impresora más fácilmente. Algo a destacar es la Cold Pause (Pausa Fría) que para la impresión, enfría la cabeza, y espera a seguir la impresión donde se detuvo, lo cual es útil en un número de situaciones. Otra cualidad menos funcional es la de poder controlar el color de la iluminación utilizada dentro de la impresora. El área de impresión ahora está habitada por una cada de acrílico arenado, específicamente usado para plástico PLA. Gracias a que no requiere una cama térmica, la impresora usa un aproximado de 32% menos energía para imprimir. Instalación Sin hacer uso de la cama térmica, el tiempo de espera de calentamiento de la Replicator 2 es mucho menor que el de modelos previos, que hacía unos de impresión por medio de ABS. Es más sencillo nivelar la plataforma, contando con un sistema de nivelación de tres puntos. En vez de hacer uso de cuatro puntos de ajuste, en forma de cuadrado, se colocan los tornillos en forma de triángulo, ampliando el punto central, permitiendo que el ajustar dos tornillos nivelen fácilmente la cama. Estas dos características permiten minimizar y facilitar el tiempo de preparación.

Las nuevas mejoras son complementadas por el nuevo software, Makerware, el cual reemplaza a ReplicatorG, un programa de código abierto, con una interfaz más limpia e intuitiva que permite escalar, rotar y organizar múltiples modelos dentro de la plataforma fácilmente. El corte de piezas en menores resoluciones es llevado a cabo por el motor Miracle-Grue que se encuentra de MakerWare, el cual es más rápido que Skeinforge (todavía usado en impresiones de mayor resolución). El modelo es entonces cargado a una tarjeta SD (incluida) e insertada dentro de la impresora. El resto del proceso es tan fácil como presionar “Imprimir”. El uso de la tarjeta SD, una característica traída de la Replicator original, permite liberar el ordenador de cualquiera atadura a la máquina. En general, el llegar a la primera impresión, con la impresora sacada directamente de la caja, debe de tomar menos de 15 minutos, incluyendo cargar el filamento. Ejecución El aparato produce impresiones constantemente atractivas, y es capaz de imprimir capas de hasta 100 micras. El llenado de capaz finales ha mejorado en gran parte, dándole un gran acabado a las impresiones, en especial aquellas que muestran topes redondos y con necesidad de texturas suaves. Aun así, la Replicator 2 falla al momento de producir el arco en la prueba de tortura, mientras que algunas otras impresoras si lograron llevar a cabo esta hazaña. Por último, una de las mejoras más notables es la reducción de sonido. La Replicator 2 es notablemente más silenciosa gracias a sus rodamientos auto-lubricantes. El colocar la impresora sobre una alfombra reduce el ruido a solo el movimiento del ventilador. Conclusiones La Replicator 2 es una mejora definitiva sobre la original. La calidad de impresión es similar a otras máquinas de prueba, pero el nuevo software presenta una mejora notable, y las modificaciones de hardware hacen una impresora más dependiente, firme y consistente, con un volumen de impresión mayor, impresiones más rápida y trabajo más silencioso. Además, la nueva apariencia es una adición bienvenida.

Figura c.9: Detalles de impresora (izquierda); Muestra de Impresión (derecha). 53

ULTIMAKER Con las impresiones más rápidas y finas de cualquier kit de impresión, la Ultimaker recompensa al trabajador paciente. Volumen de impresión: 8.3” x 8.3” x 8.3” Velocidad de impresión: 150 mm/seg Materiales: ABS, PLA Resolución (eje Z): 0.1 mm – 0.04 mm Software: Cura Sistema Operativo Disponible: Windows, Mac, Linux ¿Código Abierto? Si Precio en Momento de Prueba: $1,556 kit ($105 adicionales por control) Impresión sin Ordenador: Opcional, tarjeta SD Ya con 18 meses de edad, la Ultimaker es un verdadero clásico en el mundo de la impresión 3D. Pero incluso al envejecer, este kit provee cualidades únicas y un enfoque en velocidad diferente de cualquier otra impresora. Una de las metas más documentadas de la Ultimaker es la velocidad de impresión, y el arreglo mecánico está optimizado para ello. La Ultimaker es la única impresora de prueba que cuenta con una cabeza dispensadora estilo Bowden, donde el mecanismo que alimenta el filamento a la cabeza dispensadora se encuentra separado de la boquilla. Como resultado, ninguno de los motores contribuye al peso de la cabeza. Esta combinación de ligereza y de motores estacionarios en un marco tremendamente ligero en los ejes X-Y, lo que es ideal para impresiones rápidas. Ultimaker también cuenta con una impresionante resolución en el eje Z. Mientras que es teóricamente posible llegar a alturas de 12.5 micras, lo más común es generar impresiones con rangos de 40-50 micras de modo confiable. Así mismo, el diseño de la Ultimaker no ha dejado de evolucionar. Entre las mejoras se encuentran los pernos de alimentación y la boquilla V2, lo que muestra un impulso constante de mejorar el producto y extender su vida útil. Los electrónicos han sido desarrollados y mejorados numerosas veces. Adicionalmente, es recomendable hacer uso del UltiController, un extra que permite ajustar velocidad, temperatura y flujo de material rápidamente, junto con la capacidad de imprimir por medio de tarjetas SD, permitiendo desatar el ordenador del equipo. Mientras que la Ultimaker puede imprimir ABS y PLA, está fabricada primariamente para PLA, por lo que no trae consigo una cama térmica, un requerimiento de impresión con ABS. La Ultimaker se muestra como un excelente kit para aquellos que quieran ver el funcionamiento de las partes, y de aquellos que quieran mejorarlas. Instalación Aparte de la construcción (la cual puede tomar entre 6-20 horas si se pide en forma de kit), la instalación es moderadamente fácil. El proceso de nivelado de la plataforma es menos complejo que en otros equipos, y tiene a quedar nivelada después de varias impresiones. La tensión de los ejes X-Y puede ajustarse, y tiende a mantenerse calibrada, pero no hay manera de ajustar de manera fácil el límite del eje Z.

Para procesar e imprimir, Ultimaker hace uso de su aplicación de código abierto llamada Cura, que puede trabajar con Skeinforge y Pronterface, creando un control simple y optimizado para la Ultimaker. Cura trae consigo una guía de inicio que instala el firmware de Marlin dentro del circuito de control (Arduino), y un algoritmo que prueba los interruptores de límite. Adicionalmente calcula el flujo de filamento dependiendo del grosor del mismo. Por último, Ultimaker ofrece una versión comercial de Netfabb Studio, diseñada para trabajar con la impresora. El programa lleva un costo de $195, lo cual puede no ser del agrado de la mayoría de interesados, debido a opciones gratuitas o de código abierto. Ejecución Una vez calibrada, la Ultimaker es la impresora en kit más exacta de todas las probadas, aunque el proceso de calibración requiere algo de trabajo. Mientras que las pruebas de búho y serpiente muestran grandes resultados, la prueba de tortura muestra una alta cantidad de hilos plásticos, mayoritariamente debido a que no se tenía el ajuste de Retracción habilitado por Cura. Al igual que en muchas otras impresoras de aficionados, existen muchas mejores disponibles para la Ultimaker. Reemplazos y mejoras permiten la modificación del sistema. Una mejora tal es la posibilidad de añadir un calce que impide que el tubo de la cabeza dispensadora Bowden se mueva hacia atrás durante la Retracción y que cause hilos durante las impresiones. Otra opción es el paquete de baterías, el cual permite imprimir en cualquier lugar. Conclusiones La Ultimaker continúa como una de las impresoras más rápida y de más alta resolución disponibles en el mercado. Si se desea imprimir exclusivamente en PLA, es una opción competitiva que incluye una gran plataforma de impresión y altas velocidades. La compañía mejora continuamente su maquinaria, y sus usuarios logran trabajar con honores tres puntos de referencia: velocidad, resolución y volumen de impresión. Estas posibilidades son buenas señales para el que tenga la paciencia de trabajar con este equipo.

Figura c.10: Detalles de impresora (izquierda); Muestra de Impresión (derecha). 55

FORM 129 Si se busca una impresora de alta calidad basada en la stereolitografia, la Form 1 es uno de los contendientes a considerar. Volumen de impresión: 4.9” x 4.9” x 6.5” Velocidad de impresión: 1.5 cm/hora Materiales: Resina fotosensible (fotopolímero) Resolución (eje Z): hasta 0.025 mm (0.001”) Software: PreForm Sistema Operativo Disponible: Windows, Mac ¿Código Abierto? No Precio en Momento de Prueba: $3,299 Impresión sin Ordenador: No exactamente Por el momento, impresoras como la Replicator 2, Printrbot y Ultimaker son los reyes de la impresión de aficionados, contando el hecho de que sus bajos costos, comparados a los encontrados hace cinco años, los convierten en grandes ofertas para aquellos que quieran adentrarse al tema de impresión 3D. El problema con la mayoría de estos equipos es que están limitados por su mecanismo de impresión. Si bien el trabajar con medios de FDM son en muchas maneras eficientes (tiempo y costo), existe el hecho de que impresiones de mayor complejidad o resolución son simplemente imposibles de llevar a cabo. En este sentido, la Form 1 esta diseñada para trabajar objetos mas exigentes. Al hacer uso de estereolitografía, la impresora genera resoluciones de hasta 0.025 milimetros en cada capa, lo que la hace mas útil para prototipos de etapas avanzadas, reemplazo de pequeñas partes mecánica o joyería. En este sentido, la Form 1 se convierte ya en una herramienta profesional, y no solo en el juguete del entusiasta, siendo al mismo tiempo mas accesible que la típica maquina industrial. Instalación Iniciar una impresión es tan fácil como simplemente conectar la maquina a una fuente de energía, conectar al ordenador e instalar el software. Lo único adicional que requiere es el escoger que imprimir, ya que los límites de tamaño de la impresora son mucho más notables, en especial por su precio. Esto no significa que no puede hacerse uso de varias impresiones para llevar a cabo un objeto de mayor tamaño. El siguiente paso es simplemente cargar el archivo tipo STL al software específico, PreForm. Este permite posicionar múltiples objetos en la plataforma, y orientarlos de tal forma que permita tener la mejor calidad de impresión. Después de esto, el software añade soportes automáticos – una serie de pilares de resina – que se formaran alrededor del objeto mientras se construye (casi como andamios). El tiempo de impresión es lento en alta resolución, con impresiones de 2 pulgadas tomando hasta 6 horas. Afortunadamente, la impresora trabaja de forma muy silenciosa, con muy pocos elementos mecánicos en movimiento. En este sentido, su contaminación sonora es prácticamente imperceptible en comparación a los demás equipos tipo FDM. Aun asi se recuerda que el usar menores resoluciones ayuda drásticamente a disminuir el tiempo de uso.

29 Calore, M. (2013). Formlabs Form 1. The Fine Print. Recuperado de http://www.wired.com/reviews/2013/09/formlabs-form-1/. Consultado 18 de octubre de 2013. Biggs, J. (2013). Living In The Future With The Form Labs Form 1. Recuperado de http://techcrunch.com/2013/06/17/livingin-the-future-with-the-form-labs-form-1/. Consultado 18 de octubre de 2013.

Mientras que las resoluciones obtenidas son dramáticamente mejores que en muchos otros equipos, se tiene que tener en cuenta que la resina propietaria que Formlabs maneja posee un coste de $149 por litro. De igual manera, la compañía no cuenta por el momento con resina que tenga una “quema limpia” al momento de ser usada para la creación de moldes, lo que puede disminuir su utilidad. Como elemento adicional, el equipo trae consigo un kit de limpieza, lo que permite remover fácilmente los soportes, para dar un acabado profesional con poco esfuerzo, con impresiones traídas directamente de la plataforma y sin post-procesar. Adicionalmente, la impresión sin ataduras funciona al empezar la impresión con conexión, para después desconectar, una vez que la impresión se haya cargado al equipo. Conclusión A $3,299 la Form 1 no es barata, pero de igual manera tampoco posee un coste extremadamente alto, en especial considerando que las mejores impresoras tipo FDM se encuentran en el rango de $2,200$2,900, y que la tecnología que la Form 1 incluye la separa marcadamente de su competencia. La Form 1 se considera un excelente equipo para aquellos que quiera hacer uso de prototipos que se asemejen a calidades comerciales, ya que su alta resolución, pero largo tiempo de impresión, se prestan para trabajos de mayor detalle en procesos de producción.

Figura c.11: Detalles de impresora (izquierda); Muestra de Impresión (derecha).

Partiendo de las reseĂąas, y de los puntajes totales obtenidos por la maquinaria, se decide hacer uso de la Printrbot Jr. y Ultimaker como las impresoras necesarias para llevar a cabo el ĂĄrea practica del trabajo.

