Para muchos de nosotros las impresoras 3D resultan una novedad y hasta cierto punto una cuestión futurista. La verdad es que este dispositivo está cumpliendo 30 años de su invención y en los últimos tiempos está adquiriendo cada vez más relevancia en nuestras vidas y en muy poco tiempo, con un enorme desarrollo actual de materiales, hardware y de software, la veremos más presente a nuestro alrededor, con un futuro brillante para esta tecnología.
¿Qué son las impresoras 3D?
Todos conocemos y hemos utilizado una impresora de inyección de tinta o láser convencional, mismas que trabajan en dos dimensiones, pero de las impresoras tridimensionales pocos las han probado y en muchos casos ni se conocen o se ven como algo lejano a pesar de su enorme desarrollo y expansión.
En realidad las impresoras tridimensionales no distan mucho de las impresoras de dos dimensiones y los ploters. En ambos casos se trata de dispositivos con un cabezal que cuenta con tinta o una herramienta de dibujo que se mueve en un sólo eje formando puntos o líneas, mientras que el propio cabezal o el papel se va moviendo en otro eje permitiendo formar imágenes en dos dimensiones.
Las impresoras tridimensionales, como su mismo nombre lo indica, forman una tercera dimensión que permite dar volumen a los “dibujos”, basta con tener un modelo 3D de un objeto y un software adecuado que lo divida en capas que se irán imprimiendo una encima de otra como en una impresora convencional. La diferencia es que en lugar de imprimir tinta sobre papel, lo que hace es depositar un material fundido capa por capa, el cual se va enfriando o endureciendo según el diseño, hasta formar la pieza diseñada.
Existen muchos sistemas y dependiendo de la tecnología utilizada se trabajará con un material u otro, tendrá más resolución, será más rápida, permitirá usar colores, etc., pero en general todos estos métodos suelen ser aditivos, es decir, van añadiendo material para formar el objeto, a diferencia de los métodos sustractivos, en los que a partir de un material en bruto se le va dando forma eliminando material con herramientas.
¿Cuáles son los alcances de las impresoras 3D?
En el punto anterior vimos que se pueden formar objetos a través de la impresión tridimensional, pero, ¿qué supone eso realmente y para qué sirve? Podríamos pensar que sólo se trata de una forma cómoda o barata de desarrollar objetos personalizados, pero sería algo muy limitativo y nada más lejos de la realidad.
En la industria se está usando cada vez más en el desarrollo de prototipos de forma mucho más rápida, su evolución está permitiendo que los plazos de producción se acorten, ya que permiten introducir cambios y mejoras en diseño y moldes de forma sencilla y sin incurrir en laboriosos y costosos sistemas de producción, incluso el uso de impresoras 3D ha permitido pensar en muchos proyectos que de otra forma serían inviables.
Con las impresoras 3D se están creando modelos de estructuras y mecanismos complejos, difíciles de mecanizar y producir con técnicas 
convencionales, lo que está facilitando estudios y desarrollos novedosos, tanto en arquitectura como en ingeniería. Como ejemplos podemos ver los progresos de numerosos Fab Lab en varias universidades de todo el mundo, con proyectos tan ambiciosos como “Contour Crafting” desarrollado en University of Southern California, que es un sistema de construcción capa por capa para la fabricación de casas, e incluso de colonias de casas en horas.
Sin embargo, a pesar de que la creación de prototipos y estudios es su punto fuerte, la fabricación en masa es, en muchos casos, inviable, ya que la velocidad de impresión de los sistemas actuales no puede competir con la rapidez de los métodos actuales, además de que las empresas de fabricación necesitarían una adaptación imposible de llevar a cabo.
Empresas internacionales de calzado deportivo han utilizado la impresión tridimensional para desarrollar calzado totalmente personalizado para atletas profesionales, e incluso diseñadores de moda han hecho uso de las mismas en la creación de prendas de ropa con diseños imposibles de fabricar a mano debido a su enorme complejidad.
También están surgiendo usos en el mundo de la salud que abren un mundo de esperanzas a enfermos y discapacitados , como las prótesis de bajo costo y diseño libre de organizaciones como Robohand, que ponen de manifiesto que las prótesis comerciales están en muchos casos excesivamente sobrevaloradas. También está el caso de la bioimpresión de tejidos, en la que China lleva la delantera, con ejemplos como la bio impresora 3D Regenovo, de la Universidad Hangzhou Dianzi, capaz de crear en una hora el cartílago de una oreja. En Europa también se tienen otros ejemplos, como el implante de una mandíbula personalizada de titanio a una mujer de 83 años, creada por el Instituto de Investigación Biomédica de la Universidad Hasselt en Bélgca.
