Índice |
1. La impresora 3D triunfa 30 años después
4. Otras aplicaciones de la impresión 3D
2. Sabes que es una impresora 3D
4.1. Automoción
3. Usos en medicina
4.2. Espacio
3.1. En la parte médica
5. Impresora 3D curiosidades
3.2. Prótesis 3D
6. Impresoras 3D en tiempos del Covid-19
3.3. Trasplantes
7. Pros y contras de la impresión 3D
3.4. Órganos
8. Más aplicaciones de la impresora 3D 9. Controversias
10. El proceso de impresión 3D
10.1. Obtención de un archivo 3D
12. Materiales mayormente utilizados en la impresión 3D
10.1.1. Descarga
12.1. Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)
10.1.2. Diseño propio
12.2. Ácido poliláctico (PLA)
10.1.3. Escaneo 10.2. Conversión del archivo al código G 10.3. Impresión del objeto 3D 11. La extrusión directa y la extrusión bowden.
13. Parámetros de impresión en 3D 14. Conclusión
La impresora 3D triunfa 30 años después
Inicios A Chuck Hall (Clinton, Colorado, 1939) la fama le ha llegado 30 años tarde. Una noche de marzo de 1983, este ingeniero sacó de la cama a su esposa en pijama para enseñarle lo que había conseguido: había imprimido una pequeña copa de plástico negro con un nuevo método creado por él, al que llamó estereolitografía. Hull llevaba meses ocupando sus noches y fines de semana en desarrollar un nuevo aparato con el que pudiera crear pequeños objetos de plástico. No lo sabía todavía, pero se había convertido en el padre de la impresora 3D.
El momento Eureka tuvo su primer estallido a principios de 1980. Hull trabajaba entonces en una empresa del sur de California que moldeaba resina con luz ultravioleta y la utilizaba para recubrir muebles. Un día se dirigió a su jefe con una idea, quería colocar cientos de capas de plástico, una encima de otra, y aprovechar la luz ultravioleta para darles distintas formas. Pero, para poder convertir un montón de plástico apilado en un verdadero objeto en tres dimensiones, necesitaba una máquina rápida.
A Hull no le permitieron dedicarse a su sueño durante sus horas de trabajo, pero sí le prestaron un pequeño laboratorio donde hacerlo realidad. Después de un año de esfuerzo, el ingeniero desarrolló un sistema en el que luz ultravioleta iluminaba una cubeta rellena de un material llamado fotopolímero. Este tipo de material cambia de líquido su estado natural a sólido cuando recibe esta luz. De esta manera, podía dibujar la forma e ir rellenando con capas hasta que el objeto estaba completo.
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Sabes que es una impresora 3D
IMPRESORAS 3D Una impresora 3D es una máquina capaz de realizar réplicas de diseños en 3D, creando piezas o maquetas a partir de un diseño hecho por ordenador. Surgen con la idea de convertir archivos de 2D en prototipos reales o 3D. Comúnmente se ha utilizado en el prefabricado de piezas o componentes, en sectores como la arquitectura y el diseño industrial. En la actualidad se está extendiendo su uso en la fabricación de todo tipo de objetos, ya que la impresión 3D permite adaptar cada pieza fabricada a las características exactas de cada paciente.
Características de los modelos comerciales: Sinterización láser: Un suministrador va depositando finas capas de polvo de diferentes metales (acero, aluminio, titanio...). Estéreo-litografía: mediante la misma una resina fotosensible es curada con haces de luz ultravioleta, produciendo su solidificación. Compactación: consiste en una masa de polvo que se compacta por estratos (capas).
Según el método para compactación del polvo o materiales, se pueden clasificar en:
Impresoras 3D de tinta: utilizan una tinta aglomerante (materiales blandos, que mezclados con agua se hacen resistentes) para compactar el polvo. El uso de una tinta permite la impresión en diferentes colores.
Impresoras 3D láser: Es un láser que transfiere energía al polvo haciendo que se policrome (colorear). Después se sumerge en un líquido que hace que las zonas pormenorizadas (zonas minuciosas) se solidifiquen.