Figura c.12: Puntajes obtenidos por cada impresora a partir de los anĂĄlisis anteriores. 58

Tabla 1: Cuadro comparativo de Impresoras. Impresoras

Volumen

Velocidad

Materiales

Afinia H-Series

3-30 mm3/seg

ABS, PLA

120 mm/seg 15 mm3/seg

ABS, PLA, PVA ABS

0.1 – 0.2 mm 0.25 “

150 mm/seg

ABS, PLA

MendelMaxPro Printrbot LC

5.5” x 5.5” x 5.5” 8” x 8” x 8” 5.5” x 5.5” x 5.5” 7.9” x 7.5” x 3.9” 9” x 10” x 7” 6” x 6” x 6”

Resolución (Eje Z) 0.2 mm

ABS, PLA, PVA ABS, PLA

Printrbot Jr.

4” x 4” x 4”

PLA

0.1 mm

Replicator 2

11.2” x 6” x 6.1” 8.3” x 8.3” x 8.3” 4.9” x 4.9” x 6.5”

150 mm/seg Hasta 200 mm/seg Hasta 100 mm/seg 80-100 mm/seg 150 mm/seg

0.1 mm – 0.75 mm 0.3 mm 0.4 mm – 0.1 mm

PLA

0.1 – 0.34 mm

ABS, PLA

0.1 mm – 0.4 mm

1.5 cm/hora (eje Z)

Resina Fotosensible

0.025 mm

Bukobot 8 Cube Lulzbot AO-100

Ultimaker Form 1

Impresoras

Software

Sistema Operativo

Precio

Afinia H-Series Bukobot 8

Afinia 3D Repetier-Host, Slic3r Cubify Client Software Printrun, Slic3r Pronterface

Windows, Mac Windows, Mac, Linux Windows

$1,499.00 $1,385.00

Windows, Mac, Linux Windows, Mac, Linux Windows, Mac, Linux Windows, Mac, Linux Windows, Mac, Linux Windows, Mac, Linux Windows, Mac

$2,500.00

Cube Lulzbot AO-100 MendelMaxPro Printrbot LC

Replicator 2

Pronterface, Slic3r Pronterface, Slic3r Makerware

Ultimaker

Cura

Form 1

PreForm

Printrbot Jr.

$1,299.00

$1,295.00

Impresión Inalámbrica Parcial Opcional, Tarjeta SD Wi-Fi y puerto USB Tarjeta SD

$799.00

Opcional, Tarjeta SD Tarjeta SD

$399.00

$2,199.00

Tarjeta SD

$1,556.00

Opcional, Tarjeta SD Parcial

$3,299.00

PARTE III - GUÍA PRÁCTICA PREPARACION DIGITAL Para llevar un modelo digital a la realidad se deben de llevar a cabo una serie de pasos, principalmente para traducir un modelo que no esté optimizado para la impresión, a un código que la maquinaria pueda entender. Esta sección se concentrara en los pasos necesarios para llevar a cabo este proceso. Como nota, se entiende que para trabajar las siguientes secciones, se deben de tener conocimientos generales de modelado asistido por computadora y un entendimiento básico del modo de funcionamiento de la impresora a utilizar. Paso 1 - Exportación Como regla general, la mayoría de impresoras aceptan únicamente archivos tipo .STL (STereoLitography), los cuales son mallas poligonales formadas por una series de superficies y bordes triangulares. Programas con tales como Autodesk 3DS Max y Rhino poseen opciones nativas para exportar geometría en este tipo de archivos, mientras que programas como Sketchup requieren plug-ins para llevar a cabo esta acción. Para simplificar la instrucción, cuyos pasos pueden ser extrapolados a la mayoría de software comercial, se elegirá Rhino 5 como programa de uso en la ilustración del uso de impresión 3D, por su facilidad de uso, interfaz intuitiva y exactitud de medidas al crear el objeto. Una vez trabajado el modelo, se hace uso de la opción de exportación hacia archivo .STL, lo que hace una copia nueva del objeto, pasándolo de una superficie tipo NURBS (B-Splines racionales no uniformes) a una malla.

Figura d.1: Opciones de exportación en Rhino.

Figura d.2: Diferencia entre modelo tipo NURBS y modelo a partir de una malla poligonal. 60

Paso 2 - Errores Una de las razones principales por las que se debe llevar a cabo esta preparación de archivos es debido a las aperturas o fallos en la generación de modelos. Uno de los errores más comunes es cuando un modelo no es “water-tight”, lo que se podría traducir como modelo que no está completamente sellado. Este error se entiende de la siguiente manera: para que un objeto pueda ser fabricado, todas sus superficies deben de estar cerradas, para dar a entender a la maquinaria que se estará trabajando un objeto solido (ver figura b.7). Un modelo que no esté sellado puede dar errores de fabricación en impresoras personales, y no son aceptadas por servicios de impresión externas.

Figura d.3: Aperturas no deseadas en modelo a imprimir.

Figura d.4: Ciertos programas es más sencillo visualizar la orientación de las superficies. Sketchup muestra la orientación incorrecta de las superficies al dar un color azul claro, para permitir entender si un objeto se encuentra sellado. La figura izquierda no esta sellada, mientras que la derecha si. Paso 3 - Reparación En caso de que los errores anteriores no sean visibles al momento de modelar el objeto (los mas diminutos son generalmente invisibles dentro de la interfaz de Rhino), una ocurrencia común en proyectos complejos, se hace uso del programa Netfabb para llevar a cabo reparaciones. En este caso, la reparación se puede quebrar de la siguiente manera30:

30 Shapeways (2013). How to use Netfabb and fixing your model. Recuperado de http://www.shapeways.com/tutorials/ how_to_use_meshlab_and_netfabb. Consultado 24 de octubre de 2013.

- Cargar el objeto dentro de Netfabb. Si el modelo presenta errores se verá una alarma que muestre si este tiene errores.

Figura d.5: Diferencia entre modelo libre de errores (izquierda) y uno con errores (derecha). - Se lleva a cabo un análisis de la pieza, y una vez haya finalizado este proceso, el programa determinara el error en la pieza, donde se verá si el objeto cuenta con geometría sellada o no.31

Figura d.6: Icono de análisis estándar (izquierda) y análisis terminado, con detalles de su geometría, y determinando si la superficie se encuentra cerrada (derecha). - Despues de esto se hace uso de la función de reparación, la cual analiza la pieza y establece que reparación se debe de llevar a cabo. Una vez hecho este análisis, se hace uso de una reparación automática, y después se hace uso de la función Apply Repair (Aplicar Reparación). Llevado a cabo esto, la pieza es reemplazada por una copia sin errores.

Figura d.7: Icono de reparación (izquierda); tipo de reparación a usar (medio); pieza resultante (derecha). 31 3DAddFabb (2013). Automatically repair STL files with Netfabb. Recuperado de http://3daddfab.com/blog/index. php?/archives/10-Automatically-Repair-STL-Files-in-2-Minutes-with-netfabb.html. Consultado 24 de octubre de 2013.

PROGRAMAS Una vez exportado y reparado, el archivo se puede introducir en uno de los programas especializados en convertir la geometría a Gcode, el tipo de archivo que es usado para controlar los motores y demás elementos electrónicos de la impresora (efectivamente, las coordenadas e instrucciones de impresión). El Gcode puede ser obtenido a través de una serie de programas, la mayoría de código abierto, que dan las opciones necesarias para determinar la velocidad y calidad general de una impresión. Aunque en este trabajo se hará uso de Pronterface/Slic3r y Cura para los pasos mas específicos, se hace mención de los programas más usados para llevar a cabo este paso, siendo: - Slic3r: El generador de código más nuevo. Se encuentra en constate desarrollo y permite rápida generación de código y una interfaz sencilla. - Skeinforge: Programa de generación de código más antiguo, pero también más completo y complejo. Su mayor defecto viene a la empinada curva de aprendizaje presentada al aprender a usarle, ya que está más allá de los conocimientos básicos. - SFACT: Versión simplificada de Skeinforge, que presenta opciones más sencillas y opciones estándar de suficiente calidad. La segunda parte de los programas a usar viene en la forma del software anfitrión (host software), el cual es el que lleva a cabo el control de la impresora a partir del código. Los programas, de este tipo y de código abierto, disponibles son: - Pronterface: Software con interfaz intuitiva, integración de Slic3r y composición de STL. - RedSnapper: Programado en C++, se presenta como una opción más sencilla. Posee su propio generador de Gcode que es rápido y sencillo, al igual que posibilidades de personalización. - Replicator G: Originalmente usado como interfaz con la impresora Makerbot, se muestra como un software muy completo. Incluye Skeinforge como motor de corte, pero presenta errores de conexión con las RepRap, debido a falta de soporte. - Repetier: Ofrece una interfaz simple que incluye Slic3r y Skeinforge. Sus características incluyen un visualizador de código y una plataforma de composición, donde se permite colocar los modelos en el lugar y la manera que se desee. Existen otros programas que llevan a cabo estas funciones, la mayoría derivándose del software de código abierto. Generalmente se consideran como soluciones propietarias, es decir, que fueron diseñados desde su inicio como programas dedicados a un equipo específico. En este caso, algunos de los más notables son: - MakerWare: Software usado en la Replicator 2 - Cura: Software de código abierto, pero optimizado para usar con la Ultimaker y Ultimaker 2. - B9Creator: Programa utilizado en la impresora del mismo nombre. De código abierto, y derivado de Pronterface. - PreForm: Programa dedicado para la impresión en la Form 1.

GENERACION DE CODIGO El paso más importante al generar un objeto que se asemeje lo más posible a su contraparte digital, es en la correcta generación del GCode, ya que es en este momento en el que se selección la calidad de impresión, y por lo tanto, su fidelidad. Considerando que Slic3r es uno de los programas más populares en la comunidad, se hará uso de este programa para detallar ciertas de las áreas más críticas de una impresión. No se hace uso de software propietario ya que, en su mayoría, este tipo de programas generalmente presentan opciones básicas que le permiten a la mayoría de usuarios el poder trabajar sin adentrarse en los elementos específicos de una impresión. Adicionalmente, se elige Slic3r debido a que su presentación es relativamente intuitiva, lo que facilita su uso a personas que se encuentran empezando en el tema. El inicio del proceso es relativamente sencillo, y es tan fácil como elegir el archivo STL a cargar dentro de la plataforma de impresión. Actualmente, la mayoría de impresoras y programas tienen la capacidad de determinar de manera independiente el tamaño del área de impresión, y por lo que se genera una vista anticipada del objeto dentro de este espacio, para determinar su posición y escala, en caso de que se requieran modificar estos aspectos.

Figura d.8: Interfaz inicial de Slic3r (izquierda) y elemento cargado dentro de la misma interfaz (derecha). Es hasta este momento, incluyendo la reparación del modelo e introducirlo dentro de Slic3r, que los pasos a llevar son comunes en todos los modelos. A partir de este punto la configuración y código de cada objeto depende del tipo de modelo, el programa usado y la impresora con la que se trabaja. En su mayoría cada modelo tiene características propias (voladizos, tipos de superficies y volumen), al igual que cada impresora tiene límites (volumen, exactitud, velocidad), por lo que se tiene que entender que no habrá ningún parámetro de código que se ajuste de igual manera, y que produzca la misma calidad, en dos objetos diferentes (o mismo objeto en máquinas distintas). Aun así, existen ciertos puntos, o características, que se pueden entender antes de seguir: - Infill (Relleno): En general, la mayoría de objetos que se imprimen, en maquinaria doméstica, no tienen las características necesarias para poder ser impresas sin un cierto porcentaje de relleno. El relleno es usado para darle soporte a grandes superficies horizontales, que sin este no podrían sostenerse y colapsarían, y para darle una resistencia a elementos que requieran soportar esfuerzos mecánicos. Como regla general, un porcentaje de relleno de entre 20% y 40% es aceptable, con el primero usado en objetos mayoritariamente decorativos, y el segundo para elementos que requieran soportar cargas mayores.

- Soportes (Support): Como se mencionó con anterioridad, ciertos voladizos requieren de soportes para poder ser impresos sin colapsar. En la mayoría de programas esta opción solo requiere ser encendida o apagada, con el software encargándose de analizar donde se requiere generar.

Figura d.9: Diferentes patrones de relleno disponibles en una Replicator 2. El porcentaje de relleno y tipo de patrón son todos ajustables en la mayoría de software disponible.

Figura d.10: En ocasiones es posible trabajar impresiones con 0% de relleno, aumentando la pared exterior para soportar las cargas del modelo. Este método es preferible a ser usado en figuras mas organicas.

- Brim (Bordes), Raft (balsa) y Skirt (Falda): El brim es un perímetro adicional que se ajusta a la base del modelo que se imprime, y tiene de función principal el crear un área de superficie adicional para poder imprimir objetos que poseen una base muy angosta. Adicionalmente lleva la misma función que el skirt, en donde se usa para asegurarse que la cabeza dispensadora está depositando el material de la manera adecuada. Raft es otro soporte adicional, con la excepción que se usa en modelos en los cuales el brim generaría mucho daño al removerse. Programas como Cura y Makerware generan el tamaño de estos elementos automáticamente, mientras que Slic3r permite determinar el grosor y altura de los Bordes. Un buen punto de inicio para el Brim es entre tres y seis milímetros, dependiendo del modelo.