A nivel de usuario directo de las impresoras 3D, se pueden crear objetos propios de forma sencilla y sin necesidad de utilizar herramientas complejas, con la ventaja de poder copiar y modificar dichos objetos fácilmente y sin esfuerzo, además de poder sustituir en un momento dado piezas de productos comerciales, bien sea para reparar o mejorar, cuyos repuestos en muchas ocasiones o son tremendamente caros o ni siquiera están a la venta. La impresión tridimensional combate por tanto la obsolescencia programada.
Los orígenes de la impresión tridimensional
¿Es la impresión tridimensional algo reciente? Aunque su enorme presencia actual nos podría hacer pensar que sí, realmente, tal como la conocemos hoy en día nació en 1984, año en que Chuck Hull creó la primera impresora tridimensional, para poco después, en 1986, fundar la empresa 3D Systems en California y desarrollar la primera impresora tridimensional comercial, basada en la estereolitografía (SLA), que en 1988 puso a la venta al público la primera impresora 3D (SLA-250) y que actualmente es una de las principales empresas que desarrolla sistemas comerciales.
La SLA usa como material base un polímero líquido que se cura y endurece con la luz ultravioleta, de forma que una bandeja sumergida en un recipiente con dicha resina va bajando conforme un haz de luz ultravioleta va creando cada capa del objeto. En ese 1988 aparecieron otras dos técnicas innovadoras, la primera, el modelado por deposición fundida (FDM), que consiste en un cabezal con un inyector caliente por el que pasa un filamento de plástico o metal que se funde, permitiendo depositarlo capa a capa en las posiciones requeridas para formar el objeto. Fue desarrollado por Scott Crump, que fundó en 1989 Stratasys, otra de las grandes empresas dedicadas a la impresión 3D hoy en día.
La segunda técnica fue el sinterizado por láser selectivo (SLS), que usa recipientes rellenos con polvo de metal, cerámica, vidrio o plástico, por los que luego pasa un láser de alta intensidad, fundiendo puntos concretos para ir formando un objeto capa a capa. El SLS fue creado por los doctores Carl Deckard y Joe Beaman de la Universidad de Texas, y que posteriormente fundaron la compañía DTM, otra de las empresas pioneras en la impresión 3D, que finalmente en 2001 fue adquirida por 3D Systems.
En 1993 el MIT patentó su tecnología sobre técnicas de impresión tridimensional (3DP), muy parecida a la de las impresoras convencionales de tinta, donde el material base es yeso u otro polvo similar, que un cabezal va depositando junto con tintas de colores y un pegamento, creando objetos tridimensionales a color. La licencia exclusiva la obtuvo en 1995 la empresa Z Corporation, convirtiéndose en su fabricante y distribuidor a nivel mundial.
Fue en 1996, con la llegada de los principales representantes de cada una de estas tecnologías, cuando se consolidó el término impresora tridimensional. 3D Systems sacó al mercado la Actua 2100, Stratasys la Genisys y Z Corporation la Z402.
Todas estas técnicas e impresoras manejaban materiales relativamente poco resistentes, como plásticos, polímeros o yeso, pero en Alemania paralelamente se desarrollaban otras tecnologías de que tenían como objetivo el uso de metales y aleaciones metálicas, surgiendo así el “Fundido láser selectivo” (SLM) cuyo desarrollo comenzó en el Fraunhofer Institute for Laser Thechnology ILT en Aachen, de donde surgieron las empresas alemanas SLM Solutions y Realizer. También apareció el sinterizado láser de metal directo (DMLS) de la empresa alemana Electro Optical Systems. Existen otras técnicas más de impresión 3D de metales, así como varias empresas que han ido desarrollando mejoras e innovaciones, cuya importancia se centra en el sector industrial.
En 2005 aparece la primera impresora 3D de alta resolución y a todo color, la Spectrum Z510 de Z Corporation, con la que se reafirma su uso para el desarrollo no sólo de prototipos, sino también de piezas finales personalizadas, ampliando su campo tanto para empresas, como para profesionales y consumidores finales. Con ello comenzó el uso de la impresión con fines artísticos, lúdicos y caseros, por los que los servicios de impresión 3D empezaron a desarrollarse aún más debido al aumento de demanda.
La mayor demanda y el deseo de poder controlar aún más la creación de piezas, sin necesidad de usar máquinas pesadas, caras, complicadas y llenas de patentes y regímenes de propiedad, junto con el aumento de la filosofía del software y hardware libres, llevaron a un punto de inflexión, el nacimiento del proyecto RepRap en 2005, cuya finalidad era la creación de una impresora 3D open source que pudiera auto-replicarse, es decir, que pudiera imprimir ella misma las piezas para desarrollar otra impresora igual o mejor. Su tecnología se basa en una variación de FDM, la fabricación por filamento fundido (FFF).
