¿Qué son y cómo funcionan las impresoras 3D?

Incluso los mejores artistas luchan por mostrarnos cómo son los objetos del mundo real en toda su gloria tridimensional (3D). La mayoría de las veces eso no importa, mirar una foto o un boceto nos da una buena idea. Pero si estás en el negocio de desarrollar nuevos productos y necesitas mostrarlos a tus clientes, no hay nada mejor que tener un prototipo: un modelo que puedas tocar, sostener y sentir.

El único problema es que los modelos tardan siglos en hacerse a mano y las máquinas que pueden hacer “prototipos rápidos” cuestan una fortuna (hasta medio millón de dólares). Hurra, entonces por las impresoras 3D, que funcionan un poco como las impresoras de inyección de tinta y construyen modelos 3D capa por capa a una velocidad hasta 10 veces superior y a una quinta parte del coste. ¿Cómo funcionan las impresoras 3D? ¡Echemos un vistazo más de cerca!

Desde prototipos hechos a mano hasta prototipos rápidos

Antes de que existieran el diseño asistido por ordenador (CAD) y los láseres, los modelos y prototipos se tallaban laboriosamente en madera o se pegaban con pequeños trozos de cartón o plástico. Pueden tardar días o incluso semanas en hacerse efectivos y normalmente cuestan una fortuna.

Conseguir que se hicieran cambios o alteraciones era difícil y requería mucho tiempo, especialmente si se utilizaba una empresa externa de fabricación de modelos, lo que podría disuadir a los diseñadores de realizar mejoras o de aceptar comentarios de último momento: “¡Es demasiado tarde!”

Con la llegada de una mejor tecnología, una idea llamada Rapid Prototyping (RP) surgió durante la década de 1980 como solución a este problema: significa desarrollar modelos y prototipos mediante métodos más automatizados, generalmente en horas o días en lugar de las semanas que solía tardar el prototipado tradicional.

La impresión en 3D es una extensión lógica de esta idea en la que los diseñadores de producto realizan sus propios prototipos rápidos, en horas, utilizando sofisticadas máquinas similares a las impresoras de inyección de tinta.

como funciona una impresora 3D

¿Cómo funciona una impresora 3D?

Imagínate construir un prototipo convencional de madera de un coche. Comenzarías con un bloque de madera maciza y tallarías hacia adentro, como un escultor, revelando gradualmente el objeto “escondido” en su interior. O si quisieras hacer la maqueta de una casa de arquitecto, la construirías como una casa real, prefabricada, probablemente cortando réplicas en miniatura de las paredes de cartón y pegándolas entre sí.

Ahora un láser puede tallar fácilmente madera en su forma y no es imposible entrenar a un robot para que pegue cartón, pero las impresoras 3D no funcionan de ninguna de estas maneras.

Una impresora 3D típica es muy parecida a una impresora de inyección de tinta operada desde un ordenador. Construye un modelo 3D una capa a la vez, de abajo hacia arriba, imprimiendo repetidamente sobre la misma área en un método conocido como modelado deposicional fundido.

Trabajando de forma totalmente automática, la impresora crea un modelo a lo largo de un período de horas convirtiendo un dibujo CAD en 3D en un montón de capas bidimensionales y transversales, separando de forma efectiva las impresiones en 2D que se asientan una encima de otra, pero sin el papel entre ellas.

En lugar de utilizar tinta, que nunca acumularía mucho volumen, la impresora deposita capas de plástico fundido o polvo y las fusiona (y a la estructura existente) con adhesivo o luz ultravioleta.

Ventajas y desventajas

Los fabricantes de impresoras 3D afirman que son hasta 10 veces más rápidos que otros métodos y 5 veces más baratos, por lo que ofrecen grandes ventajas para las personas que necesitan prototipos rápidos en horas en lugar de días. Aunque las impresoras 3D de gama alta siguen siendo caras (normalmente entre 25.000 y 50.000 dólares), son una fracción del coste de las máquinas RP más sofisticadas (que cuestan entre 100.000 y 500.000 dólares), y también hay disponibles máquinas mucho más baratas (se puede comprar un kit de impresora Tronxy 3D por unos 100-200 dólares).

También son razonablemente pequeños, seguros, fáciles de usar y confiables (características que los han hecho cada vez más populares en lugares como escuelas de diseño/ingeniería).