Figura d.11: Bordes de 6 milímetros (izquierda) y balsa en impresión delicada (derecha). - Altura de Capas: Este aspecto es el que determina si la impresión quedara con un acabado tal que las líneas de construcción no sean visibles, o que por el contrario tenga una apariencia tosca. La altura máxima de una capa se puede determinar cómo D/2, donde D es el diámetro de la boquilla de la cabeza dispensadora (la mayoría de boquillas miden aproximadamente 0.4 mm). La altura mínima varía entre maquinas, con impresoras como la Ultimaker llegando a 0.04 mm. En general, las líneas de construcción dejan de ser visibles al bajar de 100 micras (0.1 milímetros), aunque esto también aumenta el tiempo de impresión.

Figura d.12: Diferencia visual entre alturas de capas. En orden, las alturas son 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm y 0.4 mm. 66

Como se comentó, la mayoría de detalles o especificaciones técnicas de una impresión varían caso a caso, por lo que se considera ineficiente el dar un plan detallado de ajustes básicos de una impresión, aun mas debido a que los ajustes específicos de un modelo pueden llevar a afectar negativamente en otro, o incluso a generar un fallo de impresion. Aun así, se colocaran los detalles de impresión de los ejemplos prácticos que se desarrollan más adelante, como un punto de inicio en la fabricación de modelos arquitectónicos. CONTROL DE IMPRESORA Una vez generado el código, este solo se debe de cargar dentro del software que controla directamente a la impresora. El manejo de este no requiere de mayor trabajo, consistiendo en solo precalentar el equipo (siendo este un icono sobresaliente en la interfaz), antes de llevar a cabo la impresión.

Figura d.13: Interfaz de Pronterface, con botón de encendido y apagado de calentamiento, llamado Heat – On/ Off, prominente (izquierda) y grafica de incrementos de temperatura de cabeza dispensadora (derecha). El último paso en la preparación digital es enviar el código de impresión a la impresora. Esto es tan sencillo como cargar el archivo de código (Load File) y presionar Imprimir/Print. PREPARACIÓN DE IMPRESORA Antes de enviar la impresión, se deben de hacer un par de preparaciones para asegurar que el modelo se fabricara de manera exitosa. - Nivelado de cama: la mayoría de impresoras poseen plataformas de construcción con resortes que permiten nivelar fácilmente cada cama. El procedimiento general se lleva colocando la cabeza, de forma manual, lo más cerca de cada tornillo. El tornillo se ajusta o se suelta hasta el punto que, como regla general, una hoja de papel pase de manera ajustada entre la cabeza y la plataforma (debe haber una resistencia al mover la hoja de papel).

Figura d.14: Muestra de nivelado de impresión. Izquierda - cabeza demasiado pegada a plataforma; Centro – cabeza demasiado alejada; Izquierda – cabeza separada correctamente. - Tape en plataforma de impresión: Dependiendo del material de la plataforma, y del mismo material de impresión, puede ser que la impresión tenga problemas adhiriéndose. La solución más sencilla, al no tener una plataforma con control térmico, es usar tape azul de pintor. Se coloca el tape encima de la plataforma, evitando traslapes entre cada tira. Se puede embarrar la plataforma con alcohol de farmacia (isopropílico) para asegurar que la impresión se pegara. Al imprimir con ABS es preferible diluir pequeños pedazos de ABS en acetona, y usar eso como pegamento adicional, para evitar deformaciones.

Figura d.15: Uso de tape Kapton en plataforma de acrílico.

- Ventilación: Para evitar deformaciones, la mayoría de impresoras incluyen un ventilador pegado a la cabeza dispensadora, el cual enfría el material depositado para que se endurezca más rápido y pueda soportar la siguiente capa de material más fácilmente, dando una mejor calidad de impresión. En caso de que no se tenga un ventilador incluido, se puede usar un ventilador domestico tradicional, el cual se enciende y se apunta hacia el área de impresión una vez que la capa de base haya sido deposita. Se coloca después de que se deposita la primera capa ya que hacerlo de otra manera resulta en pandeo de la impresión. - Cabeza dispensadora: El último paso antes de imprimir es probar la extrusión de la cabeza, para asegurarse que no tenga problemas o atascos. Se calienta la cabeza, se introduce el filamento y extruye, de modo manual o por medio de la interfaz del software escogido, un aproximado de 30 milímetros de material. De fluir adecuadamente, significa que la impresora esta lista para imprimir.

SUGERENCIAS DE IMPRESIÓN Soportes La mayoría de programas permiten decidir a partir de que ángulo se puede generar material de soporte. Esto se debe a que aunque un elemento esté en voladizo, si su pendiente es suficientemente vertical, no requerirá de ningún soporte. La recomendación en este caso es que se indique material de apoyo en superficies que solo superen los 45 grados de desviación del eje Z. Adicionalmente, es ideal imprimir a menores velocidades cuando se tienen voladizos notables, a diferencia de cuando se imprimen volúmenes regulares. Velocidad Depositar muy rápidamente capaz de material generalmente resulta en impresiones con imperfecciones. Esto es debido a que si se coloca una nueva capa antes de que la anterior haya enfriado adecuadamente, entonces se estaría colocando la capa sobre material suave, resultando en una impresión en la que cada capa depositada lleva un error acumulado a lo largo del proceso. En lo posible, entre más lento se pueda imprimir (con personas incluso imprimiendo a 10 mm/s), sin embargo se debe hacer un balance entre el acabado deseado, y el tiempo de entrega. Temperatura de Impresión La temperatura está directamente relacionada con la velocidad, ya que entre más alta sea esta, más rápido se puede imprimir. El imprimir rápidamente con baja temperatura resulta en láminas separadas dentro del objeto, mientras que imprimir lentamente con alta temperatura resulta en más material del deseado cayendo de la cabeza, dando deformaciones. Un punto de inicio útil, en impresoras de mayor capacidad como Ultimaker o Makerbot es material a 200 grados, con una velocidad de 40-50 mm/s para impresiones con mejor acabado, o 220 grados a 100 mm/s para impresiones rápidas con calidad aceptable. Costos En general, el material de impresión para impresoras FDM tiene un costo de $30 a $50, dependiendo del color, material específico y marca. Adicionalmente, las impresoras de mayor gasto pueden llegar a 12 kWh de gasto energético, con el costo por kWh variando entre 6-16 centavos de dólar en un alto porcentaje de ciudades. Adicionalmente, se puede llegar a utilizar un solo kilo de material para un total de 20-40 impresiones, en un aproximado de 100 horas (datos obtenidos de manera empírica), por lo que puede decir que en su mayoría, el costo por hora de impresión es casi despreciable, en comparación con el costo de adquisición del equipo en primer lugar.

PARTE IV – APLICACIÓN ARQUITECTÓNICA TERRACOTT – BAJO CONSTRUCCION32 [La impresión 3D como ayuda en primeras instancias de diseño] El objetivo del proyecto, llevado a cabo por Oswald, se basa en el generar un elemento que pudiera aprovechar las capacidades de captura de calor y luz de la arcilla encontrada en Grymsdyke Farm, una granja, que aparte de funcionar como tal, es el hogar de varias formas de experimentación sobre materiales de construcción. El principio bajo el cual se diseña el elemento es del Kang chino, una construcción tradicional normalmente construida de ladrillos. Este sirve como cama, y contiene un espacio vacío en su base por donde circula el aire caliente que surge de la cocción con leña en cocinas antiguas y en áreas rurales. Para llevar a cabo este objetivo, Oswald decide emplear un módulo de ladrillo no tradicional que pudiera aprovechar de forma más innata los valores inherentes de los materiales, y variaciones, con los cuales se experimentaría.

Figura e.1: Resultado sin completar del proyecto Terracott. El modulo con el que se termina construyendo el albergue es un ladrillo que se fabrica a partir de moldes hechos a la medida, que consiste en cuatro partes para obtener la geometría deseada. La compilación de estos bloques genera un patrón inusual, que se presenta como un elemento intrínsecamente complicado a simple vista, pero que muestra ser fácilmente manipulable, evidenciado por el hecho de que Oswald, una joven estudiante con un peso de 110 lbs llega a fabricar el proyecto de forma individual.

32 Oswald, S. (2012). Clay, Craft, Culture: Material Explorations at Grymsdyke Farm. Presentado en conferencia Prototyping Architecture (Londres). Bulding Centre Trust, Londres.

Figura e.2: (izquierda) Ladrillos apilados para transporte; (derecha) Ladrillos unidos por mortero. Sin embargo, esta parte del proyecto no es la que tiene relación con el tema de esta investigación. Se podría decir que es simplemente una anécdota, una ayuda para entender mejor el contexto del siguiente aspecto:

Figura e.3: Módulos de experimentación. El proyecto usa como primer paso en su realización el poder llevar a cabo varias iteraciones de diferentes tipos de geometrías con las cuales se podría fabricar el objeto arquitectónico. En este caso, la impresión 3D se usa como una asistencia para poder manipular los modelos a escala, permitiendo el poder evaluar diferentes métodos de ensamblado. Esta capacidad de la impresión como una primera ayuda conceptual se da a notar más por el hecho de que la complicada geometría que se genera, a la escala que se fabrica, es fabricada fácilmente por manufactura aditiva. Se puede entender sin duda que el obtener un modelo a escala de un elemento permite no solo que su diseñador lo entienda, sino que comunique a su constructor el cómo llevar a cabo su fabricación. 72

GEOMETRIA DE HIPERBOLOIDES: PARED DE DISPERSION DE SONIDO33 [La impresión 3D para confirmar hipótesis] El propósito del taller era llevar a cabo una exploración en las propiedades acústicas de hiperboloides. El trabajo se centró en llevar a cabo una combinación de impresiones 3D a escala 1:10, prototipos a escala 1:1 y simulaciones digitales para desarrollar un cerramiento difusor de sonido.

Figura e.4: Producto final del trabajo desarrolla este taller específico de SG 2011. En el taller de Smart Geometry 2011, se inició una investigación llevada a cabo por el grupo de Superficies Acústicas Responsivas, un trabajo inspirado por la obra de Antoni Gaudí. El elemento más destacado del ejercicio fue el característico uso de superficies de doble curvatura por Gaudí, o específicamente, la poca reverberación detectada de tales formas, a pesar de que todas las superficies reflejan el sonido de manera individual, por su geometría y materiales específicos. Los participantes del taller parten con la intención de poblar superficies completas con elementos hiperboloides, ejercicio que se desarrolla a partir de software generado construyendo encima de Open Cascade y Grasshopper. Considerando la naturaleza del proyecto y las capacidades de los integrantes, se decide hacer el análisis de las capacidades acústicas de estas poblaciones por medio de una Cámara Anecoica digital que ellos mismos “fabrican”, para analizar las difusiones y reflexiones generadas por las diferentes formas que se fueran a probar (figura e.6).

33 Davis et al (2011). Responsive Acoustic Surfacing. Presentado en Smartgeometry 2011, Dinamarca. Inside Smartgeometry, Rieno Unido. John Wiley & Sons.

Figura e.5: Ejemplo de población de hexágonos generada en una superficie curva, como estudio de forma y plasticidad del proyecto.

Figura e.6: Análisis de las difusiones de sonido. Comparación de superficie de curva simple en contra de los módulos hiperboloides dentro de la cámara anecoica virtual. Completados lo estudios iniciales con la geometría por medios digitales, el grupo pasa a la fabricación y ensayos a escala de 1:10, para comprobar de esta manera algunas de las suposiciones tempranas. Los prototipos digitales son entonces creados por medio de impresoras 3D en discos de 300 milímetros de diámetro. Los discos son después ensamblados dentro de una Cámara de Reverberación obtenida de préstamo gracias la Universidad Técnica de Dinamarca, para medir las capacidades de difusión de sonido de las formas (figura e.7). 74

Llevados estos nuevos estudios se confirman algunas de las investigaciones iniciales, que sugieren que la profundidad y variación de las formas son importantes factores en la difusión sonora. Aun así encuentran incongruencias, tal como el hecho de que los patrones regulares también responden positivamente a las pruebas, y que los estudios a escala 1:10 muestran que las superficies de doble curvatura, particularmente a frecuencias altas, esparcían del sonido, aunque los factores que determinan este fenómeno no estaban completamente determinados al momento de esta parte del estudio.

Figura e.7: Prototipos a escala 1:10. Disposición de equipo de modelos impresos en 3D dentro de la Cámara de Reverberación para llevar a cabo la segunda etapa del taller. En paralelo, un versión a escala 1:1 fue producida. Esta pared fue creada primero vertiendo y creando un molde negativo del hiperboloide, usando la misma técnica usada en la sagrada familia de usar un perfil rotante. Encima de estos hiperboloides se vierte el elemento positivo, dentro de un encofrado de madera. Los marcos son entonces sujetados para crear una superficie arqueada, que se sujeta respectivamente a una pared también arqueada.