Todas las impresoras 3D desarrolladas directamente a partir del proyecto RepRap son libres y con licencia GNU GPL. La primera de ellas fue la impresora Darwin, en marzo de 2007, a ésta la siguieron la impresora Mendel en octubre de 2009, y luego la Prusa Mendel y Huxley en 2010, posiblemente los dos modelos de impresoras 3D abiertas más populares.
La importancia del proyecto RepRap en el enorme desarrollo actual es grandísima, por un lado permitió sentar las bases de la gran mayoría de impresoras 3D que existen hoy en día y que siguen apareciendo, y por el otro obligó a que la industria empezara a bajar costos y precios, haciéndolas muchísimo más asequibles ahora que hace unos escasos 8 años. Como ejemplo, las impresoras libres de este tipo rondan precios de entre 300 y más de 1,000 dólares, llegando a superar los 2.000 dólares las versiones propietarias más populares, desarrolladas a partir de las mismas.
El futuro de la impresión 3D
A pesar del tiempo transcurrido, es evidente que aún falta mucho por hacer en la impresión tridimensional y que va a seguir evolucionando durante los próximos años, siendo una de las tecnologías más prometedoras y de mayor expansión que modificará la forma como entendemos la fabricación de objetos.
Daniel Burón de NetMediaEuropa y experto en el tema, considera que para el futuro seguramente veremos su división y especialización de la impresión 3D en tres grandes campos claramente diferenciados:
- Desarrollo industrial. Se seguirá buscando aumentar el volumen de impresión y rapidez, así como su aplicación tanto en materiales estructurales convencionales como en otros alternativos. Habrá una mayor integración entre los sistemas aditivos, sustractivos y de cambio de forma, para un desarrollo más eficaz y con menor gasto de materiales y energía, tanto en la creación de edificios como de maquinaría, vehículos y productos de fabricación masiva, incluyendo dispositivos, ropa y objetos diversos de uso diario. Hará que la personalización sea algo mucho más habitual y probablemente la producción en los próximos años empiece a centrarse más en el usuario, sus necesidades y características individuales, que en la fabricación masiva, permitiendo un crecimiento más sostenible. El valor añadido se centrará no en la cantidad sino en el grado de adecuación al usuario.
Comercial y doméstico. Es el que se nos muestra hoy por hoy cada vez más cercano, su desarrollo como sistemas de creación de objetos en oficinas, talleres y casas particulares. Las impresoras 3D terminarán siendo un periférico tan normal como las impresoras convencionales. En éste ámbito del consumo además tendrán unagran importancia en el reciclaje, haciendo que el plástico y otros elementos de desecho terminen reutilizándose cada vez más directamente por la población.- Biomédico y Alimentario. La impresión 3D está revolucionando poco a poco la industria de lasprótesis e incluso de creación de tejidos y órganos. Las predicciones aseguran que la impresión de órganos funcionales y compatibles será viable en las próximas décadas, haciendo de los trasplantes no sólo una técnica de último recurso, sino algo habitual. Además se tiene el interés por el desarrollo de carne artificial y se están usando ya las impresoras 3D en repostería y creación de alimentos. La combinación y desarrollo conjunto de ambas tecnologías abre la posibilidad de la comida totalmente artificial, con las innumerables y polémicas ventajas y desventajas, que conllevará tanto moralmente como genética y sanitariamente.
Burón considera que con todo esto, muchos consideran la impresión tridimensional como la nueva revolución industrial más allá de la era de la información, pero será la evolución de esta tecnología y su uso por parte de la sociedad el que marque que ocurrirá en las próximas décadas.
Referencias
– Impresión 3D. Wikipedia la enciclopedia libre. http://es.wikipedia.org/wiki/Impresi%C3%B3n_3D
– SLM Solutions GmbH. Company history. http://stage.slm-solutions.com/index.php?history_en
– Todo sobre la impresión 3D. Daniel Burón. NetMwdiaEurope. http://www.siliconweek.es/knowledge-center/impresion-tridimensional-llefa-el-futuro-de-los-sistemas-de-produccion-49043
– Contour Crafting. Robotic Construction System. USC University Southern California. http://www.contourcrafting.org
– RoboHand. ROBOHAND – Just a South African Guy with an Idea. http://www.robohand.net/press-package/
– RepRapPro. http://www.reprappro.com/
– RepRap. Wikipedia. http://reprap.org/wiki/RepRap
– RepRap Family Tree. Wikipedia. http://reprap.org/wiki/RepRap_Family_Tree
– Iris Van Herpen. Fashion 3D printing. http://www.irisvanherpen.com/home
– Cerebro Digital. Ciencia. Bio-Impresión. La Impresión 3D de Órganos Humanos. http://cerebrodigital.org/impresion-3d-de-organos/
– 3D Printing Industry. News. Medical & Dental. Research. Regenovo is China’s Organovo. Nancy Fumero. http://3dprintingindustry.com/2014/01/17/regenovo-chinas-organovo/
