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Qué es la tecnología de impresión 3D - Cómo funciona, aplicaciones y obstáculos


¿Necesita una nueva articulación del hombro, una pistola o esa pequeña parte pequeña que cabe dentro del juguete de su hijo? Las impresoras 3D tienen el potencial de cambiar nuestras vidas y hacer de cada persona un inventor, un escultor o un chef.

Estas impresoras revolucionarias son cada vez más visibles en nuestra vida cotidiana:

  • Armas . En 2013, el autodenominado "criptoanarquista" Cody Wilson diseñó, creó e imprimió una pistola de plástico a través de la tecnología de impresión 3D. Cody disparó un tiro y distribuyó los archivos CAD para el arma a través de Internet. Hubo más de 100.000 descargas antes de que el gobierno de EE. UU. Cerrara el sitio. En mayo de 2014, Yoshitomo Imura fue arrestado en Japón por posesión de cinco pistolas impresas en 3D.
  • Cosméticos . En la feria TechCrunch Disrupt de la ciudad de Nueva York en mayo de 2014, la graduada de MBA de Harvard Grace Choi demostró la impresora 3D Mink, que cuesta menos de $ 200 y combina tinta aprobada por la FDA con una variedad de sustratos para crear cualquier tipo de maquillaje, desde polvos. a crema, a lápiz labial. Según Choi, "las grandes compañías de maquillaje toman el pigmento y los sustratos, los mezclan y luego aumentan el precio. Hacemos lo mismo y le permitimos maquillarse en su propia casa ".
  • Partes del cuerpo Según un informe de 2013 de la revista TIME, las impresoras 3D ya están diseñando partes del cuerpo como orejas y narices de las células del cuerpo. Al principio de la etapa, la tecnología es prometedora para la cirugía estética y plástica.
  • Comida El Instituto de Tecnología de Massachusetts ha desarrollado una impresora 3D para alimentos llamada "Cornucopia", y el French Culinary Institute ha estado utilizando el FabatHome desarrollado por Cornell para la preparación de alimentos. Quizás los replicadores de alimentos de la era espacial representados en "Star Trek" no sean tan lejanos en el futuro como podríamos pensar.
  • Forense y Arqueología . En el programa de televisión "CSI: Nueva York", la impresión 3D se utiliza para replicar una bala dentro de un cuerpo para evitar la cirugía. Los arqueólogos pueden replicar artefactos frágiles para estudiar sin dañar los objetos inestimables originales. Por ejemplo, los visitantes de Discovery Time Square King Tut Exposition pudieron ver una réplica casi idéntica impresa en 3D de la momia por la empresa Materialise.

Michelangelo una vez explicó que cada bloque de piedra tiene una estatua, y es tarea de la escultura descubrirlo. Una vez que el artista entiende la imagen tridimensional que busca, su tarea consiste en eliminar cuidadosamente el material extraño para revelar la estructura oculta. Si Miguel Ángel hubiera podido utilizar una impresora 3D, su proceso creativo habría sido exactamente el contrario: comenzar con nada y crear gradualmente su imagen mental añadiendo sustancia hasta que la forma que buscaba estuviera completa.

Cómo funciona la impresión 3D

El término "impresión 3D" es un nombre inapropiado, ya que hay poca similitud con la impresión bidimensional mediante la cual se aplica tinta al papel. Sin embargo, el proceso es similar a la impresión ya que el resultado es la acumulación de diferentes capas de materiales colocadas secuencialmente en diferentes formas para crear un objeto tridimensional sólido. Una descripción más precisa sería la "fabricación aditiva", un método diferente de creación que la fabricación tradicional, que se basa en la eliminación de material sólido de una masa no formada más grande.

El proceso comienza con un diseño asistido por computadora (CAD) o un escáner 3D para traducir un modelo en mediciones tridimensionales digitales. Utilizando el material seleccionado (líquido, polvo, papel o material en láminas), varias capas finas se colocan y fusionan mediante calentamiento, curado, centrado, laminado o fotopolimerización para formar un solo objeto unificado.

