¿Qué es la impresión 3D?
La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, es un método para crear un objeto tridimensional capa por capa utilizando un diseño creado por computadora.
La impresión 3D es un proceso aditivo mediante el cual se acumulan capas de material para crear una pieza 3D. Esto es lo opuesto a los procesos de fabricación sustractiva, donde un diseño final se corta a partir de un bloque de material más grande. Como resultado, la impresión 3D genera menos desperdicio de material.
¿Qué materiales se pueden utilizar en la impresión 3D?
Existe una variedad de materiales de impresión 3D, incluidos termoplásticos como acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) metales (incluidos polvos) resinas y cerámicas. En los últimos años se ha estado innovando en la creación de alimentos con impresoras 3D.
Historia de la impresión 3D
¿Quién inventó la impresión 3D?
El primer equipo de fabricación de impresión 3D fue desarrollado por Hideo Kodama, un ingeniero japonés diseñador de automóviles del Instituto Municipal de Investigación Industrial de Nagoya, Japón. En 1981 inició el trámite para la solicitud de patente para un «dispositivo de prototipado rápido». Hasta donde sabemos, el Dr. Kodama fue la primera persona en solicitar una patente en la que se describía el sistema de curado de resina mediante rayo láser. Lamentablemente, la solicitud del científico japonés nunca se aprobó, ya que, debido a problemas de financiación, no pudo completar el proceso en el plazo establecido de un año.
¿Cuándo se inventó la impresión 3D?
Sobre la base del trabajo de Ralf Baker en la década de 1920 para la fabricación de artículos decorativos (patente US423647A), el primer trabajo de Hideo Kodama en la creación rápida de prototipos de resina curada con láser se completó en 1981. Su invención se amplió durante las siguientes tres décadas, con la introducción de la estereolitografía en 1984. Chuck Hull de 3D Systems inventó la primera impresora 3D en 1987, que utilizaba el proceso de estereolitografía. A esto le siguieron desarrollos como la sinterización selectiva por láser y la fusión selectiva por láser, entre otros. Otros costosos sistemas de impresión 3D se desarrollaron en las décadas de 1990 y 2000, aunque el costo de estos se redujo drásticamente cuando las patentes expiraron en 2009, lo que abrió la tecnología a más usuarios.
¿Qué tipos de tecnologías existen para la impresión en 3D?
Hay tres tipos de tecnología de impresión 3D: sinterización, fusión y estereolitografía.
La sinterización es una tecnología en la que el material se calienta, pero no hasta el punto de fusión, para crear elementos de alta resolución. El polvo metálico se utiliza para la sinterización láser directa de metales, mientras que los polvos termoplásticos se utilizan para la sinterización láser selectiva.
Los métodos de fusión de la impresión 3D incluyen la fusión en lecho de polvo, la fusión por haz de electrones y la deposición directa de energía; estos utilizan láseres, arcos eléctricos o haces de electrones para imprimir objetos fundiendo los materiales a altas temperaturas.
La estereolitografía utiliza fotopolimerización para crear piezas. Esta tecnología utiliza la fuente de luz correcta para interactuar con el material de manera selectiva para curar y solidificar una sección transversal del objeto en capas delgadas.
Ventajas y desventajas de la impresión 3D
Las ventajas de la impresión 3D
Creación a medida y rentable de geometrías complejas:
Esta tecnología permite la creación sencilla de piezas geométricas a medida donde la complejidad adicional se obtiene sin costo adicional. En algunos casos, la impresión 3D es más barata que los métodos de producción sustractivos, ya que no se utiliza material adicional.
Costos de puesta en marcha asequibles:
Dado que no se requieren moldes, los costos asociados con este proceso de fabricación son relativamente bajos. El costo de una pieza está directamente relacionado con la cantidad de material utilizado, el tiempo necesario para construir la pieza y cualquier procesamiento posterior que pueda ser necesario.
Totalmente personalizable:
Debido a que el proceso se basa en diseños asistidos por computadora (CAD), cualquier alteración del producto es fácil de realizar sin afectar el costo de fabricación.
Ideal para la creación rápida de prototipos:
Debido a que la tecnología permite lotes pequeños y producción interna, este proceso es ideal para la creación de prototipos, lo que significa que los productos se pueden crear más rápido que con las técnicas de fabricación más tradicionales y sin depender de cadenas de suministro externas.
Permite la creación de piezas con propiedades específicas:
Aunque los plásticos y los metales son los materiales más utilizados en la impresión 3D, también existe la posibilidad de crear piezas a partir de materiales especialmente diseñados con las propiedades deseadas. Así, por ejemplo, se pueden crear piezas con alta resistencia al calor, repelencia al agua o resistencias más altas para aplicaciones específicas.
Las desventajas de la impresión 3D incluyen:
Puede tener una resistencia menor que con la fabricación tradicional:
Si bien algunas piezas, como las de metal, tienen excelentes propiedades mecánicas, muchas otras piezas impresas en 3D son más frágiles que las creadas mediante técnicas de fabricación tradicionales. Esto se debe a que las piezas se construyen capa por capa, lo que reduce la resistencia entre un 10 y un 50%.
Mayor costo a gran volumen:
Las grandes tiradas de producción son más caras con la impresión 3D, ya que las economías de escala no afectan este proceso como lo hacen con otros métodos tradicionales. Las estimaciones sugieren que al hacer una comparación directa de piezas idénticas, la impresión 3D es menos rentable que el mecanizado CNC o el moldeo por inyección en exceso de 100 unidades, siempre que las piezas se puedan fabricar por medios convencionales.
Limitaciones de precisión:
La precisión de una pieza impresa depende del tipo de máquina y / o proceso utilizado. Algunas impresoras de escritorio tienen tolerancias más bajas que otras impresoras, lo que significa que las piezas finales pueden diferir ligeramente de los diseños. Si bien esto se puede solucionar con el posprocesamiento, debe tenerse en cuenta que las piezas impresas en 3D pueden no siempre ser exactas.
Requisitos de posprocesamiento:
La mayoría de las piezas impresas en 3D requieren algún tipo de posprocesamiento. Esto puede ser lijado o alisado para crear un acabado requerido, la remoción de puntales de soporte que permiten que los materiales se acumulen en la forma designada, tratamiento térmico para lograr propiedades específicas del material o mecanizado final.
Cómo podrían cambiar el mundo las impresoras 3D
Las impresoras 3D se utilizan par ala construcción de viviendas por ejemplo y además de rapidez y necesidad de menos personal que con la construcción tradicional. Reduce costos y tiempos de proceso. Con este ejemplo nos damos cuenta que el avance de esta tecnología podría producir cambios en el empleo, las profesiones tradicionales como ingenieros civiles y arquitectos. Por otro lado los costos de casas más baratas podría hacer que se construyan barrios enteros a muy bajo precio. En diseño industrial se fabrican piezas de todo tipo a través de esta tecnología, que revoluciona las fábricas tal y como las conocíamos, creando lo que conocemos como Industria 4.0.