Figura e.8: Proceso de fabricación de módulos hiperboloides que conforman la pared de difusión acústica.

El equipo encontró que dentro del rango de reflexión de un hiperboloide singular se puede encontrar un punto específico, en cada módulo simple, en donde el sonido es reflejado y amplificado. Sin embargo, este fenómeno no se repite cuando se interactúa con todo el conjunto ya ensamblado, gracias a la difusión combinada de las distintas geometrías, que esparcen el sonido y disipan el eco.

Figura e.9: Cúpula formada por módulos hiperbólicos. Cada módulo se llevaría a una escala acorde a la inspiración proyectual, la Sagrada Familia. Una de las metas del proyecto era poder ensamblar un elemento más complejo y funcional que un simple cerramiento vertical arqueado. En este caso, se empieza un ensayo a mayor escala con la intención de poder generar un elemento que complementara las dimensiones y el método constructivo encontrado en el trabajo de Gaudí. Como resultado final, la construcción a gran escala de una cúpula difusora de sonido (figura e.9) es una finalidad que representaría las capacidades que presta el proceso de estudio llevado a cabo en este taller. La lección que se puede aprender de este taller, con relación especifica al actual trabajo, es el hecho de que la manufactura aditiva no fue usada en este caso como una base de generación de forma, sino más bien para confirmar sospechas e hipótesis de diseño que se tuvieran con anterioridad. En este caso hay que recordar el hecho de que la Impresión 3D, al igual que cualquier otra herramienta, no genera resultados por sí misma, y que un proceso con un finalidad adecuada son necesarios para obtener resultados útiles a partir de un prototipo.

PROTOTIPOS PARA ARQUITECTURA ADAPTIVA34 [EL prototipo impreso como objeto final de estudio] Este caso, o más bien casos, cuentan con la particularidad de que se da inicio al estudio bajo una propuesta de diseño que permite el seguimiento del proyecto por dos medios de fabricación completamente diferentes, pero que responden a los mismos principios. Los prototipos desarrollados parten del uso de sistemas cinéticos disruptivos (capaces de usar material y composición inteligente para eliminar procesos de computación en su proceso de control) en arquitectura que sean capaces de ser maniobrados por el individuo. Debido esto, las propuestas individuales parten del uso de materiales ligeros y de estructuras que permitan un crecimiento de una célula sin necesidad de división celular. Fabricación de Estructuras Auxéticas Activadas Neumáticamente [Primer Prototipo] Este proyecto sigue el proceso de iteración y la comunicación entre el prototipo físico y el digital, con el fin de poder desarrollar un sistema auxético cambiante que fuera activado neumáticamente, producido por medio de impresión 3D (SLS). Para efectos de la investigación, se hace estudio solo de este prototipo, y no del producido a base de silicio, ya que el método de fabricación del segundo prototipo no es de importancia en este trabajo. Las estructuras de comportamiento auxético (también entendido como el crecimiento celular máximo que no requiera división celular) se caracterizan por la capacidad de formar superficies sinclásticas. Al mismo tiempo, el ser cambiante y deformable implica una estructura mecánicamente más simple, ligera y más eficientes que sistemas tradicionales.

Figura e.10: A la izquierda, malla generando superficie cóncava (sinclástica). A la derecha, superficie doblemente curva (anticlástica). A partir los datos anteriores se empiezan a generar prototipos digitales y físicos, los segundos por medio de impresión 3D, usando un tipo de estructura que asemeja los pliegues de un acordeón en su deformación. Estas estructuras son deformadas hasta sus resistencias máximas, y luego escaneadas para extraer datos que fueran relevantes. Se hace una yuxtaposición de la información referida del modelo físico junto al comportamiento del modelo digital para componer un algoritmo que determine la emergencia de la estructura final, a partir del comportamiento de sus sub-estructuras. 77

34 Ruairi, Karagkiozi, Themistooleous (2012). Soft Kinetic Prototypos for Adaptive Arquitecture. Presentado en Conferencia Prototyping Architecture, Londres. Building Centre Trust, Londres.

La sub-estructura estudiada para generar el prototipo se basa en un hexágono que sufra deformaciones de tal manera que un hexágono se convierta en una célula reentrante.

Figura e.11: Célula hexagonal (izquierda). Célula reentrante (derecha). Luego de establecer este principio dentro del proyecto se hace estudio de una serie de dimensiones, figuras, materiales, espesores y esfuerzos requeridos por medio de prototipos físicos, algunos impresos, con tal de obtener la mejor relación de forma con rendimiento. Aunque los estudios generan una serie de medidas relativas con las que puede funcionar el prototipo, el tamaño final es determinado por el área de impresión que presta la maquinaria, con sus proporciones determinadas acordemente. Determinados los módulos de la estructura se llevan a cabo los mismos pasos de revisión del primer prototipo, donde se comparan los datos de modelos digitales con los obtenidos por medio de observación y toma de video del objeto físico. El resultado de estas iteraciones y estudios termina en la generación de un módulo que sufre deformaciones en 2 ejes perpendiculares, cuando sufre presión del aire, y termina expandiéndose.

Figura e.12: Izquierda - ejes por los que pasan las fuerzas en el módulo. Centro - módulo expandido al ser sometido a presión. Derecha - módulo en su estado relajado. Teóricamente, la composición de una estructura formada por varios de estos módulos, y sufriendo deformaciones en dos ejes debería tener la capacidad de generar una superficie sinclástica de crecimiento auxético. Se hace énfasis en la palabra teóricamente, ya que al momento de generar el modelo final, la simulación digital falla debido a largos tiempos de procesamiento. Por lo tanto, el comportamiento es simulado en elementos singulares, añadiendo los datos a matrices que pudieran predecir el comportamiento del conjunto. 78

Figura e.13: Izquierda - plano y sección de la estructura compuesta. Centro - isométrico de estructura. Derecha - econométrico de modulo simple. A partir de esta segunda iteración se trata de generar un elemento más eficiente y que fuera más fácil de predecir por los modelos digitales. La solución viene del dividir los módulos originales para crear nuevas células que generaran la deformación requerida.

Figura e.14: Izquierda - estudio y reformulación de los módulos originales. Derecha - Modulo generado. El modulo que se genera resulta del querer encontrar una célula que se pudiera deformar en cuatro direcciones. Es de acuerdo a este nuevo modelo, junto con los estudios de iteraciones anteriores, que se hacen simulaciones que muestran la generación de una superficie sinclástica, cuya curvatura puede ser optimizada de acuerdo a los ángulos de los vértices.

Figura e.15: simulación de estructura en PROCESSING. 79

El modelo final es entonces fabricado por medio de impresión 3d (específicamente estereolitografía). El prototipo final es estudiado, junto con las simulaciones digitales, para obtener referencias de comportamiento. A partir de los estudios y comparación de modelos, se hace una referencia hacia qué tan adecuado es el objeto en la generación de superficies sinclásticas.

Figura e.16: Prototipo final impreso. Comportamiento bajo los esfuerzos mecánicos estudiados (presión de aire). El mayor valor que se puede obtener de este estudio es el hecho de que un proyecto fabricado por medio de manufactura aditiva no tiene por qué ser una simple ayuda durante el proceso, sino que más bien puede ser el medio por el cual se puedan obtener los datos y referencias requeridos para crear un elemento más eficiente, siempre y cuando este tenga un propósito y una finalidad de estudio determinado.

PROTOHOUSE, POR SOFTSKILL DESIGN35 Uno de los ejemplos más recientes de la aplicación de la impresión 3d en el campo de la arquitectura es la ProtoHouse, una casa conceptual que se imprimiría en secciones en la fábrica, para luego ser montada en el sitio de construcción. Si bien el concepto no es el elemento novedoso del proyecto (siendo la casa prefabricada un tema de estudio desde principios del siglo XX en la arquitectura), su fabricación, ensamblado y estética si lo son.

Figura e.17: Vistas de modelo de la ProtoHouse. Según sus diseñadores, la ProtoHouse tendrá la posibilidad de ser armada en un día, sin requerir ningún tipo de herramienta para hacerlo, consistiendo de piezas que simplemente calzan entre sí, botones (similares a los que se encuentran en la ropa) y fragmentos que simulan velcro. La idea es formar un espacio habitable no convencional, donde sus divisiones no sean sólidas, sino porosas y asimilando una estructura ósea.

Figura e.18: Vistas Interiores. La idea de usar un elemento que asemeja estructuras orgánicas, generado a partir de un algoritmo, es poder depositar material solamente donde es necesario, en los puntos de transmisión de carga, lo que resulta en un envolvente poroso. De igual manera, esta cualidad hace a la casa permeable, con el aislamiento en el interior y no en el exterior de la construcción. 81

Fairs, M. (2013, Abril). Des Hi-Res. Revista Print Shift (pag. 28-35).

Silver (2012) - parte de Sofskill Design - hace énfasis en este último punto, en la construcción a partir de menos materiales, comentando que “…hay realmente un futuro interesante en la arquitectura e impresión 3D, hay grandes ahorros de costos, eficiencia de materiales y cosas de ese tipo, que son de gran interés para los arquitectos”. Parte del interés del proyecto es que cada elemento de la construcción, la cual requeriría 31 secciones para generar la estructura principal y que se podrían transportar incluso en carro, seria impreso. Esto incluye desde “cortinas” hasta superficies impermeables exteriores formadas en paneles.

Figura e.19: Piezas estructurales antes de armar. Según Silver, el poder hacer uso de un algoritmo que simule el crecimiento óseo permite no solo llevar a cabo una construcción más eficiente desde el punto de vista estructural, sino que le da un libertad y control artístico mucho mayor, ya que los diseñadores no se ven atados a la tipología tradicional de este tipo de construcciones. Aun así, equipo de diseño comenta que no es un simple accidente o capricho el que las piezas hayan surgido con su singular apariencia, ya que partieron de un fuerte número de limitantes, tal como el espacio requerido para transportar los elementos, o el no requerir herramientas para armarlo, por lo que surge la superficie fibrosa que sirve para anclar cada pieza en su lugar.

Figura e.20: Ensayo de superficies exteriores. 82

De igual manera, otro de los límites que se auto-impuso el estudio de diseño fue la utilización de tecnología existente. Silver comenta que tenía un mayor interés en hacer uso de recursos que se podrían considerar casi tradicionales en este momento, equipo de impresión provisto por el servicio de impresión Materialise, y no enfocar a su equipo en desarrollar o trabajar con una “impresora” de gran tamaño, que imprimiera la casa en si sitio, debido a la complejidad de la tarea. Por el momento, la construcción real estaría limitada, al igual que su modelo, a un solo material, plástico, ya que el imprimir con más de dos materiales es actualmente muy difícil y costoso. Este es otro de los límites de diseño con los que el equipo conto, para evitar gastos de investigación innecesarios. Actualmente, la construcción a escala real de esta casa resulta muy costos, evidenciado por la incapacidad del estudio de diseño de construirla, lo que la limita a edificaciones especiales, tal como elementos de lujo o pabellones. Sin embargo, el ahorro de costos (en volumen principalmente), el armado sin herramientas y la eficiencia de materiales son realmente un punto de estudio de grandes posibilidades en el trabajo de impresión 3D en arquitectura.

Figura e.21: Ejemplos de “cortinas” impresas.

PROTOTIPADO DE POLÍGONOS36 El proyecto parte de la idea de explorar la capacidad de prototipar estructuras modulares a través de la impresión 3D. La finalidad del algoritmo, generado por Grasshopper, es la de poder generar nudos de conexión, con calidad de producción. Al mismo tiempo, el algoritmo da las medidas de barras necesarias para generar la estructura, al crear una lista automática de materiales. La base de la definición de Grasshopper es relativamente simple, y no requiere mucho conocimiento de arquitectura paramétrica para entenderse. Como se observa en la figura e.22, se inicia el proceso al determinar el nudo que se estará trabajando. Una vez que se establecen las barras que se unirán, se crea una esfera en la intersección de estas, la cual se usara para medir el tamaño de los nudos.

Figura e.22: Pasos iniciales del proceso de prototipado. Una vez establecida la base de la geometría inicial, se hace uso de la intersección de la esfera con las barras para generar el inicio de las uniones paramétricas. Se crea un plano en el punto de intersección, en donde se genera un círculo que representa el grosor de la unión, y que cubrirá la barra sólida. Una vez hechos los círculos, se unen para generar el nudo. Si bien existen otros pasos para completar toda la definición, no es algo en lo que se deba adentrar en este trabajo debido a su complejidad en un tema no relacionado con el punto de investigación.

Figura e.23: Pasos intermedios en la generación del prototipo del nudo. 36 Spenling, F. (2013). Polygon Prototyping. Recuperado de http://toolchains.wordpress.com/category/polygon-prototyping/. Consultado 19 de noviembre de 2013.