Usos en medicina
En la parte médica. El campo de la medicina es uno de los más avanzados en cuanto al uso de las Impresoras 3D. En Estados Unidos, la FIDA (Administración de Medicamentos y Alimentos) aprobó en agosto de 2015 el primer medicamento que puede ser producido por impresión 3D. El medicamento se llama levetiracetam y se utiliza para el tratamiento de la epilepsia. La impresión 3D de medicamentos puede permitir a los médicos recetar dosis más precisas, ajustadas a las necesidades de cada paciente.
Prótesis 3D Existen impresoras que son capaces de crear guías quirúrgicas que se usan para que el dentista sepa exactamente dónde debe colocar un implante dental. Más allá de la odontología se ha creado una prótesis robótica de un brazo con una impresión 3D tiene un coste de 500 dólares, unas 160 veces inferior a los que se construyen por los métodos tradicionales por lo que podría llegar a la mayoría de los hogares, independientemente de su poder de adquisición.
Una de las grandes ventajas que ha ofrecido en la creación de prótesis es que las instrucciones a seguir para crear una son públicas en Internet. Así, cualquiera puede acceder a ello y no supone un sobrecoste ni económico ni de conocimiento. Una de las ventajas de este gran avance es en el caso de los niños, que se encuentran en edad de crecimiento, se puede crear varias prótesis mientras siga su crecimiento sin tener que gastar cantidades excesivas con cada nueva. Hay muchas personas que se inician por su cuenta en este mundo de las impresoras 3D, como es el caso de un padre que descubrió estas máquinas gracias a la publicación en la web de dichas instrucciones para crear una mano.
Trasplantes Mucha gente sufre accidentes que le provocan heridas tan graves que necesitan una reconstrucción de algunas partes del cuerpo. Existen dos casos: que necesiten coger piel de una parte del cuerpo y colocarla en la lesión, cosa muy dolorosa, o que necesiten reconstruir algún hueso. En ambos casos las impresoras en tres dimensiones pueden ayudarnos.
En el primer caso (necesidad de piel), ya se ha dado la primera creación de un material con propiedades parecidas a las del tejido humano. Este tipo de material está compuesto por miles de gotas de agua conectadas y encapsuladas dentro de películas de lípidos y pueden llevar a cabo algunas de las funciones de las células, e interactuar con los demás tejidos de nuestro cuerpo. Estas redes de gotas son totalmente sintéticas, no cuentan con genoma y no se replican (no hacen copias de sí mismas).
En el segundo caso (reconstruir hueso), en marzo de 2014 se le reconstruyó el rostro a un joven que había sufrido un accidente de moto. Inicialmente, cuando ingresó en el hospital después del accidente, los doctores intentaron la reconstrucción de su rostro de la mejor forma posible, manualmente, pero no pudieron hacerlo del todo bien, pues podría verse comprometida la visibilidad de su ojo izquierdo. Gracias a las nuevas tecnologías de modelado en 3D, realizaron una recreación de su cráneo antes del accidente, se seleccionaron partes a reemplazar y se imprimieron en 3D, implantando estas mediante una operación. Así, han podido reconstruirle todo el rostro y permitiéndole llevar una vida relativamente normal.
En el año 2013 se produjo la impresión en tres dimensiones del feto. Su principal objetivo es que se puedan detectar malformaciones en los no natos, así como posibles complicaciones en el parto. De esta manera podrían evitarse y ayudar al personal médico a un mejor seguimiento del periodo de gestación del bebé.
Órganos En las impresoras 3D usadas para crear órganos se usan células vivas como material para imprimir. A partir de estas es posible generar un órgano para implantárselo a una persona. Es uno de los objetivos más esperados, ya que hay enormes colas de espera para que las personas que necesitan un órgano lo reciban, y a diario mueren varias de ellas debido a la espera demasiado larga. Existen varios grupos estudiando la creación de distintos órganos, siendo el corazón el gran objetivo. De momento, hay un grupo de ingenieros de la Universidad de Connecticut que ha creado riñones artificiales. Su objetivo es que estos órganos sean trasplantados a seres humanos y tengan las mismas funcionalidades que un riñón natural.
