¿Qué es la impresión 3d? ¿Cómo funciona una impresora 3d?

¿Qué es la impresión en 3D?

La impresión en 3D utiliza el diseño asistido por ordenador (CAD) para crear objetos tridimensionales a través de un método de capas. A veces denominada fabricación aditiva, la impresión 3D implica la superposición de materiales, como plásticos, compuestos o biomateriales para crear objetos que varían en forma, tamaño, rigidez y color. Hoy en día, se puede ver a las impresoras 3D construyendo desde casas hasta coches e incluso equipos de protección personal (PPE) viables, que son utilizados por los trabajadores sanitarios de todo el mundo en la lucha contra COVID-19.

Visión general de la impresión en 3D

Las noticias 3d consultadas en las páginas especializas con comentan que los hospitales invadidos por pacientes afectados por COVID-19 y el suministro mundial de equipos de protección personal (EPP) y dispositivos médicos disminuyendo, el mundo recurrió a la tecnología para resolver la escasez. De hecho, muchos centros sanitarios recurrieron a la impresión en 3D para suministrar a su personal el tan necesario equipo de protección, así como las piezas para arreglar sus ventiladores.

Las grandes corporaciones, las nuevas empresas e incluso los estudiantes de secundaria con impresoras 3D se acercaron a la placa y respondieron a la llamada. Debido a la impresión 3D, millones de piezas de PPE y de ventiladores han sido enviadas a los hospitales en la primera línea de esta lucha mortal. Y eso es sólo el comienzo de lo que la impresión 3D es capaz de hacer.

¿Qué son las impresoras 3D?

En resumen, las impresoras 3D utilizan el diseño asistido por ordenador (CAD) para crear objetos 3D a partir de una variedad de materiales, como plástico fundido o polvos. No, no son como esas cajas mágicas de los programas de ciencia ficción. Más bien, las impresoras, que actúan de forma similar a las tradicionales impresoras de inyección de tinta 2D, utilizan un método de capas para crear el objeto deseado. Trabajan desde el suelo y se amontonan capa tras capa hasta que el objeto se ve exactamente como fue imaginado.

Estas impresoras tienen una flexibilidad extrema en lo que se puede imprimir. Pueden usar plásticos para imprimir materiales rígidos, como gafas de sol. También pueden crear objetos flexibles, como fundas para teléfonos o manijas de bicicletas, usando un polvo híbrido de goma/plástico. Algunas impresoras 3D incluso tienen la capacidad de imprimir con fibra de carbono y polvos metálicos para productos industriales extremadamente fuertes.

¿Por qué las impresoras 3D son importantes para el futuro?

Como se ha explicado anteriormente, las impresoras 3D son increíblemente flexibles; no sólo en los materiales que utilizan, sino también con lo que pueden imprimir. Además, son increíblemente precisas y rápidas, lo que las convierte en una herramienta prometedora para el futuro de la fabricación.

Hoy en día, muchas impresoras 3D se utilizan para lo que se llama prototipos rápidos. Empresas de todo el mundo emplean ahora impresoras 3D para crear sus prototipos en cuestión de horas, en lugar de perder meses de tiempo y potencialmente millones de dólares en investigación y desarrollo. De hecho, algunas empresas afirman que las impresoras 3D hacen el proceso de creación de prototipos 10 veces más rápido y cinco veces más barato que los procesos normales de investigación y desarrollo.

Las impresoras 3D pueden desempeñar un papel en casi todas las industrias. No sólo se utilizan para la creación de prototipos. Muchas impresoras 3D están siendo encargadas de imprimir productos terminados. En el sector de la salud, las impresoras 3D están siendo utilizadas para crear piezas para arreglar los ventiladores rotos por el brote de COVID-19.

La industria de la construcción está usando este método de impresión futurista para imprimir casas completas. Las escuelas de todo el mundo están usando impresoras 3D para llevar el aprendizaje práctico al aula imprimiendo huesos de dinosaurios tridimensionales y piezas de robótica. La flexibilidad y adaptabilidad de la tecnología de impresión 3D la convierte en un cambio de juego instantáneo para cualquier industria.

¿CÓMO FUNCIONA UNA IMPRESORA 3D?

La impresión en 3D forma parte de la familia de fabricación de aditivos y utiliza métodos similares a los de una impresora de inyección de tinta tradicional, aunque en 3D. Se necesita una combinación de software de alta gama, materiales parecidos al polvo y herramientas de precisión para crear un objeto tridimensional desde cero. A continuación se presentan algunos de los principales pasos que dan las impresoras 3D para dar vida a las ideas.

