La impresión 3D: una revolución en el diseño y fabricación de productos

La impresión 3D es un avance fundamental en la forma en que se diseñan y fabrican los productos. Durante décadas, la impresión 3D se ha utilizado con fines industriales, para producir rápidamente piezas para prototipos antes de utilizar técnicas de fabricación tradicionales. Ahora, con la precisión mejorada de las impresoras 3D, la reducción drástica de los costos de impresoras y materiales, y un aumento sustancial en la durabilidad de las piezas impresas en 3D, muchas industrias están adoptando la impresión 3D como una forma de fabricación justo a tiempo para reducir la complejidad del diseño, los costos de almacenamiento y simplificar las cadenas de suministro.

Resumen ejecutivo

• ¿Qué es la impresión 3D? La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, es un término general para una variedad de tecnologías que permiten la creación de objetos tridimensionales individuales.
• ¿Por qué es importante la impresión 3D? La impresión 3D permite la creación rápida de prototipos de piezas industriales sin los costos de fabricación de un prototipo único. La impresión 3D también puede utilizarse para crear piezas de calidad de producción bajo demanda, reduciendo así la necesidad de almacenes.
• ¿A quién afecta la impresión 3D? Si bien la fabricación aditiva se ha utilizado en entornos industriales durante décadas, la disminución rápida del costo de las impresoras y los diversos tipos de materiales que se pueden utilizar hacen que las impresoras 3D sean una solución económica para los aficionados.
• ¿Cuándo ocurre la impresión 3D? Las impresoras 3D han ganado popularidad desde 2010, a medida que los precios del hardware de impresión han bajado.
• ¿Cómo puedo obtener una impresora 3D? Las impresoras 3D ahora son lo suficientemente comunes como para que los usuarios puedan comprar una en grandes tiendas de electrónica o ferreterías, y se pueden utilizar con computadoras que ejecutan Windows 10, OS X o cualquier distribución de Linux moderna.

La impresión 3D es una tecnología innovadora que está transformando la forma en que se fabrican los productos. Desde la creación rápida de prototipos hasta la fabricación justo a tiempo, la impresión 3D está ayudando a las empresas a ser más eficientes y rentables. Además, está permitiendo a los entusiastas y creadores personalizar y producir sus propios productos. Con el continuo avance de la tecnología de impresión 3D, sin duda veremos más aplicaciones innovadoras en el futuro.

¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D es un término general que se refiere a una variedad de tecnologías de fabricación aditiva introducidas por primera vez en Japón en 1981. Se utilizan diferentes tecnologías de impresión 3D según el tipo de impresora y el material que se está imprimiendo.

La impresión por extrusión, como la modelado por deposición fundida (FDM) o fabricación por fusión de filamentos (FFF), es el tipo de impresora más común, en gran parte debido al bajo costo de hardware de impresión y materiales termoplásticos.

Las impresoras de fotopolímero, que utilizan una resina líquida curada por luz ultravioleta, son cada vez más asequibles para proyectos pequeños y aficionados. Impresoras como LittleRP y mUVe son opciones atractivas y pueden utilizar resina de proveedores externos a un precio reducido. B9Creations es una impresora de fotopolímero de alta precisión que es precisa hasta 30 micrómetros, aunque la mayor precisión conlleva un precio más alto.

La impresión por lecho de polvo permite la impresión de aleaciones de metal, polímeros y otros materiales como yeso y carbonato de calcio. Existen varios tipos de impresoras de lecho de polvo, como impresión por lecho de polvo / cabezal de inyección (3DP), fusión por haz de electrones (EBM), fusión selectiva por láser (SLM) y sinterización láser directa de metal (DMLS).

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Para termoplásticos, hay disponibles impresoras de sinterización selectiva por calor (SHS) y sinterización láser selectiva (SLS). Estos tipos de impresoras son generalmente más raros y se reservan para aplicaciones industriales, con precios de impresoras que comienzan en $50,000 y superan el millón de dólares dependiendo del tipo de impresión, el material utilizado y el área imprimible máxima. Debido al costo de las impresoras que funcionan directamente con metales, es posible que prefiera utilizar impresoras 3D para crear un molde de plástico para la fabricación tradicional de piezas de metal.

¿Por qué es importante la impresión 3D?

Diversas industrias pueden beneficiarse de la mayor velocidad y reducción de costos de la impresión 3D en comparación con los métodos tradicionales de prototipado rápido. Para las empresas de ingeniería, tener la capacidad de crear un objeto utilizando una impresora 3D en el lugar (en lugar de enviar el diseño a una instalación de fabricación, tal vez en un continente diferente) puede acelerar un flujo de trabajo determinado en semanas y ahorrar cantidades sustanciales en tarifas de mensajería. Con la fabricación de prototipos interna, las preocupaciones sobre el robo de propiedad intelectual por parte de una instalación de terceros no existen. Para los diseños finalizados, la impresión 3D en la fabricación puede reducir los costos de almacenamiento al pasar a un modelo de producción justo a tiempo. Esto es especialmente útil para productos de nicho con una baja base instalada.

Volkswagen Autoeuropa estima que la organización ahorró $160,000 en piezas en 2016, al tiempo que redujo el tiempo de ejecución del proyecto del 40% al 90% utilizando impresoras 3D Ultimaker en lugar de proveedores externos para herramientas y accesorios utilizados en la fabricación de automóviles.