Haciendo referencia a la inmovilización de un miembro del cuerpo debido a una fractura. Normalmente los médicos usan yeso que tarda unas 20 horas en secarse y que se mantiene totalmente rígida. Cortex Exoskeleton es un proyecto que usa una impresora 3D para crear una pieza de inmovilización con la medida perfecta de cada paciente. Para ello, se usa un escáner 3D para obtener la medida exacta del miembro y, junto con una radiografía para visualizar la rotura y su posición, se envía a una impresora que crea una pieza de inmovilización. Esta pieza es mucho más resistente y ligera que una escayola de yeso; además tiene una serie de agujeros que permiten la transpiración de la piel, impidiendo así que salgan hongos.
Otras aplicaciones de la impresión 3D
Automoción
Espacio
Ford lleva desde finales de los años 80 utilizando esta tecnología en el diseño de sus vehículos, concretamente en la fase de diseño de prototipos, ya que es una forma rápida y efectiva de disponer de los componentes físicamente antes de su producción final.
Tanto la agencia espacial estadounidense NASA, como la europea, o SpaceX están trabajando en el uso de impresoras 3D en el espacio que les permitan crear componentes y herramientas que se puedan imprimir directamente en el espacio, ahorrando en espacio y peso, al tener que llevar solo el material de impresión, evitando malgastar estas valiosas capacidades en objetos que quizás no se vayan a utilizar, los objetos impresos una vez utilizados se puedan volver a fundir para crear otros objetos.
Se están encontrando innumerables aplicaciones al uso de la impresión 3D, por ejemplo, el caso de una impresora que diseña casi cualquier tipo de zapatilla deportiva con diferentes compuestos y colores.
Impresora 3D curiosidades
La impresora 3D puede participar en la fabricación de pasteles de chocolate, así como en la impresión de bases de pizzas. La impresora en 3D también es utilizada en arquitectura, muchas personas que ya usaron esta impresora destacan que suele ser económico, y es rápido el aprender a usarla, en arquitectura se suele usar para trabajos como maquetas, mobiliario, entre muchas más opciones. Un estudio reciente indica que el uso continuo de este tipo de dispositivos puede provocar enfermedades respiratorias y de otro tipo al inhalar los productos químicos evaporados durante la impresión.
La mejora en los materiales y en la tecnología, unida a una reducción del precio se pueden conseguir impresoras desde 1.300 dólares creando de esta forma un universo en tres dimensiones de infinitas posibilidades. Ya hay comida que se puede imprimir en 3D. Un grupo de científicos en la Universidad de California está tratando de crear con estas máquinas una casa entera. Los planos se pueden descargar en Internet de manera que se puede crear cualquier cosa, por cualquiera, en cualquier parte.
En renault una marca francesa de coches, pero específicamente en España, ha nacido la iniciativa Renault al rescate, un proyecto voluntario en el que los trabajadores de la compañía construyen mascarillas sanitarias desde su hogar utilizando impresoras 3D que tenían en casa. Los que no tenían impresora colaboraron económicamente a través de una red de crowdfunding (recaudación de fondos) para comprar bobinas de PLA y láminas de acetato, el material necesario para las máscaras. La empresa, conociendo la iniciativa de sus empleados, decidió cederles 20 máquinas 3D para acelerar el proceso. Su meta es producir 2.000 mascarillas diarias. De momento, ya son más de 160 trabajadores. Llevan más de 21.000 mascarillas repartidas
Impresoras 3D en tiempos del Covid19
Los diseñadores 3D han salido al rescate y se han dado a la tarea de diseñar y reproducir algunas piezas muy particulares para apoyar con la causa en todo el mundo. En Italia, por ejemplo, un ingeniero diseñó una válvula 3D para un respirador, con lo cual pudieron atender a más pacientes. Smart Solutions una empresa en Rio de Janeiro se está encargando de producir protectores faciales y pequeños adaptadores, que transforman los lentes de protección en escudos faciales, para donarlos a los profesionales de la salud de hospitales públicos de la ciudad de Rio de Janeiro.
Válvula para respirador.