Software de modelado 3D

El primer paso de cualquier proceso de impresión en 3D es el modelado en 3D. Para maximizar la precisión (y porque las impresoras 3D no pueden adivinar por arte de magia lo que se quiere imprimir), todos los objetos tienen que ser diseñados en un software de modelado 3D. Algunos diseños son demasiado intrincados y detallados para los métodos de fabricación tradicionales. Ahí es donde entra en juego este software de CAD. El modelado permite a los impresores personalizar su producto hasta el más mínimo detalle.

La capacidad del software de modelado 3D para permitir diseños de precisión es la razón por la que la impresión en 3D está siendo aclamada como un verdadero cambio de juego en muchas industrias. Este software de modelado es especialmente importante para una industria, como la odontológica, en la que los laboratorios están utilizando software tridimensional para diseñar alineadores de dientes que se ajusten con precisión al individuo. También es vital para la industria espacial, donde usan el software para diseñar algunas de las partes más intrincadas de un cohete.

Rebanador

Una vez que se crea un modelo, es hora de «cortarlo». Como las impresoras 3D no pueden conceptualizar el concepto de las tres dimensiones, como los humanos, los ingenieros necesitan cortar el modelo en capas para que la impresora pueda crear el producto final. El software de rebanado toma escaneos de cada capa de un modelo y le dirá a la impresora cómo moverse para recrear esa capa.

Los cortadores también le dicen a las impresoras 3D dónde «rellenar» un modelo. Este relleno le da a un objeto impreso en 3D celosías y columnas internas que ayudan a dar forma y fortalecer el objeto. Una vez que el modelo es cortado, es enviado a la impresora 3D para el proceso de impresión real.

El proceso de impresión en 3D

Cuando el modelado y el corte de un objeto 3D se completa, es hora de que la impresora 3D finalmente tome el control. La impresora actúa generalmente de la misma manera que una impresora de inyección de tinta tradicional en el proceso de impresión directa en 3D, donde una boquilla se mueve de un lado a otro mientras dispensa una cera o un polímero similar al plástico capa por capa, esperando que esa capa se seque, para luego agregar el siguiente nivel.

Esencialmente añade cientos o miles de impresiones 2D una encima de la otra para hacer un objeto tridimensional. Hay una variedad de materiales diferentes que una impresora utiliza para recrear un objeto lo mejor posible. Aquí hay algunos ejemplos:

• Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS): Material plástico que es fácil de moldear y difícil de romper. El mismo material del que están hechos los LEGOs.
• Filamentos de fibra de carbono: La fibra de carbono se utiliza para crear objetos que deben ser fuertes, pero también extremadamente ligeros.
• Filamentos conductores: Estos materiales imprimibles están aún en fase experimental y pueden ser usados para imprimir circuitos eléctricos sin necesidad de cables. Este es un material útil para la tecnología de desgaste.
• Filamentos flexibles: Los filamentos flexibles producen impresiones que son plegables, pero resistentes. Estos materiales pueden ser usados para imprimir cualquier cosa, desde relojes de pulsera hasta cubiertas de teléfonos.
• Filamento de metal: Los filamentos metálicos están hechos de metales finamente molidos y de un pegamento polimérico. Pueden ser de acero, latón, bronce y cobre para obtener el verdadero aspecto de un objeto de metal.
• Filamento de madera: Estos filamentos contienen polvo de madera finamente molido mezclado con un pegamento polimérico. Obviamente se utilizan para imprimir objetos de aspecto de madera, y pueden parecer una madera más clara u oscura dependiendo de la temperatura de la impresora.

El proceso de impresión 3D toma desde unas pocas horas para impresiones realmente simples, como una caja o una pelota, hasta semanas para proyectos detallados mucho más grandes, como una casa de tamaño completo.

También hay diferentes tipos de impresión 3D dependiendo del tamaño, detalle y alcance de un proyecto. Cada tipo diferente de impresora variará ligeramente en la forma en que se imprime un objeto. El modelado de deposición fundida (FDM) es probablemente la forma de impresión 3D más utilizada.