La tecnología de impresión 3D ha evolucionado en el último siglo tercero; un informe de 2014 de Patent Insight Pro enumeró aproximadamente 2.635 patentes relacionadas con la tecnología de impresión 3D que se emitieron desde principios de los años setenta. Si bien cada patente puede ser específica con respecto a sus afirmaciones y justificaciones para garantizar la emisión de una patente, generalmente se pueden categorizar en función de lo siguiente:

  • Proceso de tecnología identificado . En la actualidad, hay 33 procesos diferentes utilizados en la impresión 3D, que van desde el modelado por deposición fundida (FDM), un proceso de calentamiento de materiales termoplásticos a un estado semilíquido, luego extrusión capa por capa a lo largo de un camino controlado por computadora, hasta la estereolitografía, una proceso donde un láser ultravioleta endurece una capa de fotopolímero líquido cuando se eleva o baja mediante una plataforma sumergida en un tanque de polímero líquido similar a la aplicación de una capa tras otra de pintura hasta que las capas múltiples dan como resultado la pieza terminada.
  • Materiales especificados en la Patente . Hasta ahora, las patentes emitidas cubren 45 materiales diferentes, incluyendo cerámica, arcilla, paladio, papel, caucho, plata, titanio y cera.
  • Uso o aplicación . En el último recuento, hubo al menos 22 aplicaciones comerciales de impresión 3D, incluidas las industrias de construcción, defensa y alimentos.

Estado de la industria de impresión 3D

Muchos observadores de la industria afirman que la falta de penetración en los mercados masivos hasta la fecha se ha debido a las extensas patentes de diferentes compañías y la probabilidad de demandas por propiedad intelectual. En pocas palabras, las empresas no han gastado los recursos para explotar la tecnología porque temen ser demandadas.

Esta barrera a la competencia ha mantenido a los nuevos participantes fuera del mercado y los precios altos; Demasiado alto, de hecho, para soportar aplicaciones de consumo de mercado masivo. Dado que muchas de las patentes que cubren tecnología básica expiraron en 2013 y más expirarán en 2014 y 2015, es probable que haya una explosión de nuevos productos y una reducción en los precios de los equipos similares a las disminuciones en otros equipos electrónicos como televisores, computadoras y teléfonos móviles. Los precios más bajos brindarán acceso a los consumidores de manera amplia por primera vez.

Según Pete Basiliere, el destacado analista Gartner de la impresión 3D, una atractiva aplicación para consumidores -algo que solo puede ser creado en casa por una impresora 3D- aparecerá en 2016 y tendrá un impacto similar en impresoras 3D como la hoja de cálculo para PC o Además de una cámara para un teléfono móvil. Un informe de Gridlogics Technologies proyecta que la tecnología se convertirá en un elemento de mercado masivo porque permitirá a los consumidores reemplazar o crear objetos domésticos comunes que ahora se producen con métodos de fabricación tradicionales e incluyen los costos asociados de marketing, logística y mantenimiento de inventario. Charles W. Hull, el creador de la primera impresora 3D a mediados de la década de 1980 y cofundador y director de tecnología de 3D Systems, predice que la industria será de 4.500 millones de dólares a finales de esta década.

Aplicaciones de la impresión 3D

Los usos futuros de la impresión 3D aún se están descubriendo. Las siguientes son solo algunas de las aplicaciones actuales actualmente en curso que probablemente sean de uso general primero.

1. Médico
Según CNN, los investigadores ya están utilizando impresoras 3D para imprimir pequeñas tiras de tejido orgánico (bioimpresión), así como apéndices faciales (orejas y narices). Los órganos impresos, como el riñón o el hígado, la próxima etapa en la evolución de la tecnología, podrían usarse inicialmente para las pruebas de drogas y vacunas y, en última instancia, producir órganos muy necesarios para trasplantes.

