La impresión 3D comprende un campo tan amplio de aplicaciones y tecnologías, que sería imposible abordar todos los aspectos en detalle es un solo artículo. En este post voy a intentar explicar conceptos sobre su funcionamiento, los materiales que se utilizan y la utilidad que tiene desde el punto de vista de un usuario particular.

¡Vamos allá!

¿Qué es la impresión 3D?

Simplificando mucho la definición, la impresión en 3 dimensiones es el proceso de fabricar objetos mediante la adición de capas de un determinado material (por eso se conoce también como “fabricación aditiva”), todo ello a partir de un modelo digital, sin necesidad de moldes ni utillajes de ningún tipo.

Por ejemplo, para fabricar un cilindro, depositaremos sobre una base un círculo y luego otro sobre él y así sucesivamente.

El hecho de que lo llamemos “impresión” 3D nos evoca a veces la idea de que, cuando queremos crear un objeto, el proceso es tan simple como darle al botón de una impresora para que lo mande imprimir y el objeto se creará de la nada. Pero nada más lejos de la realidad.

¿Cómo funciona?

La impresión 3D requiere del uso de un software, el hardware de la impresora y  de los materiales utilizados para la propia impresión trabajando todos ellos de forma conjunta.

Lo primero que necesitaremos para imprimir un objeto en tres dimensiones es diseñarlo con algún software de modelado 3D y generar el archivo correspondiente en formato STL. Luego pasaremos este archivo por otro software que dividirá el gráfico en capas horizontales (por eso suele llamársele “laminador” o “slicer”). Este programa nos generará un archivo en formato .gcode, un idioma (por así decirlo) que entenderá la impresora. Lo siguiente es elegir el material ideal para su fabricación.

*Generalmente se utilizan materiales termoplásticos, pero también hay impresoras 3D capaces de utilizar otros materiales como el metal, resinas, polímeros, incluso hormigón, tejidos vivos o materiales comestibles. Eso si, en este caso el coste de las impresoras en mucho mayor puesto que deben ser capaces de fundir el material para su utilización en la impresión por capas.

Una vez que se pasa esta información a la impresora,  esta se va desplazando sobre el plano de impresión para ir liberando material sobre las coordenadas correspondientes y así ir formando la figura en tres dimensiones idéntica a la diseñada en 2D.

¿Qué tecnologías se utilizan?

Realmente, la lista de tecnologías de impresión 3D sigue creciendo a medida que la fabricación aditiva evoluciona. Las principales diferencias entre unas y otras se encuentran en la forma en la que las diferentes capas son creadas para crear piezas. Algunos métodos usan el material fundido o ablandado para producir las capas, mientras que otras depositan materiales líquidos que son solidificados con diferentes tecnologías.

Veamos en qué consisten, a grandes rasgos, las más conocidas.
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• • FDM (Fused Deposition Modeling o Modelado por deposición fundida), también conocida como FFF (Fused Filament Fabrication o Fabricación por Filamento Fundido). Es quizá la más extendida y popular. Consiste en fundir un filamento que se irá depositando con precisión y capa a capa sobre una placa de impresión. La principal ventaja de esta tecnología y lo que la hace la más popular a nivel educativo o particular, es su bajo coste.

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• • SLA (Estereolitografía). Esta tecnología, que fue inventada en los años 80, fue el primer proceso de fabricación aditiva y sigue siendo una de las tecnologías de impresión en 3D más populares para los profesionales de hoy en día. El proceso es el siguiente: se parte de una base que se sumerge dentro de un recipiente lleno de resina líquida. Un láser va proyectándose sobre ella (lo que se conoce como fotopolimerización ) y solidifica capa tras capa sobre la base según esta va saliendo del recipiente, creando así el objeto. De todas las tecnologías de impresión 3D, es la que produce piezas con la más alta resolución y precisión, con detalles muy finos y con un excelente acabado superficial. El inconveniente es que su coste (tanto de material como de maquinaria) es más elevado que el de la FDM, por ejemplo.

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• SLS (Sinterizado Selectivo por Láser). El material, a diferencia del usado en la SLA, está en estado de polvo. El láser impacta en el polvo y funde el material y se solidifica (sinterizado). El polvo no fundido soporta la pieza durante la impresión, eliminando así la necesidad de medios especiales. Este proceso es el más utilizado en la industria, ya que es ideal para piezas con geometrías complejas o que tienen detalles internos, paredes delgadas o formas negativas. Las piezas resultantes tienen unas excelentes propiedades mecánicas y una resistencia que puede equipararse a la de las piezas moldeadas por inyección.

Materiales más usados

Las impresoras 3D no pueden utilizar cualquier material. Tienen que usar alguno compatible con el diseño del producto, el tipo de impresora y la tecnología empleados.

Existe una gran variedad de materiales y han elegirse para que sus propiedades puedan satisfacer las necesidades de las piezas u objetos creados a partir de ellos.