Ahora bien, la relación que tiene este proyecto con la impresión 3d es el hecho que el tipo de nudos que se quiere fabricar no puede ser generado por una equipo que no sea de manufactura aditiva, debido a su forma irregular que evita su construcción por corte o tallado por control numérico. Esto, considerando que uno de los propósitos del trabajo es expandir las posibilidades de la impresión 3D mediante un sistema algorítmico modular.

Figura e.25: Estructura con barras y nudos generados por definición de Grasshopper (izquierda) e impresión de algunos de sus nudos. La herramienta se diseña de un modo integrado, ya que parte desde su base utilizando la impresión como una combinación de proceso de manufacturado, que resulta en un sistema de mayor flexibilidad y diversidad. De este modo, el modulo le permite al usuario no solo a encontrar la forma que desea, sino a examinar el proceso de generación.

Figura e.26: Diversos stands fabricados por con la herramienta. Se menciona que el proceso de generación es sumamente eficiente, ya que solo requiere líneas simples para construir la geometría, y el final del proceso genera no solo la lista de materiales a usar (largos de barras y cantidad de cada una), sino que dan un costo preliminar del plástico de impresión a usar.

Figura e.27: Variación de estructura, fácilmente prototipada con la herramienta. Adicionalmente, y como menciona el autor de la herramienta, la impresión 3D “ofrece la oportunidad de trabajar cualquier ángulo disponible…”, razón por la cual eligen trabajar, añadido a la ventaja de rigidez estructural, con triángulos como geometría base.

Figura e.28: Prototipo de superficie. La capacidad de poder generar prototipos de estructuras con nudos complejos es ciertamente algo de interés en el tema de la manufactura en general. El hecho de que una herramienta tan simple, y gratis, a como lo es Grasshopper, en conjunto con una impresora de uso semi-domestico (Replicator 2) permita al diseñador, en especial a uno que no tenga acceso a maquinaria industrial o a software más complejo, el poder generar uniones y listas de materiales, representa un cambio. El diseñador ya no tiene por qué verse confinado por las herramientas que este usa, sino más bien, sus herramientas presentan la misma libertad que requiere para realizar su trabajo.

PARLAMENTO DE VAUD: IMPRIMIENDO 400 MODELOS37 Parlamento de Vaud: imprimiendo 400 modelos

Figura e.29: Parlamento de Vaud, destruido por el incendio a mitad del proceso de renovación. La firma suiza Atelier Cube fue la encargada de llevar a cabo una reconstrucción de la casa de representantes de esta región. El parlamento tuvo que ser reconstruido después de un incendio que dejo solo las antiguas paredes de piedra que había en su base. Adicionalmente, el desastre surgió justo mientras se hacían renovaciones en el edificio, el cual había estado activo desde 1803. Luego que el edifico de más de 200 años fuera completamente destruido, se comisiono a una firma de diseño suiza, Atelier Cube, y a una catalana, Bonell i Gil, a llevar a cabo su propuesta, denominada Rosebud, la propuesta ganadora en la competencia internacional organizada para determinar el diseñador de la reconstrucción. La idea principal del proyecto trata en incorporar todos los sistemas técnicos de ventilación bajo un techo técnico, para así evitar en la antigua base de la ciudad. Después de 3 años de planeación, se establecen todos los elementos del proyecto, presupuesto, planos y vistas, para así empezar la construcción, en verano del 2012. El problema que surge es que, al contrario de la propuesta original, el diseño que se presenta al público muestra una cubierta gris, y no rojiza, como se había planteado en el proyecto ganador de la competencia. Este cambio genera una reacción en cadena que lleva al pueblo a pedir un referéndum (una herramienta que les permite a los habitantes poder cambiar, o desafiar, una decisión tomada por el estado, si es que se está planeando usar una cantidad de dinero notable). Poco tiempo después de la revelación, se lleva la decisión a un voto popular, donde un cantón debe votar “si o no” sobre el tema.

37 Collomb, L. (2012). 3D print of 400 models for the Vaud Parliament. Recuperado de http://www.leocollomb.ch/3dprint-400-models-for-the-vaud-parliament/. Consultado 25 de noviembre de 2013.

Para evitar la caída del proyecto, los diseñadores deciden modificar el diseño de tal manera que pueda complacer al público. El resultado es un parlamento con un menor volumen, aproximadamente 30% en su cubierta, y un acabado de arcilla y no metal, de tal forma que la construcción se integre estéticamente con su entorno.

Figura 2.30: Vistas comparando las propuestas de los diseños. Es en este momento que empieza la participación de la impresión 3D con el proyecto. Si bien no es necesario el uso de la manufactura aditiva de un prototipo físico del proyecto, este método de fabricación se muestra como una fuerte herramienta al comunicar los cambios que se llevan en el proyecto, específicamente al público en general. Se entiende que se pueden dar a conocer muchas cualidades de un proyecto por medio de los medios que ahora son tradición en el trabajo arquitectónico, así como planos y vistas generadas por computadora. Sin embargo, los diseñadores encuentran la dificultad de mostrar la variación entre los volúmenes de la propuesta original y su modificación. La diferencia de tamaño, el 30% mencionado, no es notable en los renders que los diseñadores crean.

Para solucionar el problema, los arquitectos recurren al modelo arquitectónico, a la maqueta, como una herramienta de comunicación. Si bien es posible transmitir la idea por medio de una comparación de dos modelos, los diseñadores buscan una forma de facilitar esta comparación a cada uno de los cuatrocientos participantes. El modo más efectivo de llevar a cabo este ejercicio de comunicación visual es el uso de la impresión 3D para crear modelos propios para cada uno de los 200 individuos.

Figura e.31: Comparación entre propuestas facilitada por impresión 3D, con propuesta original en gris, y modificada en anaranjado (izquierda). Adicionalmente, se imprimen versiones en diversos colores para aquellos que aportaron en el diseño del proyecto (derecha). En ambos modelos se encuentra que la base de los diseños es la misma, pero la reducción del volumen solo puede ser mostrada, de forma tangible y notable, al manipular un modelo físico, la razón final detrás de la producción de las maquetas impresas.

Figura e.32: Producción completa de modelos (izquierda). Modelos en los escritorios de los participantes (derecha). Los modelos son fabricados después de ser modelados con geometría simplificada, y son procesados por medio del software Cura, para ser impresos con la impresora Ultimaker a la cual tenían acceso los arquitectos. Se usa PLA para fabricar las maquetas, y se muestra como un testamento a la capacidad de la impresora el que pudieron imprimir día y noche por dos semanas seguidas.

BEAST, POR NERI OXMAN38

Figura e.33: Prototipo para una Chaise Lounge (silla larga en francés). Como se mencionó anteriormente, Oxman es una de las investigadoras que se encuentra a la vanguardia del uso de métodos de impresión 3D en el diseño, particularmente estructuras y mobiliario especializado. Como parte de sus tesis doctoral, la cual habla de diseño basado en la materialidad y el proceso en vez del objeto final, desarolla la silla denominada Beast. El sillón es un objeto creado al unir parámetros físicos, los cuales están establecidos por la resistencia y rigidez de los materiales a usar (combinación de dos cartuchos de materiales, rigido y flexible dentro de la impresora), y del uso de generación de forma por medio de herramientas digitales. La silla está conformada por una superficie continua que actúa, simultáneamente, como cubierta y estructura, de tal manera que pueda ser usada para dar soporte según las diversas partes del cuerpo que se apoyaran en esta. La estructura varia su grosor, la densidad del patrón usado, la rigidez o flexibilidad de sus materiales, y la transparencia para tratar, de forma respectiva, con la carga, curvatura y presión de la superficie en áreas específicas.

Oxman, N. (2010). Material-based Design Computation. Tesis Doctoral, MIT.

Figura e.34: Vistas detalladas de la geometria espeficia de Beast. El proceso para crear Beast parte de análisis de forma y estructura generado por Oxman, donde genera la geometría base para que cace con su cuerpo, y donde se va estableciendo la profundidad de la curva, junto con el material a usar, dependiendo de los esfuerzos estudiados, lo que se puede ver en la figura e.35 y e.36. Efectivamente, la superficie varía en forma y materiales según la presión que genera un cuerpo en un sillón de este tipo.

Figura e.35: Mapas de presión.

Figuera e.36: Mapas de ángulos de curvatura. A partir de las curvas generales, establecidas por el mapa en la figura e.36, se sigue con el proceso de diseño. La superficie es poblada por un patrón de Voronoi, el cual se establece en un plano y es luego proyectado sobre la geometría base, ajustándolos según la diferencia de ángulos entre el plano normal y el de proyección.

Figura e.37: Patrones de Voronoi proyectados. Una vez que se tienen los patrones generados sobre la superficie, se lleva a cabo un análisis estructural que determine la rigidez de los materiales a usar según la carga que llevan. Dependiendo de lo que se requiera, se usara un porcentaje de material rígido (negro) o flexible (translucido) en cada sección de los módulos en el patrón de Voronoi. De este modo, se hace notar que no existen dos figuras con la exacta misma proporción de materiales en sillón, ya que cada una de estas varía según su forma, posición o resistencia requerida especifica.

Figura e.38: Nube de puntos representado la distribución de cargas y el análisis de curvatura.

Figura e.39: La volumetría final consiste en 32 secciones que conforman el objeto final. Sección, con usos de tipo de material según color (izquierda). Modelo final antes de ser dividido en piezas (derecha).

Figura e.40: Ensamblado de piezas. El resultado del proyecto es un objeto que se adapta perfectamente al uso de la impresión 3D en el diseño, ya que permitió crear una síntesis física personalizada de un proceso de generación de forma. El sillón es una representación de la morfogénesis digital llevada al ambiente físico, y su mayor lección es siempre tener en cuenta el uso de un proceso de diseño integrado entre el concepto, su generación y su fabricación, y como cada una de estas afecta a las otras dos, incluso de modos retroactivos en ocasión.

Figura e.41: Pesaje de piezas segĂşn densidad de los dos tipos de materiales (unidad de medida no mencionada).

Figura e.42: Beast, ensamblaje finalizado. 95

DISEÑO DE GEOMETRÍA A BASE DE CURVAS COMPLEJAS MEDIANTE LA FABRICACIÓN DIGITAL39 La tesis trata de introducir un sistema construido para analizar y reconstruir formas curvilíneas hacia componentes no uniformes. Griffith propone reconstruir cada una de las superficies complejas con las que trabaja, generando componentes individuales que puedan ser utilizados para fabricación, para después ensamblarlos. El autor comenta que la fabricación de la forma surge como ayuda en la investigación de los conceptos de diseño, algo que puede ser traducido a producción a tamaño real en el campo de la arquitectura. En la investigación se hace una distinción entre dos modos aceptados de construcción en muros de mampostería y el método que se quiere crear. Se especifican los dos métodos como: - Construcción por medio de uso de guías. El punto más visible de este modo de trabajo es en las construcciones de Frank Gehry, o más bien, en las partes de sus edificios que requieren una construcción a partir de bloques. Este tipo de trabajo se distingue porque hace uso de una alta cantidad de moldes (tanto positivos y negativos) para generar una guía de fabricación que usa el albañil. El autor comenta que esta forma de proceder resulta en una alta cantidad de material desechado, una carga económica notable, por lo que desea que los elementos creados sean los bloques de construcción, y no solo una guía de cómo trabajarlo. - El bloque como una seccion de la forma. El otro modo que trata Griffith de evitar es el modo tradicional de trabajar el ladrillo o bloque, donde se usa una amplia cantidad de los mismos para generar la forma final. En su lugar, la idea detrás de los bloques que se desarrollen es que sean parte de la forma, no solo un componente de esta. Las formas fueron diseñadas en la interfaz de código encontrada en Rhinoceros 3.0, Visual Basics, y fueron fabricados la impresora ZPrinter 400 de Z Corporation (ahora parte de 3D Systems). El trabajo inicia planeando un sistema similar a un rompecabezas, donde cada una de las piezas case en un punto específico del muro. Las formas son dibujadas en papel y luego trazadas y modeladas por medio de AutoCAD. El problema con el modelo resultante es que resulta demasiado específico, y no demuestra una solución universal a la unión de bloques. La respuesta a esto es el diseño de uniones tipo macho-hembra, donde cada bloque tiene una hendidura o protuberancia que le permite unirse con los adyacentes. Para probar este modelo inicial se fabrica un muro, el cual es conformado por 9 piezas distintas.

Figura e.43: Boceto inicial del sistema de piezas. 39 Griffith, K. (2006). Design Computing of Complex-Curved Geometry using Digital Fabrication Methods. Tesis de Maestria, MIT.

En casos de paredes estándar (divisiones rectas), se hace uso de un algoritmo que divide la superficie en 9 (o más) piezas. Una vez divididas, se estudia cada pieza automáticamente, y según el punto de contacto que se tenga, se genera una hendidura y una protuberancia, en las orientaciones respectivas. Por ejemplo, el algoritmo encuentra que la pieza central tiene contactos en sus cuatro orientaciones, por lo que crea dos uniones tipo hembra y dos uniones tipo macho, localizados en sus lugares respectivos.

