Junto con la inteligencia artificial, la impresión en tres dimensiones es uno de los avances tecnológicos con mayor proyección. Utilizada en numerosos sectores, con multitud de aplicaciones y unos resultados excelentes, la tecnología en 3D se ha convertido en un aliado imprescindible en numerosos sectores. Antes de su aparición, los prototipos que se necesitaban en muchos sectores se realizaban en materiales como madera, plástico o cartón, siendo un trabajo que requería mucho tiempo de ejecución únicamente para obtener una muestra.
Si, además, era necesario hacer algún cambio o modificación en el prototipo, la dificultad asomaba y el tiempo aumentaba. Sobre todo, si era necesario recurrir a una empresa externa de fabricación. Este aspecto desanimaba a los diseñadores del producto a la hora de hacer mejoras o aceptar cambios. Gracias a la llegada de las nuevas tecnologías, allá por los años ochenta, la idea del prototipado rápido (RP) surgió como solución a este problema. Este sistema permitía desarrollar modelos y prototipos, recurriendo a métodos automatizados, por lo que, en horas o días, en lugar de semanas, se podía contar con el prototipo.
Como extensión lógica y evolucionada de este sistema, contamos en la actualidad con la impresión 3D. Esta tecnología permite que los diseñadores de productos puedan disponer de sus prototipos de forma rápida, utilizando máquinas sofisticadas, muy similares a las impresoras de tinta. La impresión 3D, con su diseño asistido por ordenador (CAD), tiene el objetivo de crear y producir objetos tridimensionales a través de un método de estratificación. Puesto que se trata de un tipo de tecnología, cada vez más utilizada y, actualmente, accesible para todo el mundo, vamos a adentrarnos en el universo de la impresión en tres dimensiones, para conocer con mayor detenimiento en qué consiste y cómo se produce.
Tres dimensiones hacen un objeto
Crear un objeto mediante la impresión en 3D es algo que se hace mediante procesos aditivos. Como nos explican los profesionales de Pyc3d, las posibilidades de la tecnología 3D son de lo más vanguardista, debido a este proceso, consistente en la creación de un objeto, colocando capas sucesivas de material, hasta que queda totalmente formado. Cada una de las capas puede verse como un corte transversal del objeto en cuestión.
En algunas ocasiones, se denomina fabricación aditiva y consiste en estratificar materiales, como plásticos, materiales compuestos o biomateriales, con la finalidad de crear objetos de diferentes formas, tamaños, rigidez y colores. De manera que la impresión 3D proporciona un ahorro considerable en lo relativo a costes de montaje, ya que puede imprimir el producto ya montado. Lo que supone que las empresas pueden experimentar con nuevas ideas y variaciones del diseño, sin que sea necesario invertir demasiado en tiempo y herramientas.
Este tipo de tecnología ha producido un gran impacto en numerosos sectores, como el de la automoción, la sanidad, la industria, la educación o la arquitectura, entre otros.
Las impresoras 3D, mediante el CAD, crean objetos utilizando materiales como el plástico fundido, los metales o incluso polvos. Muy similar a las impresoras de tinta, construye el modelo en tres dimensiones, capa a capa, de abajo a arriba, imprimiendo con repeticiones sobre la misma zona, en lo que se conoce como modelado de deposición fundida o FDM.
Estas impresoras funcionan de forma automática, creando un modelo en un proceso que convierte el dibujo CAD en objeto 3D, sobre muchas capas bidimensionales de sección transversal, lo que viene a ser impresiones en dos dimensiones, colocadas una encima de otra, sin papel en medio. En vez de utilizar tinta, puesto que no se obtendría volumen, la impresora deposita capas de plástico o polvo fundido y las fusiona con adhesivo o luz ultravioleta.
Se trata de unas impresoras de gran flexibilidad a la hora de imprimir objetos. Pueden utilizar plásticos para imprimir materiales rígidos, como pueden ser unas gafas de sol, crear objetos flexibles como las fundas para teléfono, etc. Algunos modelos tienen la capacidad de imprimir con fibra de carbono y polvos metálicos, obteniendo productos de gran resistencia.
Estas propiedades, la flexibilidad y su amplio espectro de objetos a imprimir, hacen que este tipo de impresoras, cada vez, tenga mayor importancia. Dotadas de gran precisión y rapidez, se han convertido en una herramienta con mucho potencial dentro de la producción. En la actualidad, son muchas las impresoras 3D utilizadas en los procesos de prototipado rápido.