Entre los materiales más utilizados destacan:

• Ácido poliláctico (PLA). Es un poliéster poliláctico, biodegradable, derivado del almidón de maíz, de la yuca, la mandioca o la caña de azúcar y no emite gases tóxicos durante la impresión. Se presenta en múltiples colores, incluyendo colores translúcidos.
• Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). Es un plástico muy resistente y que aguanta altas temperaturas. Ofrece cierta flexibilidad y es fácil de pintar. La impresión con este material necesita de base de impresión caliente donde se deposita la pieza, para conseguir la estabilidad necesaria.
• Laywoo-D3. Formado por un polímero similar al PLA y un diferentes porcentajes de polvo de madera. Se obtienen piezas un aspecto parecido a la madera que se pueden lijar, serrar y pintar fácilmente.
• Laybrick. Se trata de una mezcla de yeso y varios materiales plásticos. Con él se obtienen piezas con aspecto de piedra arenisca que se pueden pintar y lijar fácilmente.
• Poliestireno de alto impacto (HIPS). Es un polímero bastante frágil a temperatura ambiente y que mejora su resistencia con la adición de polibutadieno
• Tereftalato de polietileno (PET). Te sonará familiar porque es un tipo de plástico muy utilizado para envases de bebidas. Es un polímero que se obtiene de la reacción de policondensación entre el ácido tereftálico y el etilenglicol. Pertenece al grupo de los poliésteres.
• Elastómero termoplástico (TPE). Es una mezcla de polímeros de los que se obtienen materiales termoplásticos y elastoméricos. Es decir, combina las ventajas de los materiales elásticos y los materiales plásticos.
• Filaflex. Es un filamento elástico formado por una base de poliuretano y otros aditivos que confieren al conjunto una gran elasticidad. Este tipo de material precisa una impresión más lenta, pero es muy útil para obtener objetos como zapatillas, prótesis, carcasas de móviles, etc. que aprovechen al máximo sus características.
• Nylon. Este polímero sintético del grupo de las poliamidas, es una fibra textil elástica y resistente muy utilizada para la fabricación y confección de tejidos y telas.
• Metales amorfos (BGM). Son aquellos que tienen una estructura atómica desordenada y que permiten varias formas para su solidificación.
• Resina. Simula plásticos estándar que están hechos de polipropileno y es adecuada para piezas u objetos que necesiten dureza, flexibilidad y resistencia.

Ventajas

• Se puede reproducir cualquier geometría, por lo que se eliminan las restricciones de la fabricación tradicional. Además, una sola máquina puede producir distintos objetos.
• Se generan menos residuos. Los procesos de impresión 3D utilizan solo el material necesario, a diferencia del mecanizado o CNC, que produce una buena cantidad de desperdicios ya que con esta tecnología, las piezas se crean a partir de un bloque sólido de acero o aluminio del que se va eliminando material hasta tener la pieza final. Se generan así muchos residuos que hay que recoger, limpiar y reciclar, lo que supone tiempo y dinero. La impresión 3d elimina gran parte de este problema.
• Producción bajo demanda. En un futuro ya no serán necesarios los aburridos inventarios.
• Se reduce el tiempo de lanzamiento al mercado, ya que se reduce el tiempo empleado desde que un producto se diseña hasta que se produce.
• Se posibilita la diferenciación y personalización de los productospor parte de los consumidores. El impacto ha sido especialmente llamativo en el ámbito de la creación de miembros artificiales o prótesis, un producto que ha de adaptarse al paciente.
• Se reducen los erroresde montaje y, por tanto, los costes.
• Permite un prototipado rápido.

Inconvenientes

• Costo elevado.
• Pérdida de puestos de trabajo. La elaboración propia de los productos y el que sea necesaria cada vez menos maquinaria en la manufactura, puede acarrear la disminución de puestos de trabajo en la manufactura.
• Se pueden vulnerar los derechos de autor, puesto que los escáneres 3d permiten la réplica de cualquier objeto y es relativamente sencillo plagiar o replicar un diseño.
• Mal uso de la tecnología. Podemos imprimir armas de fuego, por ejemplo, y existe el riesgo de que se generalice su uso.
• Aumento de productos inútiles.

Sectores de aplicación

Esta tecnología encuentra uso en campos tales como:

• Joyería
• Ropa y calzado
• Arquitectura
• Arte
• Alimentación
•  Ingeniería y construcción
• Automoción
• Sector aeroespacial
• Industrias médicas
• Educación
• Sistemas de información geográfica
• Ingeniería civil
• …

La lista es enorme. Hay quién dice que la impresión 3d no debe usarse para fabricar todo, sino para fabricar no lo que no puede hacerse de otra forma.

Si algo hay cierto es que esta tecnología aún tiene mucho que darnos. Por ejemplo, ya  se están construyendo casas en países subdesarrollados. Son básicas, de una sola planta, pero dan alguna alternativa a problemas existentes. Y seguro que en un futuro no muy lejano, algunos órganos humanos ya podrán imprimirse y ser totalmente funcionales, además de acabar con el problema de los rechazos en los trasplantes. De hecho, ya se puede imprimir una especie de piel que se aplica a pacientes que necesitan un injerto, como los quemados.

¿Tú qué opinas? ¿Le ves futuro a esta técnica de fabricación?