Es increíblemente útil para la fabricación de prototipos y modelos con plástico. La tecnología de estereolitografía (SLA) es un tipo de impresión de prototipos rápidos que se adapta mejor a la impresión de detalles intrincados. La impresora utiliza un láser ultravioleta para crear los objetos en cuestión de horas.

El procesamiento digital de la luz (DLP) es una de las formas más antiguas de impresión en 3D. El DLP utiliza lámparas para producir impresiones a velocidades más altas que la impresión SLA porque las capas se secan en segundos.

EJEMPLOS DE IMPRESIÓN EN 3D

La impresión en 3D ha impregnado casi todos los sectores y ha ofrecido algunos retos de soluciones innovadoras en todo el mundo. Aquí hay algunos ejemplos interesantes de cómo la impresión 3D está cambiando el futuro:

Casas de impresión en 3D

Las organizaciones sin fines de lucro y las ciudades de todo el mundo están recurriendo a la impresión en 3D para resolver la crisis mundial de los sin techo. New Story, una organización sin fines de lucro dedicada a crear mejores condiciones de vida, está imprimiendo hogares en este momento. Usando una impresora de 33 pies de largo, New Story es capaz de producir una casa de 500 pies cuadrados, con paredes, ventanas y dos dormitorios en sólo 24 horas. Hasta ahora, New Story ha creado mini barrios residenciales impresos en 3D en México, Haití, El Salvador y Bolivia, con más de 2.000 casas impresas al 100%.

Alimentos impresos en 3D

La comida impresa en 3D parece algo salido de los Jetsons o demasiado bueno para ser verdad. De hecho, si se puede hacer un puré, se puede imprimir con seguridad. Como algo salido de un programa de ciencia ficción, las impresoras 3D ponen capas de ingredientes de puré real, como pollo y zanahorias, para recrear los alimentos que conocemos y amamos. Los alimentos impresos en 3D son completamente seguros para comer, siempre y cuando la impresora esté completamente limpia y funcione correctamente. Sin embargo, es posible que quieras pedir tu comida por adelantado. Las impresoras de alimentos en 3D siguen siendo relativamente lentas. Por ejemplo, un trozo de chocolate detallado tarda unos 15-20 minutos en imprimirse. Aún así, hemos visto a los impresores hacer todo tipo de cosas, desde hamburguesas hasta pizzas e incluso casas de pan de jengibre, usando esta alucinante tecnología.

Órganos impresos en 3D y prótesis de extremidades

En un futuro próximo, veremos que las impresoras 3D crean órganos de trabajo para los que esperan trasplantes. En lugar del proceso tradicional de donación de órganos, los médicos e ingenieros se están uniendo para desarrollar la siguiente oleada de tecnología médica que puede crear corazones, riñones e hígados desde cero. En este proceso, los órganos se modelan primero en 3D usando las especificaciones exactas del cuerpo del receptor, luego se imprime una combinación de células vivas y gel polimérico (mejor conocido como biotinta) capa por capa para crear un órgano humano vivo. Esta tecnología de vanguardia tiene la capacidad de cambiar la industria médica tal como la conocemos y reducir el número drásticamente alto de pacientes en la lista de espera para la donación de órganos en los EE.UU.

La impresión en 3D también ha sido una gran ayuda para el campo de las prótesis. En lugar de gastar cientos de miles de dólares en una nueva mano, brazo o pierna con las técnicas protésicas tradicionales, las impresoras 3D pueden proporcionar un aspecto similar por tan sólo 50 dólares. Hay que admitir que estas prótesis impresas no son de tan alta calidad como las prótesis profesionales, pero son un excelente sustituto para los niños que son más propensos a romper sus prótesis y crecer con ellas.

Tecnología aeroespacial impresa en 3D

¿El futuro de los viajes espaciales dependerá de los cohetes impresos en 3D? Las compañías, como Relativity Space en California, piensan que sí. La compañía afirma que puede imprimir en 3D un cohete en funcionamiento en sólo unos días y con cien veces menos piezas que un transbordador normal. El primer cohete conceptualizado de la compañía, el Terran 1, está programado para ser lanzado en 2020, y sólo tomará 60 días desde el inicio de la impresión hasta el lanzamiento al espacio.

El cohete se imprimirá a medida utilizando una aleación metálica patentada que maximiza la capacidad de carga y minimiza el tiempo de montaje. La capacidad total de carga útil de este cohete alcanza los 1.750 kg (aproximadamente el peso de un rinoceronte medio). No está mal para algo que salió de una impresora.

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