Por otro lado, el acabado de los modelos que producen suele ser inferior al de las máquinas RP de gama alta. La elección de los materiales a menudo se limita a uno o dos, los colores pueden ser crudos, y la textura puede no reflejar muy bien el acabado deseado del producto.

En general, los modelos impresos en 3D pueden ser mejores para la visualización temprana y aproximada de nuevos productos; se pueden utilizar máquinas de RP más sofisticadas más adelante en el proceso, cuando los diseños están más cerca de su finalización y cosas como la textura exacta de la superficie son más importantes.

funcionamiento de impresora 3d en medicina

¿Qué aplicaciones tiene?

¿Para qué se puede utilizar una impresora 3D? Es como preguntar: “¿De cuántas maneras puedes usar una fotocopiadora?” En teoría, el único límite es tu imaginación. En la práctica, los límites son la precisión del modelo desde el que se imprime, la precisión de la impresora y los materiales con los que se imprime.

La impresión 3D moderna se inventó hace unos 25 años, pero sólo ha empezado a despegar en la última década. Gran parte de la tecnología es todavía relativamente nueva; aún así, la gama de usos para la impresión en 3D es bastante sorprendente.

Medicina

La vida es un viaje de un solo sentido; los seres humanos falibles y envejecientes con sus cuerpos arrugados y desmoronados ven naturalmente grandes promesas en una tecnología que tiene el potencial de crear partes y tejidos corporales de reemplazo. Es por eso que los médicos fueron de los primeros en explorar la impresión en 3D.

Ya hemos visto orejas impresas en 3D (de la compañía india Novabeans), brazos y piernas (de Limbitless Solutions, Biomechanical Robotics Group y Bespoke) y músculos (de la Universidad de Cornell).

Las impresoras 3D también se han utilizado para producir tejido artificial (Organovo), células (Samsara Sciences) y piel (en una asociación entre el gigante de la cosmética L’Oreal y Organovo). Aunque estamos muy lejos de tener órganos de reemplazo impresos en 3D (como corazones e hígados), las cosas se están moviendo rápidamente en esa dirección.

Un proyecto, conocido como Body on a Chip, dirigido por el Wake Forest Institute for Regenerative Medicine de Carolina del Norte, imprime corazones, pulmones y vasos sanguíneos humanos en miniatura, los coloca en un microchip y los analiza con un tipo de sangre artificial.

Aeroespacial y defensa

Diseñar y probar aviones es un negocio complejo y costoso: ¡un Boeing Dreamliner tiene alrededor de 2,3 millones de componentes en su interior! Aunque los modelos computarizados pueden ser usados para probar bastantes aspectos de cómo se comportan los aviones, todavía hay que hacer prototipos precisos para cosas como las pruebas en túneles de viento. Y la impresión en 3D es una forma sencilla y eficaz de hacerlo.

Mientras que los aviones comerciales se construyen en cantidad, es más probable que los aviones militares sean altamente personalizados, y la impresión en 3D permite diseñar, probar y fabricar piezas de bajo volumen o piezas únicas de forma rápida y rentable.

Visualización

Hacer prototipos de aviones o cohetes espaciales es un ejemplo de un uso mucho más amplio para la impresión en 3D: visualizar cómo se verán los nuevos diseños en tres dimensiones. Podemos usar cosas como la realidad virtual para eso, por supuesto, pero la gente a menudo prefiere cosas que pueden ver y tocar. Cada vez más, las impresoras 3D se utilizan para un modelado arquitectónico rápido y preciso.

Aunque (todavía) no podemos imprimir en 3D en materiales como el ladrillo y el hormigón, hay una amplia gama de plásticos disponibles y se pueden pintar para que parezcan acabados de construcción realistas. Del mismo modo, la impresión en 3D también se utiliza ahora ampliamente para la creación de prototipos y pruebas de productos industriales y de consumo.

Dado que muchas cosas cotidianas se moldean de plástico, un modelo impreso en 3D puede tener un aspecto muy similar al producto acabado, perfecto para pruebas de grupos de enfoque o estudios de mercado.

Productos personalizados

Desde cepillos de dientes de plástico hasta envoltorios de caramelos, la vida moderna está aquí -hoy, se ha ido- mañana -conveniente, barata y desechable. Sin embargo, no todo el mundo aprecia la producción en masa, que es la razón por la que las costosas “marcas de diseño” son tan populares. En el futuro, más de nosotros vamos a poder disfrutar de los beneficios de productos asequibles, altamente personalizados y hechos a la medida de nuestras especificaciones exactas.

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