Basiliere afirma que "las instalaciones de bioimpresión 3D con la capacidad de imprimir órganos y tejidos humanos avanzarán mucho más rápido que la comprensión general y la aceptación de las ramificaciones de esta tecnología". En respuesta, Mike Titsch, editor en jefe de 3D Printer World afirma: "Muchos avances médicos importantes han sufrido resistencia moral, desde trasplantes de órganos hasta células madre. ¿Solo los ricos podrán permitírselo? ¿Estamos jugando a ser Dios? Al final, salvar vidas tiende a superar todas las objeciones ".

2. Extremidades artificiales
Los estudiantes de la Universidad de Washington desarrollaron un brazo protésico para una niña de 13 años que había perdido la extremidad en un accidente de navegación. Aunque no está tan avanzado como otras prótesis, el costo de $ 200 por materiales fue sustancialmente menor al costo de $ 6, 000 de dispositivos similares, un factor que impide la aplicación generalizada en muchas compañías.

Kylie Wicker, de Rockland, Illinois, nació sin dedos en su mano izquierda, recibió un conjunto operativo de dedos impresos en plástico 3D por un costo de $ 5 y diseñado por una clase de ingeniería de la escuela secundaria. Un profesor canadiense está trabajando en un proceso de impresión 3D para hacer prótesis de extremidades que se enviarán a Uganda para las víctimas de sus persistentes guerras civiles.

3. Moda
Fashion ha utilizado la impresión 3D para crear vestidos y accesorios visualmente deslumbrante presentados en las pasarelas de la Semana de la Moda de Nueva York 2013, así como un vestido "humo" único presentado en el Salón Internacional del Automóvil de Frankfurt 2013. El vestido de humo crea automáticamente un velo de humo cada vez que alguien entra en el espacio personal del usuario.

Lady Gaga lució el primer vestido volante del mundo, Volantis, otro vestido impreso en 3D, en el ArtRave 2013. Continuum ofrece el primer bikini listo para usar, completamente impreso en 3D del mundo, el N12, llamado así por el material del que está hecho: Nylon 12.

4. Prototipos y modelos de prueba
Oxfam International, una confederación internacional de 17 organizaciones que trabajan para encontrar formas prácticas e innovadoras para que las personas salgan de la pobreza, se asoció con MyMiniFactory.com para desarrollar diseños innovadores para resolver los problemas de higiene del agua en los países del Tercer Mundo. Los diseños pueden imprimirse, probarse y modificarse rápidamente antes de pasarlos a producción en masa. Si bien todavía es temprano en el proceso, los patrocinadores creen que las pruebas rápidas de nuevos dispositivos y las modificaciones posteriores posibles con la impresión 3D tendrán éxito en proyectos humanitarios como dispositivos de saneamiento de manos para los actuales 2, 4 millones de refugiados sirios que viven en condiciones de hacinamiento e insalubridad.

El inventor italiano Enrico Dini ha desarrollado una impresora 3D, conocida como D-Shape, que une partículas de arena para crear piedra sedimentaria. Se dice que la impresora permite la construcción de un edificio cuatro veces más rápido que los medios convencionales a la mitad del costo. El Urbee, un automóvil híbrido diseñado por Kor Ecologic, es un biplaza que obtiene hasta 200 millas por galón con un costo estimado de alrededor de $ 20, 000, y se fabrica completamente mediante impresión 3D.

5. Uso personal
Las personas podrán imprimir joyas personalizadas, artículos para el hogar, juguetes y herramientas para cualquier tamaño, forma o color que deseen, y también podrán imprimir piezas de repuesto en el hogar, en lugar de ordenarlas y esperar que se entreguen. . Según la firma de investigación Strategy Analytics, la impresión 3D doméstica podría convertirse en una industria de $ 70 mil millones por año para 2030.

Las impresoras 3D para alimentos pueden incluso finalmente resolver el problema de hacer que los niños coman sus vegetales, ya que los padres tendrán la capacidad de moldearlos en todo tipo de formas. Tal vez un niño quisquilloso podría convencerse de comer coles de Bruselas si estuvieran preparadas en forma de dinosaurio.