Figura e.44: Fabricación y piezas del primer modelo, unión de una pared estándar por medio del sistema de muescas. El propósito de estos modelos, los cuales muestran la deconstrucción de un volumen inicial, es dar un producto tangible que pueda ser evaluado, y del cual el diseñador pueda extrapolar los valores que ayuden en siguientes iteraciones. Si bien esta versión del proyecto tuvo éxito en la primera pared, se encuentra que el algoritmo usado para dividir la estructura no es lo suficientemente genérico como para dividir divisiones más complejas, son la idea de crear componentes que se separen según su tipología. El siguiente paso entonces es el uso de una pared irregular, no ortogonal, como enfoque para el algoritmo, pero que no posea curvas o quiebres. Como nota, uno de los elementos más curiosos que presenta este trabajo es el amplio detalle que da acerca de detalles de modelado paramétrico y fabricación digital, que actualmente se encuentran como parte de los conocimientos básicos requeridos para avanzar por encima de una etapa inicial en ambos campos. Esta peculiaridad es sobresaltada por la fecha de entrega, 2006, a un año de la creación y publicación de la impresora RepRap en el 2008. Lo que a principios de esta década se consideraba como un recurso privilegiado, para instituciones académicas y comerciales, es doce meses después considerado como conocimiento común. Se puede ver entonces, que la amplia evolución que ha sufrido el panorama en la fabricación por medio de manufactura aditiva tiene su origen en la propia comunidad que trabaja y comparte sus descubrimientos. El interés de investigar la construcción de paredes irregulares también viene con la intención de incentivar, por medio de la exploración de unidades de mampostería no uniformes, pero de fácil construcción, la construcción de elementos no ortogonales, algo que no se logra con bloques tradicionales. Adicionalmente, se lleva a cabo la impresión, y análisis de las impresiones, ya que se muestra el potencial de llevar a cabo ensayos a escala real con hormigón, por lo que es conveniente generar prototipos a menor escala antes de crear los ladrillos de concreto.

Figura e.45: Fabricación de muro irregular. Un detalle de fabricación que se toma en cuenta es la inclusión de pequeños relieves que identifiquen cada bloque, y su posición. Se lleva a cabo este paso para facilitar el ensamblado, y debido a que las formas irregulares pueden crear confusión al momento de la construcción. Usando el mismo razonamiento de la pared irregular, se crean dos separaciones formados por curvas, con la intención de probar los límites del algoritmo y la capacidad, y calidad, de manufactura de la impresora.

Figura e.46: Fabricación de muro a base de curvas.

Figura e.47: Fabricación de cerramientos de curvas complejas. El autor comenta que el uso de la impresora permite analizar y verificar, de forma física, la factibilidad de construir los modelos planteados digitalmente. El trabajar con modelos, de distintas escalas, le permite entender si los objetos que fabricaría a escala real pueden ser manejados de manera eficiente, eficaz y segura por los trabajadores y por el diseñador. Además, el poder fabricar, rápidamente, a diferentes escalas le permite al arquitecto estudiar la estructura, estética y el espacio generado por el elemento. Efectivamente, la impresora permite prototipar un sistema complejo habitable, reduciendo el número de fallos que tendría en su producción real. 98

SPENCER DOCK BRIDGE: REPRESENTACIÓN ARQUITECTÓNICA POR MEDIO DE IMPRESIÓN 3D. EJEMPLO PRÁCTICO. Para demostrar las capacidades de la impresión 3D en la representación arquitectónica, se decide llevar a cabo una comparación entre tres métodos de fabricación distintos del mismo objeto. Se parte del ejercicio llevado a cabo en el Modulo 2.1 de la edición 2012-2013 del master, donde se pide que se haga una representación de un proyecto, usando las herramientas disponibles en el FabLab de la ETSA. El objeto es un modelo a escala 1:100 del puente de Spencer Dock en Dublin, diseñado por Future Systems, ahora Amanda Levete Architects.

Figura e.48: Vista del Spencer Dock Bridge. El mayor desafío que se encuentra al momento de fabricar un modelo a partir del puente es encontrar como representar de manera adecuada su forma sinuosa. Debido a las sutiles curvas y cambios de nivel gradual que este posee, se entiende un objeto armado por costillas o planos seriados no tendría sentido, ya que se pierde toda la esencia de su estética. De igual manera, se piensa en imprimir el objeto, pero por restricciones de tiempo de uso de maquinaria, no es posible.

Figura e.49: Detalles de puente. 99

El método que queda, que pueda asegurar que generara las formas requeridas es el tallado por control numérico, pero debido a la complejidad del modelo se requiere de una serie de pasos. - Paso 1: El trabajo empieza a partir del tallado del bloque de material que se va a utilizar en el modelo, en este caso, espuma para que eran originalmente ensayos (con intención de usar madera para un modelo final, para un mejor acabado). El proceso se lleva a cabo usando un Router CNC, el cual va tallando dos piezas. La Pieza A, o positivo, es lo que eventualmente será el puente, y la Pieza B, o negativo, la cual se usara como soporte.

Figura e.50: Representación de Paso 1 - Paso 2: Se monta la Pieza A sobre su negativo, la Pieza B, la cual servirá de soporte para fresar la parte superior del puente (debido a que la base propia del puente es muy angosta y no permite sostenerlo adecuadamente). Una vez finalizado, se obtiene un objeto solido que representa en gran detalle al modelo original.

Figura e.51: Representación de Paso 2. Se hace énfasis de nuevo en que se hace uso de este método de modelado debido a que las superficies de doble curvatura que presenta el puente no permiten un fresado independiente, por lo que es necesaria una estructura de soporte. El problema que se encuentra con el resultado final es que en las áreas más delicadas o sutiles, así como las barandas del puente o la disminución de gradas, no se muestra fielmente. De igual manera, la preparación digital requiere de preparar versiones separadas del modelo para cada paso, tomando una gran cantidad de tiempo. Por el contrario, y se mostrara más adelante, la impresión 3D requiere poco trabajo a parte del modelado original. 100

Figura e.52: Modelos de Rhino, los cuales son exportados en formato STL y enviados al Router para ser tallados.

Figura e.53: Modelo de puente finalizado.

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Para comparar, se imprime el puente por medio de dos métodos distintos que muestren valores contrastantes de la impresora (trabajados en la Ultimaker). La primera versión impresa se lleva a cabo con un modelo completo a escala 1:250. El modelo, debido a su forma, requiere de soportes en prácticamente en toda su base. Si bien este aspecto tiene la ventaja de imprimir el volumen completo, también presenta dos problemas: - Tamaño: debido a las dimensiones de construcción de la impresora, el objeto final puede, como máximo, poseer una dimensión 20 centímetros en cualquiera de sus dimensiones. El problema con esto es que puede ser que resulte que detalles más pequeños se pierdan debido a la escala. - Soporte: Si bien es posible especificar que los soportes sean construidos como base solo después de cierto ángulo (por ejemplo, que solo pendientes de más de 45 grados requieran soporte), la forma específica del puente requiere apoyos en toda su base, lo que significa que se requiere mucha limpieza.

Figura e.54: Proceso de impresión. La rejilla en el modelo es el material de soporte, que cubre toda el área del puente.

Figura e.55: Puente impreso con los soportes en proceso de eliminación.

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El problema con todo este material de soporte es que eventualmente tendrá que ser eliminado, de forma manual, y a la costa de una gran cantidad de tiempo. Aun si se pudiera remover fácil y rápidamente, el material de soporte también deja desechos adheridos a la superficie del objeto, lo que significa que para removerlo se debe de limar y lijar hasta tener un acabado aceptable, lo cual, en el caso del puente, de igual manera no es posible. De igual manera, por la orientación de la impresora, la sutil pendiente que posee el puente termina viéndose como una serie de pequeñas curvas de nivel, eliminando parte de la fluidez del proyecto. El resultado de esta impresión podría ser como máximo una maqueta conceptual y de visualización, debido a que sus fallos de impresión, y la gran cantidad de tiempo que se requeriría para corregirlos, no permiten crear un objeto de calidad.

Figura e.56: Resultado final de primera impresión. El objeto muestra muchos desechos, incluso después de ser lijada con grano grueso. Los defectos evitan que se pueda usar como prototipo final. La segunda versión impresa se decide llevar a cabo a una mayor escala. Esto implica dividir el modelo en dos partes que sean impresas separadamente, y que puedan ser unidas después de fabricadas. Este método no requirió de soportes, y debido a su orientación, los cambios de niveles se mostraron más fluidos, algo más representativo del puente real.

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Figura e.57: Puente dividido en 2 partes, escala 1:125. El problema que muestra es que, probablemente debido a falta de adhesión y ventilación inadecuada, se encuentra una base pandeada en ambas partes, lo que significa que para unirse se requiere “soldar” ambas secciones.

Figura e.58: Deformaciones de piezas. El modo más sencillo de llevar a cabo esto con la pieza original seria el unir por medio de una soldadura falsa40 ambas partes, usando un aparato llamado 3Doodle, el cual lleva la cabeza dispensadora de material de una impresora, pero localizado en forma de lápiz. Una vez soldadas las piezas, estas se lijan para remover impurezas y simular que el objeto está constituido por una sola pieza.

40 Griffin, M. (2013). Skill Builder – Finishing and Post-processing your 3D Printed Objects. Make, Volume 34. O’Riley. Obtenido a traves de Amazon.com

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Figura e.59: Vista de ambas piezas sin ensamblar. Aun a pesar de sus diferencias, existen similitudes entre los métodos de fabricación. El ejemplo de esto es que el transformar objeto NURBS a una malla triangulada (siendo los archivos STL mallas), por lo que todos los modelos fabricados a partir de meshes/mallas requieren una muy alta cantidad de polígonos, de lo contrario se pierde detalle en la impresión, algo que sucedió con todos los modelos trabajados. Como detalle especifico, los elementos más cruciales del método de impresión se pueden resumir en: - Temperatura: 200 grados Fahrenheit – temperaturas más frías, ya que la Ultimaker imprime generalmente a 220 grados, eliminan deformaciones o material superfluo en la impresión (visible como hilos) - Velocidad: 40 m/s – velocidad requerida para depositar correctamente el material a la temperatura escogida. - Relleno/Infill – 20% debido a que no requiere soportar cargas. - Pared – 0.8 milímetros de grosor. Al poseer relleno no requiere de paredes exteriores que soporten alguna carga critica. - Altura de capa – 0.06 milímetros para maximizar calidad de impresión. Los tiempos de fabricación, sin post-procesado y tiempo de preparación de archivo de impresión incluido, son también los siguientes: - Fabricado en router: aproximado de 6 horas - Escala 1:250 – 21:22 horas, con 86 gramos de material usado, incluyendo soporte. - Escala 1:125 – 35:07 horas totales y 131 gramos de material utilizado. Todos los métodos de fabricación descritos presentan puntos favorables y aspectos negativos, y es parte del proceso de cada diseñador el poder determinar cuál método es el más útil para representar los prototipos. Hay que entender que la calidad del modelo no dependerá únicamente del tipo de impresora o equipo, sino que de la preparación del archivo, y fundamentalmente, de la capacidad de trabajo manual que se posea.

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CONCLUSIONES CONCLUSIONES GENERALES Uno de las ideas generales que el trabajo quiso dar a entender fue relativamente simple: la aplicación de la impresión 3D en el campo del diseño se ve limitada únicamente por la capacidad de su diseñador. Aún más que otros métodos de fabricación digital actuales, la impresión tiene la capacidad de generar cualquier forma que se pueda idear, lo que le permite jugar con la exploración y generación de formas y prototipos. La libertad inherente que trae la manufactura permite la fabricación de arquitectura hecha a la medida, y crea la unión que ha ido naciendo entre la capacidad de generación digital y la rápida fabricación de modelos arquitectónicos físicos (Sheil, 2013)41. Si bien otros métodos de fabricación como el corte o fresado por CNC facilitan esta relación, solo la impresión tiene la libertad de construcción y forma que puede liberar completamente las restricciones constructivas que pueda poseer un diseño. Como se vio, este modo de fabricación puede ser usado como una herramienta de estudio, generando prototipos de construcciones complejas, o siendo usada como una herramienta de comunicación visual, con muchas posibilidades intermedias. Esto coloca a la impresión como una herramienta más en el portafolio del arquitecto, una que aumenta su comunicación con el público general y profesional, facilitando la realización de sus diseños, construcciones e ideas. Todas estas posibilidades comunican una idea principal: la manufactura aditiva presenta un cambio. Como la llegada del diseño asistido por computadora, la impresión ha llegado para quedarse. No todos aquellos que tengan interés en esto entenderán como funciona, o para qué. Sin embargo, el elemento común que tienen es que diseñadores, artesanos, constructores e inclusive artistas, todos tienen un interés en aplicar este nuevo método de diseño dentro de sus campos, y esto convierte este movimiento en una nueva revolución industrial. CONCLUSIONES ESPECÍFICAS Como uno de los propósitos originales se estableció la idea de demostrar un modo ideal de trabajar la impresión 3D, específicamente para la representación arquitectónica. Se tenía la idea de mostrar el camino a seguir necesario para imprimir modelos de forma eficaz y eficiente. El estudio teórico y el trabajo práctico llevan a una conclusión: no existe un modo ideal de trabajo en la impresión 3D. Si bien existen líneas guías que puedan ser usadas como referencia en el diseño y generación de forma usando la manufactura aditiva (y muchas de las cuales se han agregado a lo largo del trabajo aquí presentado), se entiende que existe una fractura en el estado actual del conocimiento. Existen marcadas diferencias entre la maquinaria, software y material de impresión disponible, lo que hace el establecer un único e ideal método de impresión una tarea imposible. Al final, y de igual manera que el propio diseño que genera el arquitecto, la manufactura aditiva es un reflejo y una reflexión personal de cada diseñador. Por lo tanto, es trabajo de cada uno el utilizar, o idealmente personalizar, los consejos aquí dados. La impresión es solo otra poderosa herramienta atada a la visión de cada autor.