Asimismo, la capacidad de producir piezas bajo demanda, como una forma de fabricación justo a tiempo, reduce los gastos generales de la empresa en almacenamiento y fabricación. También reduce las pérdidas de inventario no vendido que se quedan en el almacén, que posteriormente se vende al costo o por debajo de este, si no se descarta por completo.

Para obras creativas como joyería personalizada, las muestras impresas en 3D para diseño y ajuste son demostraciones rápidas y rentables.

¿A quién afecta la impresión 3D?

Además de los usos industriales mencionados anteriormente, la impresión 3D permite a los aficionados crear elementos únicos en sus hogares o espacios de creación local y compartir esos diseños como parte de proyectos más grandes. Los diseñadores pueden compartir sus creaciones en sitios web como Thingiverse. Esto es especialmente útil para proyectos de hardware, como un estante similar a un servidor de cuchillas para unidades Raspberry Pi.

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Para los entusiastas de los automóviles, la impresión 3D es una solución cada vez más popular para piezas de automóviles de repuesto, ya que los stocks de piezas originales pueden agotarse o tener precios significativamente más altos. La naturaleza global del intercambio de diseños, combinada con la velocidad relativa con la que las impresoras 3D pueden producir elementos, es una ventaja significativa en comparación con esperar semanas para que las piezas pedidas desde el extranjero pasen por la aduana. Aparentemente, ningún automóvil o pieza es demasiado oscuro: los usuarios en Thingiverse han compartido diseños de cosas tan pequeñas como botones de llavero de repuesto para un Citroën Xsara Picasso de 2003 y una funda de rodamiento de columna de dirección para el Volkswagen Scirocco original.

La impresión 3D, al permitir la creación rápida y económica de objetos de un solo uso, se ha utilizado con gran éxito en la biotecnología. Los médicos han utilizado impresoras 3D para tratar a niños con traqueobroncomalacia, una afección médica que hace que la tráquea colapse ocasionalmente, impidiendo la respiración normal. Con una férula personalizada diseñada para cambiar de forma y ser absorbida por el cuerpo, los pacientes diagnosticados con esta enfermedad terminal han sido curados. La impresión 3D se ha utilizado en biotecnología veterinaria para crear implantes ortopédicos de rodilla, que solucionan lesiones comunes en los ligamentos de las patas traseras de los perros. Se han desarrollado quioscos que producen ortesis personalizadas impresas en 3D en colaboración entre Go 4-D y HP.

¿Por qué es controvertida la impresión 3D?

La impresión 3D está alcanzando rápidamente el nivel de convertirse en un fenómeno social, de la misma manera que avances tecnológicos anteriores (como los teléfonos inteligentes) lo fueron. El primer teléfono Jolla tenía recursos oficiales para que los usuarios imprimieran sus propias cubiertas de teléfono. Se han concebido varios usos extraños para la impresión 3D. La impresión 3D se ha abierto camino en el mundo del arte, con una versión impresa en 3D de la Mona Lisa producida como parte de un proyecto para que las personas ciegas aprecien pinturas famosas.

La precisión de las impresoras 3D ha llevado a grupos a intentar producir armas impresas en 3D. La primera de ellas, la "Lulz Liberator", fue lanzada por Defense Distributed en mayo de 2013, lo que llevó a una acción legal casi inmediata contra el grupo por parte del Departamento de Estado de EE. UU., que afirmaba que la distribución de los archivos necesarios para producir las armas violaba las Regulaciones Internacionales de Tráfico de Armas (ITAR). Como resultado, los archivos fueron eliminados del sitio web de Defense Distributed. El grupo llegó a un acuerdo en julio de 2018, lo que teóricamente permite al grupo reanudar la distribución de los archivos en disputa, aunque un consorcio de estados ha solicitado una orden de restricción para evitarlo. Defense Distributed estaba distribuyendo los archivos en violación de la orden de restricción al mes siguiente. El futuro de Defense Distributed está en duda tras la renuncia de su fundador, Cody Wilson, en septiembre de 2018, ya que Wilson fue arrestado el mismo mes por cargos de agresión sexual.

En teoría, una de las objeciones principales a las armas impresas en 3D es la dificultad de rastrear el origen de la producción, aunque un grupo de investigadores de la Universidad de Buffalo ha ideado una forma de hacer coincidir los patrones grabados en la superficie de un objeto impreso en 3D con la impresora que lo produjo, de manera similar a las variaciones de fabricación en papel e impresoras tradicionales que permiten "identificar" documentos falsificados.

A medida que las impresoras conectadas a Internet se vuelven más comunes, las prácticas de seguridad de los diseños de impresoras 3D, entre otros sistemas de Internet de las cosas (IoT), están siendo objeto de un mayor escrutinio.

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¿Cómo obtengo una impresora 3D?

Las impresoras 3D son cada vez más comunes. En los EE. UU., las impresoras FDM estándar se pueden comprar en varias tiendas de electrónica y ferreterías por menos de $1,000. Para los entusiastas del bricolaje, se puede construir una impresora 3D siguiendo las instrucciones de RepRap. Para usos industriales, se espera que el nuevo sistema de impresión 3D de metal de HP, Metal Jet, se envíe en 2020, con pre-pedidos abiertos actualmente, aunque el precio por impresora es "menos de $399,000", según la empresa.

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