La impresión en tres dimensiones es una forma diferente de producir piezas y elementos, en comparación con las tecnologías más tradicionales, como la fabricación sustractiva o mecanizado CNC o la fabricación de modelo por inyección. La tecnología 3D no requiere el uso de herramientas especiales, como las de corte, ya que cada pieza se fabrica de forma directa en una plataforma, capa a capa. Esto implica una serie de ventajas y desventajas, de las que hablaremos más adelante.
El proceso de impresión se inicia con un modelo digital como plano del objeto físico. A continuación, el software de la impresora corta el modelo en finas capas bidimensionales, convirtiendo el conjunto de instrucciones en lenguaje de máquina, de manera que la impresora lo ejecuta.
A partir de este punto, el funcionamiento de la impresora varía en función del proceso. Las de sobremesa funden filamentos de plástico y los depositan en la plataforma de impresión a través de una boquilla, como una pistola de pegamento de gran precisión. Las grandes máquinas industriales utilizan un láser para fundir o sinterizarfinas capas de polvos metálicos o plásticos. Los materiales disponibles varían en función del proceso a seguir. Siendo los plásticos el material más común.
Las piezas que se producen pueden tener diversas propiedades físicas, desde objetos transparentes hasta similares al caucho. En función del tamaño de la pieza y el tipo de impresora, el proceso puede tardar de cuatro a dieciocho horas en completarse. El resultado, son piezas que suelen necesitar algún procesamiento posterior si se quiere obtener el acabado deseado, lo que supone tiempo y esfuerzo adicional.
Pros y contras de la impresión 3D
Si bien es cierto que se trata de una tecnología puntera y con numerosas ventajas en su aplicación, cuenta por igual con algunos puntos negativos que conviene considerar. A su favor, podemos decir que los fabricantes de este tipo de impresoras afirman que son hasta diez veces más rápidas que otros métodos de fabricación, además de cinco veces más económicas, lo que supone numerosas ventajas para aquellos que necesitan disponer de prototipos rápidos en horas.
Aunque se trata de una tecnología cara, sobre todo en el caso de las impresoras de alta gama, suponen una parte de lo que cuestan las máquinas de prototipado rápido más sofisticadas. Son razonablemente pequeñas, seguras, fáciles de usar y fiables, por lo que gozan de gran popularidad, sobre todo en escuelas de arte, diseño o ingeniería.
Por otro lado, los aspectos negativos de la impresión en 3D empiezan con el acabado, inferior al que producen las máquinas de prototipado de alta gama. La elección de los materiales es limitada, los colores pueden ser toscos y la textura puede no ser fiel al acabado previsto de cada producto.
En líneas generales, los modelos impresos con esta tecnología pueden ser mejores que las primeras visualizaciones aproximadas de los nuevos productos. Son varios los sectores que recurren a esta tecnología y la utilizan de forma habitual, considerándola como una herramienta disruptiva en el mundo de la fabricación. Sectores como la automoción y la aeronáutica, por citar un par de ejemplos, han experimentado los beneficios que conlleva esta tecnología, integrándola en sus procesos de producción. La posibilidad de imprimir tanto piezas de repuesto como piezas nuevas y funcionales les hace ahorrar tiempo y dinero. Con el desarrollo imparable de la impresión en metal, estos sectores fabrican piezas robustas y resistentes al calor, con una excelente relación entre resistencia y peso.
La educación y la formación han encontrado en la impresión 3D la solución ideal para dar vida al concepto y permitir que todos manipulen ideas complejas con objetos físicos, permitiendo que los estudiantes impriman piezas mecánicas, maquetas, arte o prototipos. Sin olvidarnos de cómo la impresión 3D tiene capacidad de producir casas y edificios enteros, lo que supone un logro de lo más relevante para esta tecnología. Del mismo modo que ha tenido un impacto de lo más significativo en la medicina, donde permite producir prótesis para colocar en una operación u órganos, como el corazón, que permite a los cirujanos estudiar las opciones.
Otros sectores como la fabricación de instrumentos musicales o la alimentación sacan provecho de la tecnología de impresión en tres dimensiones. Razón por la que las empresas invierten cada año más parte de su presupuesto en la implementación de esta tecnología con gran proyección de futuro. Desde la I+D hasta la producción y las herramientas, la impresión en tres dimensiones juega un papel de gran relevancia dentro del contexto de la fabricación.
El futuro de la fabricación aditiva promete, puesto que se trata de la mejor técnica de creación de prototipos y de producción actual. Si bien es cierto que la producción masiva y en serie debe mejorar, es muy posible que, en un futuro cercano, esta se realice con máquinas de impresión en tres dimensiones