Pros y contras de la impresión 3D Pros
Contras
Disminución de puestos de trabajo Uso limitado de materiales Vulneración de los derechos de autor Creación de productos peligrosos Aumento de productos inútiles Tamaño limitado de los productos Coste de las impresoras
Accesibilidad Opciones variadas de manufactura Prototipado y fabricación rápidos Reducción de costes Reducción de la necesidad de almacenamiento Aumento de oportunidades de empleo Mejora de la calidad de vida Respeto por el medio ambiente
Más aplicaciones de la impresora 3D
Defensa La gran parte de la maquinaria militar es compleja y se produce en volúmenes relativamente bajos. Muchas son piezas de encargo y necesitan recambios constantemente, por lo que podría darse una producción masiva de piezas de este tipo a través de la impresión 3D. Defense Distributed diseñó The Liberator, la primera arma de fuego impresa en 3D.
Educación MakerBot anunció MakerBot Academy, un plan para conseguir una impresora 3D en todas las escuelas de América (EE. UU). Se puede cambiar todo el paradigma de cómo nuestros hijos verán la innovación y la fabricación en Estados Unidos, dijo Bre Pettis, por aquel entonces director ejecutivo de MakerBot. La compañía también anunció un plan para convertir los colegios y universidades en Centros de Innovación MakerBot. Comenzando por la Universidad Estatal de Nueva York, en New Paltz, los centros están equipados con 30 impresoras 3D junto con varios escáneres 3D para la formación de ingenieros, arquitectos y artistas, y aumentar la motivación para el crecimiento de la industria.
Arte Las impresoras 3D se utilizan para crear nuevos tipos de arte moderno. Las impresoras también pueden recrear piezas que no son accesibles a todas las personas en todo el mundo, lo que ayuda a los museos. Un ejemplo es el proyecto desarrollado entre el Museo Van Gogh y Fujifilm para recrear réplicas en 3D de varias obras maestras del pintor.
Controversias Las autoridades de muchas partes del mundo están preocupadas por el uso de las impresoras 3D para imprimir armas de fuego. Como ya se ha indicado, el primer caso registrado fue el del arma The Liberator es una pistola de mano de un solo tiro, cuyo primer diseño podía ser obtenido online. La firma de código libre Defense Distributed diseñó el arma y lanzó los planos a Internet el 6 de mayo de 2013. Los planos fueron descargados más de 100.000 veces en dos días hasta que el Departamento de Estado de los Estados Unidos exigió a Defense Distributed retirar los planos. Los planos del arma permanecen alojados en Internet y están disponibles en sitios web de intercambio de archivos como The Pirate Bay. La policía de Yokohama (sur de Tokio) informó de la detención de un hombre por posesión de varias pistolas creadas con impresoras 3D e idénticas a armas reales. El hombre fue detenido con dos armas de apariencia real y después de haber sido probadas se determinó que eran letales. La policía comenzó a investigar al sospechoso tras hallar un vídeo suyo en Internet, en el que muestra las pistolas y afirma haberlas creado con tecnología 3D. Como con cualquier nueva tecnología, es fácil dejarse arrastrar por los beneficios de la impresión 3D. Se abre un mundo de nuevas posibilidades para todas las industrias y propone la disminución de los costes de transporte, el impacto ambiental, los residuos, etc. Pero las impresoras 3D son todavía máquinas derrochadoras, potencialmente peligrosas, y sus impactos sociales, políticos, económicos y ambientales aún no se han estudiado ampliamente.
El proceso de impresión 3D
Obtención de un archivo 3D Para comenzar con la impresión necesitamos obtener un archivo 3D, que debe estar en formato STL u OBJ. El STL es un tipo de archivo informático de diseño asistido por computadora (CAD) que define solamente la geometría de la superficie de un objeto 3D y excluye información como color, texturas o propiedades físicas. El OBJ es un formato de archivo utilizado para objetos tridimensionales que contiene las coordenadas 3D (líneas poligonales y puntos), mapas de texturas y otra información del objeto. Se puede obtener el archivo 3D mediante descarga, escaneo o diseño propio.