Sheil, B. (2013). Manufacturing the Bespoke. Wiley & Sons. Sussex, Reino Unido.

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SEGUIMIENTO DE INVESTIGACION: POSIBLES INVESTIGACIONES FUTURAS Debido a la versatilidad de este tipo de fabricación, se entiende que existen muchos campos por explorar dentro de la profesión arquitectónica. Tomando en cuenta el carácter de la investigación, con un interés pedagógico por una parte, y con un objetivo de experimentación practica por otra, se consideran las siguientes posibilidades para seguir explorando el tema: - Si bien se comenta las posibilidades de diseño que facilita este método de trabajo, no existen estudios que analicen el impacto que tiene este en un elemento básico: la educación arquitectónica. Se entiende que el estudiante, en sus años formativos, se ve limitado a las herramientas y materiales que tiene a su alcance. Esto lo lleva a condicionar, consciente o inconscientemente, su diseño a restricciones innecesarias, tal como simplificar formas para facilitar su representación en el modelo que presenta a sus examinadores. El impacto y liberación que ofrece la enseñanza de la manufactura aditiva muestra un camino de interés en la enseñanza del diseño, y se ve como un tema de interés a explorar. - La verticalización del pequeño estudio arquitectónico: La impresión se une a la caja de herramientas que poseen los arquitectos actualmente, tal como el diseño paramétrico o software BIM. Estos dos le permiten independizar al diseñador de servicios externos que sean usados para facilitar la generación o planificación de una construcción. La manufactura aditiva es el último peldaño en este proceso de liberación, permitiéndole ahora fabricar sus propios prototipos físicos, o incluso productos finales. Se considera como una posibilidad de estudio el analizar la integración del diseño BIM con la impresión 3D como un método de independización del arquitecto. - Impresión 3D como generadora no de construcciones, sino de herramientas hechas a la medida. De igual manera que la forma que Lego limita los tipos de formas que se pueden construir por los tipos de piezas que hay disponibles, de igual manera se limita al arquitecto con los actuales bloques básicos de construcción. Como se vio en dos de los casos de estudio presentados, la manufactura aditiva permite estudiar y reemplazar elementos básicos de la construcción como elementos de mampostería. El estudio de que otros elementos básicos y centrales en la construcción pueden ser personalizados por medio de impresión 3D presenta una oportunidad de interés.

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ANEXOS ÍNDICE DE IMÁGENES Figura a.1: Demostración de uso de impresión 3d en varios modelos. Fuente: http://www.thingiverse. com/MakerBot/designs/page:2 Figura a.2: Componente impreso en piezas para ensamblar de la Protohouse 1.0. Fuente: http://www. dezeen.com/2013/02/13/protohouse-2-3d-printed-house-by-softkill-design/ Figura a.3 (izquierda): Strandbeest por Theo Jansen; (medio): Animaris Geneticus Ondularis, escultura a escala creada por medio de impresión 3D; (derecha): Parvus, escultura cinética. Fuente: https://www. shapeways.com/model/247069/animaris-geneticus-parvus-5.html?li=search-results&materialId=6 y http://www.strandbeest.com/photos.php Figuras a.4: Modeling Sheet, superficie plana conformada por módulos, permitiendo formaciones flexibles. Fuente: https://www.shapeways.com/model/710195/modeling-sheet.html?li=productBox-search Figuras a.5: Kamermaker, pabellón diseñado para fabricar pabellones por DUS Architects. Fuente: http:// www.thingiverse.com/kamermaker/designs Figura a.6: Simulación de hamburguesa impresa. En realidad, una impresión de un modelo de hamburguesa. Fuente: http://www.dezeen.com/2013/05/13/print-shift-extract-3d-printed-food/ Figura a.7: La Replicator generando objetos bajo el pedido de personajes de Star Trek: La Nueva Generación. http://en.memory-alpha.org/wiki/Replicator Figura a.8: Cortex. Yeso, hecho a la medida al escanear el antebrazo del paciente. Usa eficiencia de materiales para disminuir incomodidad y costos. Fuente: http://www.dezeen.com/2013/06/28/cortex3d-printed-cast-for-bone-fractures-jake-evill/ Figura a.9: Neri Oxman (izquierda), proyecto Carpal Skin (derecha). Fuente: http://web.media.mit. edu/~neri/site/about/about.html - http://web.media.mit.edu/~neri/site/projects/carpalskin/carpalskin. html Figura a.10: Pabellón de Seda. Estructura generada a partir del control robótico de gusanos de seda. Fuente: http://www.dezeen.com/2013/06/03/silkworms-and-robot-work-together-to-weave-silk-pavilion/ Figura a.11: Pettis, 2013 (Izquierda). Fundadores de Makerbot, de izquierda a derecha, Mayer, Smith y Pettis, con los prototipos finales de la impresora Cupcake. Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/MakerBot_Industries Figura a.12: Evolución de la impresora Makerbot. De izquierda a derecha, y en orden cronológico, Cupcake CNC, Thing-o-matic, Replicator y Replicator 2. Fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/MakerBot_Industries Figura a.13: Capturas de pantalla mostrando la variedad de objetos subidos por usuarios a Thingiverse. com. Fuente: Elaboración Propia. Figura a.14: Grafica de precios ofrecida por Shapeways. Una de las muchas maneras en que la compañía hace más sencillo el proceso de impresión y visualización para el diseñador. Fuente: http://www. shapeways.com/blog/archives/1354-what-does-a-3d-printed-bunny-cost.html 108

Figura a.15: Vestido emisor de humo, o Smoke Dress, por Anouk Wipprecht (izquierda). Esculturas por Nick Ervinck (centro y derecha). Todos objetos que solo pueden ser fabricados por medio de impresión 3D. Fabricados por servicio de impresión i.Materialise. Fuente: http://i.materialise.com/blog/ Figura b.1: Visualización de proceso de impresión 3D, donde el objeto se crea a partir de una construcción de capa sobre capa. Elaboración Propia. Figura b.2: Gráfica de la breve historia de la impresión 3D. Elaboración Propia. Figura b.3: El proceso de la impresión pasa de la idea hacia la manufactura, para volver con su diseñador y fabricante. Elaboración Propia. Figura b.4: Cortes realizados para traducir un volumen a código legible por la impresora. Elaboración Propia. Figura b.5: Proceso de construcción de un objeto con las medidas mencionadas. Elaboración Propia. Figura b.6: Diferencia entre estructuras que pueden o no requerir soporte. Elaboración Propia. Figura b.7: Diferencia entre estructuras auto-portantes y estructuras inestables. Elaboración Propia. Figura b.8: Los modelos 3d se pueden considerar como elementos sólidos y vacíos. Elaboración Propia. Figura b.9: Diferentes modos de relleno de geometría idéntica. Elaboración Propia. Figura b.10: Elemento visualmente inestable. Elaboración Propia. Figura b.11: Representación de vacíos no visibles en un volumen. Elaboración Propia. Figura b.12: Figuras visualmente inestables, balanceadas por medio de vacíos y deformaciones. Fuente: http://igl.ethz.ch/projects/make-it-stand/ Figura b.13: Pirámide escalonada rodeada por un “volumen vacío”. Elaboración Propia. Figura b.14: Volumen auto-portante gracias a que sus vacíos crean un centro de gravedad más estable. Elaboración Propia. Figura b.15: Pasos iniciales en la fabricación por medio de SLS. Elaboración Propia. Figura b.16: Pasos intermedios de fabricación SLS. Elaboración Propia. Figura b.17: Objeto final dentro del material de construcción (izquierda) y su recuperación manual (derecha). Elaboración Propia. Figura b.18: Diferentes materiales provistos por Shapeways en sus productos. Elaboración Propia. Figura b.19: Pasos iniciales del proceso de estereolitografía. Elaboración Propia. Figura b.20: Pasos intermedios en la fabricación por medio de estereolitografía. Elaboración Propia.

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Figura b.21: Liberación de modelo del área de construcción. Elaboración Propia - http://www.kickstarter. com/projects/formlabs/form-1-an-affordable-professional-3d-printer/posts/325514 Figura b.22: Plataforma sumergible. Fuente: http://www.3ders.org/articles/20120624-low-cost-opensource-3d-dlp-printer-on-kickstarter.html - http://mike-ibioloid.blogspot.com/2012/01/dlp-printing.html Figura b.23: Plataforma elevada. Fuente: http://makezine.com/2013/07/31/3d-printing-shootout-weekend-returns/ - http://www.makerwise.com/3d-printer/b9-creator/b9creator/ Figura b.24: Concepto de automóvil anfibio (izquierda); Prototipo de control para videojuegos (derecha). Fuente: http://www.flickr.com/photos/imaterialise/7752047826/ - http://www.3dsystems.com/materials/accurar-xtremetm-white-200#.Ujnym8Zcj8s Figura b.25: Modelos usados para fundición en joyería. Fuente: http://b9creator.com/support/?mingleforumaction=viewtopic&t=1017 Figura b.26: Pasos iniciales de impresión por FDM. Elaboración Propia. Figura b.27: Proceso intermedio y final de impresión por FDM. Elaboración Propia. Figura b.28: Soportes adicionales en modelos con poca capacidad auto-portante. Fuente: http://www. shapeways.com/blog/archives/89-fdm-and-3d-printing-support-material-explained.html Figura b.29: Variaciones de impresoras basadas en el modelo Reprap. Fuente: http://www.3dtrend. net/how-to-print-3d-models/list-of-3d-printer/printrbot/ - http://www.adafruit.com/blog/2013/01/25/ clean-and-elegant-deltamaker-personal-3d-printer/ - http://www.youtube.com/watch?v=TriGIQPAmcg http://www.dvice.com/2013-9-23/here-come-3d-printed-3d-printers Figura b.30: Cabeza dispensadora doble y muestra de impresión. Fuente: http://www.tested.com/ tech/3d-printing/455694-dual-extruder-printing-makerware-and-makerbot-replicator-1/ - http://www. kickstarter.com/projects/qu-bd/open-source-universal-3d-printer-extruder-dual-ext - http://www.geek. com/news/makerbots-dual-color-replicator-2x-experimental-3d-printer-lands-in-march-1535348/ Figura b.31: Ejemplos de cabezas dispensadoras. Fuente: http://www.harwired.cc Figura b.32: Muestra de filamento PLA. Fuente: http://www.lulzbot.com/?q=catalog/plastic-filament Figura b.33: Muestra de filamento ABS. Fuente: http://www.lulzbot.com/?q=catalog/plastic-filament Figura b.34: Muestra de filamento Laywoo-d. Fuente: http://www.lulzbot.com/?q=catalog/plastic-filament Figura b.35: Muestra de filamento HIPS. Fuente: http://www.lulzbot.com/?q=catalog/plastic-filament Figura b.36: Muestra de filamento de policarbonato. Fuente: http://www.lulzbot.com/?q=catalog/plastic-filament Figura b.37: Ejemplos de Heat Beads. http://www.thingiverse.com/thing:50729 - http://airwolf3d.com/ blog/2012/05/06/features/ - http://en.wikipedia.org/wiki/MakerBot_Industries