Obstáculos a la impresión 3D

Si bien la promesa de las impresoras 3D es sustancial, existen obstáculos igualmente importantes que superar antes de que llegue a las expectativas de los defensores de la industria.

1. La falta de impresoras simples y económicas para el consumidor
Las impresoras 3D que se venden por menos de $ 1, 000 tienen una capacidad limitada, pueden ser difíciles de operar, pueden ser poco confiables y pueden requerir ensamblaje manual para su uso. Si bien estos defectos serán eventualmente superados, puede tomar un tiempo de prueba y error considerable antes de que esté disponible un modelo de consumidor asequible.

Un artículo de 2013 en Strategy + Business señala que "independientemente de cuán barata se vuelva una impresora 3D, una planta de fabricación continuará ofreciendo economías de escala en las materias primas para imprimir el artefacto". El artículo también cuestiona si un consumidor usará una impresora 3D. en casa para hacer un tenedor de plástico o pieza de ajedrez si él o ella puede comprarlo en el Walmart local.

2. La falta de materiales adecuados para la impresión
Las impresoras que actualmente están disponibles a precios de consumo ($ 2, 500 y menos) se basan en tecnología de modelado de deposición fundida y plásticos PLA y ABS. Este material no es resistente y tiene una utilidad limitada. Los expertos creen que la próxima generación necesitará utilizar compuestos de carbono y metales si es útil para el consumidor medio.

Un artículo de 2014 en The Telegraph del Reino Unido se burla de los defensores de la nueva tecnología que proclaman futuros tan brillantes, señalando que incluso las impresoras 3D hogareñas exitosas "crean modelos que se ven como si hubieran quedado en el radiador unas horas". El escritor continúa tener en cuenta que aunque está muy bien cargar partes de armas a Internet, pero sin los medios para fabricar metal (una capacidad que las impresoras 3D de consumo todavía no tienen), "es más probable que le quite el brazo que dispararle una bala". "

3. Necesidad de conocimiento del diseño de CAD
Si bien los archivos descargables para diferentes objetos están disponibles en sitios como Thingiverse y Shapeways, generalmente son técnicos y pueden no ser compatibles con todas las impresoras 3D. Debido a la publicidad publicitaria que rodea a las impresoras, pueden representarse como más fáciles de operar que la experiencia de los usuarios reales.

Tom Meeks, colaborador del blog Usuarios de impresoras 3D, señala el paralelismo entre las impresoras 3D y el sistema de cafeteras Keurig y la importancia del diseño del consumidor y la facilidad de uso, señalando que le tomó a Keurig 16 años obtener la aceptación del mercado actual. Y debe reconocerse que hay muchos más bebedores de café que potenciales usuarios de impresoras 3D. Los expertos en marketing creen que las impresoras deben ser tan simples de operar como las impresoras láser o de matriz de puntos convencionales si desean una amplia aceptación.

4. Lento, sucio y potencialmente peligroso
Si bien son perfectos para objetos únicos, complejos o costosos, las impresoras son demasiado lentas para la fabricación en masa. Los materiales utilizados y sus emisiones durante el uso, especialmente los polvos, pueden ser desordenados y potencialmente tóxicos. Finalmente, las impresoras 3D actuales que usan plástico PLA operan a temperaturas muy altas (220 a 230 grados). Si bien estos problemas no son insuperables, tomarán tiempo e inversión para superarlos.

Palabra final

No se sabe si las impresoras 3D tendrán el impacto de la televisión, la computadora o el teléfono móvil como lo esperan sus defensores. A medida que la tecnología evoluciona, las posibilidades y los beneficios son infinitos. Sin duda, es una tecnología que un consumidor astuto conocería y estaría listo para usar a medida que madure y se convierta en un producto de consumo.

¿Qué piensas? ¿Estás interesado en ser dueño de una impresora 3D?


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