Descarga Existen varios repositorios y sitios web de los cuales se pueden descargar archivos 3D (pagos o gratuitos) que son puestos a disposición por comunidades de makers y diseñadores. En Thingiverse y GrabCad hay diseños en 3D gratuitos. Cada modelo tiene una descripción de la pieza y los parámetros de impresión recomendados. Algunos de estos archivos permiten ser modificados para personalizarlos según preferencias.
Diseño propio Es el proceso de creación digital a través de la representación de objetos tridimensionales, los cuales se pueden realizar a partir de un modelo digital en 3D que es generado por programas de diseño CAD. En la actualidad, hay un amplio abanico de programas para diseñar en 3D, entre los que se encuentran tres categorías principales que se corresponden con las tres formas más populares de representar un modelo: modelado de sólidos, escultura digital o modelado poligonal. La selección del programa dependerá del tipo de modelado que se busca.
Escaneo Otra manera de obtener un modelo 3D es trasladar la morfología de un objeto físico a un archivo digital. Para esto es necesario contar con un escáner 3D. Una vez escaneado el objeto, se pueden modificar sus características antes de imprimirlo o se lo puede imprimir directamente. También existen sistemas de obtención de imágenes 2D que luego se procesan para generar una 3D.
Conversión del archivo al código G
Una vez obtenido el archivo, se debe traducir el modelo 3D a un idioma que la impresora pueda reconocer. Para esto se utiliza un programa que convierte el archivo. stl u .obj a un lenguaje denominado código G (.gcode). El archivo se secciona o rebana en capas 2D y luego es enviado a la impresora. Este proceso es comúnmente denominado como laminado. A través de esta conversión, la impresora obtiene las instrucciones para construir el objeto. El archivo en Código G contempla los movimientos que realizará el equipo durante la impresión. Desde el programa de laminado se podrán modificar los parámetros de impresión tales como relleno, altura de capa, soportes, posicionamiento de la pieza, entre otros.
Impresión del objeto 3D
La impresión del objeto 3D propiamente dicha ocurre dentro de la impresora. El filamento (bobina de material) pasa por el extrusor, que lo empuja por el cabezal derritiendo el material hasta su salida, a través de la boquilla mientras dibuja cada capa sobre la bandeja de impresión. A medida que el material sale, se enfría para mantener la forma. Las capas se acumulan una encima de la otra hasta obtener el objeto final.
Existen dos tipos de extrusión posibles en las impresoras 3D: la extrusión directa y la extrusión bowden.
La extrusión directa y la extrusión bowden.
Extrusión directa
Extrusión bowden En la extrusión bowden el motor que empuja el filamento se encuentra en la estructura de la impresora y no en el cabezal que se desplaza durante la impresión. Esto quiere decir que el filamento será empujado por un tubo de mayor diámetro hasta el sector del cabezal que aumenta su temperatura para derretir el material y luego expulsarlo por la boquilla. Al liberar el peso del cabezal, este tipo de extrusión posee la ventaja de permitir imprimir a mayor velocidad. Un inconveniente que se suele presentar con la extrusión bowden son los atascos que se producen al empujar el filamento por el tubo por una mayor distancia.
En la extrusión directa el mecanismo que empuja el filamento se encuentra directamente encima de la boquilla, es decir, en el cabezal que se mueve durante la impresión. Al ser uno de los primeros en desarrollarse, este sistema, es usado comúnmente en la mayoría de las impresoras. Una ventaja de este tipo de extrusión es que permite calibrar de forma más eficiente a la impresora, logrando impresiones con un mejor acabado. Su principal desventaja es que, al incluir el motor en la parte móvil de la impresora, se añade un peso extra que puede generar problemas de vibración cuando se quiera imprimir a altas velocidades.
Materiales mayormente utilizados en la impresión 3D
Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) es un material plástico procedente del petróleo, uno de los más utilizados en la industria. El ABS conserva la firmeza ante temperaturas extremas, una propiedad que no se encuentra en la mayoría de los plásticos. Es muy resistente a los impactos y ataques químicos. Para utilizarlo correctamente, es necesario tener cierta experiencia en impresión 3D ya que el ABS se enfría con mayor rapidez que el PLA, lo que puede provocar que las capas se contraigan y no se adhieran entre ellas durante la impresión. Esto conlleva que la pieza pueda resquebrajarse, sufrir el efecto warping (cuando las esquinas se levantan y se despegan de la base) o la separación entre capas de impresión. Es importante destacar que es un material tóxico, por lo que debe imprimirse en equipos cerrados y ambientes ventilados. En caso de poseerlo, se recomienda activar el extractor con filtro de carbono de la impresora cuando se utiliza este tipo de material.