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Figura b.38: Proceso de fabricación de filamento. Fuente: http://www.filastruder.com/pages/testimonials Figura b.39: Objeto formado por ABS, antes y después de baño de vapor de acetona. Fuente: http://www. engineering.com/3DPrinting/3DPrintingArticles/ArticleID/5371/Smoothing-Rough-3D-Prints-with-Acetone-Vapor.aspx Figura c.0: Plantilla de calificación. Elaboración Propia. Figura c.1: Pruebas de impresión (obtenidas de Thingiverse.com). Serpiente por Zomboe; Owl Statu por Tom Cushwa; Nautilus Gears por Misha T.; Dimension Torture Test por Cliff L. Biffle. Fuente: Ultimate Guide to 3D Printing, Makezine. Version PDF. Figura c.2: Detalles de impresora (izquierda); Muestras de Impresión (derecha). Fuente: http://reviews. cnet.com/3d-printers/afinia-h-series-h479/4505-33809_7-35618555-2.html Figura c.3: Detalles de impresora (izquierda); Muestras de Impresión (derecha). Fuente: http://forum. bukobot.com/index.php?topic=1208.0 - http://www.thingiverse.com/deezmaker/designs Figura c.4: Detalles de impresora (izquierda); Muestras de Impresión (derecha). Fuente: http://reviews. cnet.com/3d-printers/3d-systems-cube/4505-33809_7-35473913-2.html Figura c.5: Detalles de impresora (izquierda); Muestras de Impresión (derecha). Fuente: http://3dprintingindustry.com/2013/03/01/3d-printer-review-lulzbot-ao-101/ Figura c.6: Detalles de impresora (izquierda); Muestras de Impresión (centro y derecha). Fuente: http:// forums.reprap.org/read.php?1,121720 - http://blog.protoneer.co.nz/openbeam-challenge/ - http:// makezine.com/review/make-ultimate-guide-to-3d-printing/mendelmaxpro/ - http://richrap.blogspot. com/2012/08/3-way-quick-fit-extruder-and-colour.html Figura c.7: Detalles de impresora (izquierda); Muestras de Impresión (derecha). Fuente: http://www. makerwise.com/3d-printer/printrbot/printrbot-lc-v2/?tab=specs http://makezine.com/review/ make-ultimate-guide-to-3d-printing/printrbot-lc/ http://www.printrbottalk.com/forum/viewtopic. php?f=94&t=3006 - http://jessedepinto.com/tag/printrbot-lc/ Figura c.8: Detalles de impresora (izquierda); Muestra de Impresión (derecha). Fuente: http://hardwired. cc/?p=305 - http://hardwired.cc/?p=335 Figura c.9: Detalles de impresora (izquierda); Muestra de Impresión (derecha). Fuente: http://www.makerbot.com/replicator2-press-assets/ - http://www.makerbot.com/blog/2013/03/22/is-it-just-us-or-isthe-replicator-2-a-3d-mirror/ y http://www.bradcampbell.com/2012/12/23/disassembling-the-makerbot-replicator-2-extruder/ Figura c.10: Detalles de impresora (izquierda); Muestra de Impresión (derecha). Fuente: http://hardwired. cc/?p=528 - http://wiki.ultimaker.com/Ultimaker_rev.4_assembly:_Extrusion_head Figura c.11: Detalles de impresora (izquierda); Muestra de Impresión (derecha). Fuente: http://hardwired. cc/?p=505 y http://hardwired.cc/?p=470 Figura c.12: Puntajes obtenidos por cada impresora a partir de los análisis anteriores. Elaboración Propia. 111

Tabla 1: Cuadro comparativo de Impresoras. Elaboración Propia. Figura d.1: Opciones de exportación en Rhino. Elaboración Propia. Figura d.2: Diferencia entre modelo tipo NURBS y modelo a partir de una malla poligonal. Elaboración Propia. Figura d.3: Aperturas no deseadas en modelo a imprimir. Elaboración Propia. Figura d.4: Ciertos programas es más sencillo visualizar la orientación de las superficies. Sketchup muestra la orientación incorrecta de las superficies al dar un color azul claro, para permitir entender si un objeto se encuentra sellado. La figura izquierda no está sellada, mientras que la derecha sí. Elaboración Propia. Figura d.5: Diferencia entre modelo libre de errores (izquierda) y uno con errores (derecha). Elaboración Propia. Figura d.6: Icono de análisis estándar (izquierda) y análisis terminado, con detalles de su geometría, y determinando si la superficie se encuentra cerrada (derecha). Elaboración Propia. Figura d.7: Icono de reparación (izquierda); tipo de reparación a usar (medio); pieza resultante (derecha). Elaboración Propia. Figura d.8: Interfaz inicial de Slic3r (izquierda) y elemento cargado dentro de la misma interfaz (derecha). Elaboración Propia. Figura d.9: Diferentes patrones de relleno disponibles en una Replicator 2. El porcentaje de relleno y tipo de patrón son todos ajustables en la mayoría de software disponible. Fuente: http://www.makerbot. com/blog/2013/06/26/makerware-2-2-0-more-features/ Figura d.10: En ocasiones es posible trabajar impresiones con 0% de relleno, aumentando la pared exterior para soportar las cargas del modelo. Este método es preferible a ser usado en figuras más orgánicas. Fuente: http://blog.colorfabb.com/tag/3d-printing/ Figura d.11: Bordes de 6 milímetros (izquierda) y balsa en impresión delicada (derecha). Fuente: http:// umforum.ultimaker.com/index.php?/topic/3275-examples-of-good-raftsbrims/?hl=brim - http://reviews.cnet.com/3d-printers/afinia-h-series-h479/4505-33809_7-35618555-2.html Figura d.12: Diferencia visual entre alturas de capas. En orden, las alturas son 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm y 0.4 mm. Fuente: http://airwolf3d.com/wiki/slicing-1/ Figura d.13: Interfaz de Pronterface, con botón de encendido y apagado de calentamiento, llamado Heat – On/Off, prominente (izquierda) y grafica de incrementos de temperatura de cabeza dispensadora (derecha). Elaboración Propia. Figura d.14: Muestra de nivelado de impresión. Izquierda - cabeza demasiado pegada a plataforma; Centro – cabeza demasiado alejada; Izquierda – cabeza separada correctamente. Fuente: http://wiki. ultimaker.com/Calibrate Figura d.15: Uso de tape Kapton en plataforma de acrílico. Fuente: http://wiki.ultimaker.com/Ultimaker_rev.4_assembly:_Z-stage

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Figura d.16: Un fallo de la cabeza pueden ser burbujas de aire o distribución desigual del material, resultando en impresiones deformada. El origen del fallo puede variar desde la calidad del material de impresión, hasta un mal ensamblado de la impresora. Fuente: http://hardwired.cc/?p=410 Figura e.1: Resultado sin completar del proyecto Terracott. Figura e.2: (izquierda) Ladrillos apilados para transporte; (derecha) Ladrillos unidos por mortero. Figura e.3: Módulos de experimentación. Fuente figuras e.1 – e.3: Oswald, S. (2012). Clay, Craft, Culture: Material Explorations at Grymsdyke Farm. Presentado en conferencia Prototyping Architecture (Londres). Bulding Centre Trust, Londres. Figura e.4: Producto final del trabajo desarrolla este taller específico de SG 2011. Figura e.5: Ejemplo de población de hexágonos generada en una superficie curva, como estudio de forma y plasticidad del proyecto. Figura e.6: Análisis de las difusiones de sonido. Comparación de superficie de curva simple en contra de los módulos hiperboloides dentro de la cámara anecoica virtual. Figura e.7: Prototipos a escala 1:10. Disposición de equipo de modelos impresos en 3D dentro de la Cámara de Reverberación para llevar a cabo la segunda etapa del taller. Figura e.8: Proceso de fabricación de módulos hiperboloides que conforman la pared de difusión acústica. Figura e.9: Cúpula formada por módulos hiperbólicos. Cada módulo se llevaría a una escala acorde a la inspiración proyectual, la Sagrada Familia. Fuente figuras e.4 –e.9: Davis et al (2011). Responsive Acoustic Surfacing. Presentado en Smartgeometry 2011, Dinamarca. Inside Smartgeometry, Rieno Unido. John Wiley & Sons - http://www.danieldavis. com/responsive-acoustic-surfaces/ Figura e.10: A la izquierda, malla generando superficie cóncava (sinclástica). A la derecha, superficie doblemente curva (anticlástica). Figura e.11: Célula hexagonal (izquierda). Célula reentrante (derecha). Figura e.12: Izquierda - ejes por los que pasan las fuerzas en el módulo. Centro - módulo expandido al ser sometido a presión. Derecha - módulo en su estado relajado. Figura e.13: Izquierda - plano y sección de la estructura compuesta. Centro - isométrico de estructura. Derecha - econométrico de modulo simple. Figura e.14: Izquierda - estudio y reformulación de los módulos originales. Derecha - Modulo generado. Figura e.15: simulación de estructura en PROCESSING. Figura e.16: Prototipo final impreso. Comportamiento bajo los esfuerzos mecánicos estudiados (presión de aire). Fuente Figuras e.10 – e.16: Ruairi, Karagkiozi, Themistooleous (2012). Soft Kinetic Prototypos for Adaptive Arquitecture. Presentado en Conferencia Prototyping Architecture, Londres. Building Centre Trust, Londres. Figura e.17: Vistas de modelo de la ProtoHouse. Figura e.18: Vistas Interiores. Figura e.19: Piezas estructurales antes de armar. Figura e.20: Ensayo de superficies exteriores. Figura e.21: Ejemplos de “cortinas” impresas. Fuente figuras e.17 – e.21: http://www.dezeen.com/2012/10/23/protohouse-by-softkill-design/ Figura e.22: Pasos iniciales del proceso de prototipado. Figura e.23: Pasos intermedios en la generación del prototipo del nudo. 113

Figura e.25: Estructura con barras y nudos generados por definición de Grasshopper (izquierda) e impresión de algunos de sus nudos. Figura e.26: Diversos stands fabricados por con la herramienta. Figura e.27: Variación de estructura, fácilmente prototipada con la herramienta. Figura e.28: Prototipo de superficie. Fuente figuras e.22 – e.28: http://toolchains.wordpress.com/category/polygon-prototyping/ Figura e.29: Parlamento de Vaud, destruido por el incendio a mitad del proceso de renovación. Figura 2.30: Vistas comparando las propuestas de los diseños. Figura e.31: Comparación entre propuestas facilitada por impresión 3D, con propuesta original en gris, y modificada en anaranjado (izquierda). Adicionalmente, se imprimen versiones en diversos colores para aquellos que aportaron en el diseño del proyecto (derecha). Figura e.32: Producción completa de modelos (izquierda). Modelos en los escritorios de los participantes (derecha). Fuente figuras e.29 – e.32: http://www.leocollomb.ch/3d-print-400-models-for-the-vaud-parliament/ Figura e.33: Prototipo para una Chaise Lounge (silla larga en francés). Figura e.34: Vistas detalladas de la geometría especifica de Beast. Figura e.35: Mapas de presión. Figuera e.36: Mapas de ángulos de curvatura. Figura e.37: Patrones de Voronoi proyectados. Figura e.38: Nube de puntos representado la distribución de cargas y el análisis de curvatura. Figura e.39: La volumetría final consiste en 32 secciones que conforman el objeto final. Sección, con usos de tipo de material según color (izquierda). Modelo final antes de ser dividido en piezas (derecha). Figura e.40: Ensamblado de piezas. Figura e.41: Pesaje de piezas según densidad de los dos tipos de materiales (unidad de medida no menciona. Figura e.42: Beast, ensamblaje finalizado. Fuente figuras e.33 – e.42: Oxman, N. (2010). Material-based Design Computation. Tesis Doctoral, MIT. Version PDF. Figura e.43: Boceto inicial del sistema de piezas. Figura e.44: Fabricación y piezas del primer modelo, unión de una pared estándar por medio del sistema de muescas. Figura e.45: Fabricación de muro irregular. Figura e.46: Fabricación de muro a base de curvas. Figura e.47: Fabricación de cerramientos de curvas complejas. Fuente figuras e.43 – e.47: Griffith, K. (2006). Design Computing of Complex-Curved Geometry using Digital Fabrication Methods. Tesis de Maestria, MIT. Versión PDF. Figura e.48: Vista del Spencer Dock Bridge. Figura e.49: Detalles de puente. Fuente figuras e.48 – e.49: http://www.archdaily.com/96400/spencer-dock-bridge-amanda-levete-architects/ Figura e.50: Representación de Paso 1. Elaboración Propia. Figura e.51: Representación de Paso 2. Elaboración Propia. 114

Figura e.52: Modelos de Rhino, los cuales son exportados en formato STL y enviados al Router para ser tallados. Elaboración Propia. Figura e.53: Modelo de puente finalizado. Elaboracion Propia. Figura e.54: Proceso de impresión. La rejilla en el modelo es el material de soporte, que cubre toda el área del puente. Elaboración Propia. Figura e.55: Puente impreso con los soportes en proceso de eliminación. Elaboración Propia. Figura e.56: Resultado final de primera impresión. El objeto muestra muchos desechos, incluso después de ser lijada con grano grueso. Los defectos evitan que se pueda usar como prototipo final. Elaboración Propia. Figura e.57: Puente dividido en 2 partes, escala 1:125. Elaboración Propia. Figura e.58: Deformaciones de piezas. Elaboración Propia. Figura e.59: Vista de ambas piezas sin ensamblar. Elaboración Propia.

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