Ácido poliláctico (PLA) El ácido poliláctico (PLA) es un polímero que tiene su origen en el almidón, proveniente de vegetales tales como el maíz, la yuca, el trigo, la remolacha o la caña de azúcar. Al ser biodegradable, este poliéster termoplástico se descompone lentamente en moléculas más simples cuando entra en contacto con compuestos como el agua u óxidos de carbono, y se asegura así su reinserción natural. El PLA es el material más utilizado en la impresión 3D por su facilidad de impresión: imprime a bajas temperaturas, además, como es un material que, por su procedencia, no es tóxico, resulta ideal para su utilización en espacios educativos.
Parámetros de impresión en 3D
Para mejorar el producto final (pieza impresa), se pueden realizar distintos procedimientos, dependiendo del material utilizado para construirlo. Uno de los procedimientos más comunes es el lijado de las piezas. Al imprimirlas, quedan con marcas de las líneas que se forman durante el proceso cada vez que el cabezal pasa depositando el material, una capa sobre la otra. Con el lijado, se busca eliminar los restos de material no deseado que puedan haberse depositado en la pieza, así como suavizar los acabados superficiales que resulten demasiado ásperos o rugosos. Otro procedimiento es la utilización de químicos (cloroformo para el PLA y acetona para el ABS), que derriten y corroen la pieza. Hay que tener presente que se trata de productos peligrosos que se deben manipular con las correspondientes medidas de seguridad y en un ambiente preparado para su uso.
El tratamiento de aislación es para piezas que contendrán líquidos. En estos casos, lo óptimo es utilizar resina (poliéster o epoxi). Un punto importante para tener en cuenta es que el uso de estos aislantes no es apto para bebidas ni alimentos. Por ejemplo, se puede imprimir una taza de té, botella, recipiente etc, pero no puede utilizarse porque es tóxico. Existen técnicas que sirven para incorporar manualmente algún anexo a las impresiones o corregir imperfecciones. Para esto se utiliza masilla epoxi, ya que se adhiere perfectamente al plástico. Es posible, también, pintar la pieza una vez finalizada. Las pinturas más usadas son acrílicas y látex. Para un acabado más brilloso, incluso se la puede barnizar. Se debe tener en cuenta que, en el caso del PLA, al ser un material que se comporta como la madera (absorbe la humedad), es necesario dar una primera mano de base acrílica.
Conclusión
Las impresoras 3D marcan un progreso tecnológico que cambia los paradigmas de producción y no solo ello sino de la forma en la que cada persona obtiene los objetos que necesita e incluso la forma de preparar los alimentos. Las aplicaciones de este avance aparentemente no tienen límites dentro del entorno de los seres humanos llegando a producir incluso cualquier órgano que han sido afectado, el sector educativo no es ajeno a esta tecnología permitiendo formar a profesionales aptos para estos cambio de diseño lo cual a posterior implica a la fabricación en general, sin embargo es innegable que esto llevara a una disminución de puestos de trabajos obligando a los trabajadores a aprender alternativas viables para ellos. El uso de materiales para la impresión duradera suele ser peligroso no obstante existe materiales orgánicos aptos para su uso en los centros de formación, los objetos impresos permiten ser de uso específico es decir que se amolde a su propósito por ejemplo se pueden diseñar prótesis para brazos rotos que embone minuciosamente en el brazo de una persona, también se logra disminuir gastos a tener que fabricar una pieza sin la necesidad de una empresa distribuidora. Las ventajas de esta nueva ola son muchas y logra poner a disposición de cualquier persona objetos a bajo costos, pero no hay que olvidar que la distribución de ellos debe ir regulado para evitar su utilización para fines dañinos.
