Cómo funciona una impresora 3D

Las impresoras 3D están aquí para cambiar por completo la forma en que vemos la fabricación de objetos. La tecnología, también conocida como «técnica de fabricación aditiva» o modelado de deposición fundida (FDM), funciona mediante la adición de capas superpuestas.

Ya hay docenas de diferentes métodos de impresión 3D, y cada uno trabaja de una manera diferente y utiliza sus propios materiales, que pueden variar desde aleaciones de plástico simples hasta incluso tejidos humanos y alimentos.

¿Qué son y cómo funcionan las impresoras 3D?

El modelo de impresora 3D más común funciona de una manera sorprendentemente sencilla. El primer paso de la creación es el desarrollo del objeto en el equipo. Con la ayuda de un software de edición tridimensional, puedes hacer prácticamente cualquier cosa que quieras, y el único límite es tu imaginación.

Creado el modelo tridimensional que queremos imprimir, solo tenemos que enviarlo al software de la impresora 3D, que define las dimensiones y los detalles de textura. El diseño 3D de este objeto se cortará en capas impresas y se producirá una por una hasta que esté completamente formada. En general, las impresoras 3D funcionan como un inyector de materia caliente (un filamento de plástico) o una emisión de luces sobre un material moldeable. Las aplicaciones más comunes son la fusión láser, la fundición al vacío y el moldeo por inyección.

Una impresora 3D es una máquina totalmente diferente de las que tenemos en casa o en la oficina que imprimen en papel, como las impresoras de matriz de puntos, o una impresora láser o una de inyección (chorros de tinta). Una impresión 3D es una tecnología innovadora que te permite crear un objeto físico de forma rápida y precisa a partir de un modelo digital no computarizado.

¿Qué es una impresión tridimensional?

De una manera muy sencilla, el proceso de impresión 3D consiste en añadir varias capas, una superpuesta a la otra. Este proceso se denomina fabricación aditiva y permite la creación de objetos físicos con gran precisión, siempre utilizando como referencia un modelo digital, previamente diseñado en software específico para este tipo de proyección gráfica.

Tecnología de fabricación aditiva

Cómo las impresoras 3D imprimen, o más bien materializan objetos en tres dimensiones, crean formas a partir de un modelo, fabricados en software de diseño asistido por ordenador (CAD) como AutoCAD o Sketchup. También conocida como prototipado rápido, esta tecnología revolucionó la industria. Antes de ser producido por un prototipo, era necesario modelar un pecado manualmente para levantar una matriz de caldo.

En la práctica, la impresión 3D es una forma de tecnología de fabricación aditiva en la que se crea un modelo tridimensional de un objeto mediante capas superpuestas sucesivas de material, ordenadas de acuerdo con la programación de un software de impresión.

¿Cuándo aparecieron las impresoras 3D?

La tecnología no es exactamente una novedad, fue desarrollada en la década de 1980 para satisfacer la demanda de creación rápida de prototipos (prototipado rápido). Hoy las impresoras 3D se han vuelto algo populares y puedes crear cualquier cosa que puedas diseñar en 3D.

Inicialmente, la técnica llamada Prototipado Rápido fue utilizada por el abogado japonés Hideo Kodama, con la función de construir prototipos de nuevos productos. Sin embargo, el investigador tuvo problemas con la patente, que no se emitió a tiempo.

Chuck Hull, un ingeniero de California, es el padre de la impresión 3D. En 1984, usando estereolitografía, creó lo que se convertiría en su primera versión. Básicamente, se trataba de una impresora láser de alta precisión para endurecer resinas sensibles a la luz. Técnicas utilizadas en la industria, lejos del usuario doméstico.

Hull patentó la estereolitografía, una de las técnicas de impresión tridimensional, y por lo tanto es considerado el padre de la invención. Charles ya había desarrollado, años antes, la base de la tecnología. En ese momento, una de las principales funciones del equipo era la creación de lámparas para solidificar resinas.

Después de patentar su invención en 1986, Hull  creó para el fabricante de impresoras 3D Systems. Su primer producto comercial fue lanzado en 1988 y se convirtió en un éxito entre los fabricantes de automóviles, la industria aeroespacial y también entre las empresas que diseñan equipos médicos.

¿Cómo funciona este tipo de impresión? Tipos de impresora 3D

Actualmente, hay varios tipos de impresión 3D que utilizan la técnica tridimensional. Cada uno emplea diferentes métodos y, en consecuencia, diversas materias primas. Echa un vistazo a tres de los más conocidos:

Modelado de deposición fundida (FDM)

Este modelo, llamado Deposit Fusion Modeling, es el más común en el mercado actual y tiene un sistema operativo extremadamente simple.

En primer lugar, el objeto debe dibujarse en un software de edición capaz de diseñar en tres dimensiones. A continuación, se envía al propio programa de la impresora, responsable de definir la calidad de imagen y los diversos espesores de la estructura. Por último, el objeto se «corta» digitalmente en varias capas y se envía para su impresión.

En esta máquina se utilizan pequeños filamentos de plástico. El material se funde y se moldea mediante un pequeño inyector que se mueve vertical y horizontalmente. Con cada nueva capa, la base de la impresora se eleva un poco y comienza a proyectar una nueva capa. El proceso es continuo hasta que el objeto está terminado.

Sinterión selectivo por láser (SLS)

El modelo SLS – Selective Laser Sintering, en traducción libre – abarca un proceso diferente para la impresión. En este equipo, el objeto también debe ser diseñado previamente en software para el desarrollo de piezas 3D, y luego, cuando se envía a la impresora, se corta digitalmente en una serie de pequeñas capas.

La diferencia en este proceso de impresión está esencialmente en el material utilizado y en la forma en que se comporta. Para SLS, la base de la impresora se llena uniformemente con un polvo muy fino. Por lo tanto, un rayo láser extremadamente potente está diseñado y hace que el material se derrita, dando lugar a cada capa.

El proceso continúa hasta la formación completa del objeto. La ventaja de este tipo de impresión es que permite utilizar varios tipos de materiales, como polvos de polímeroplástico o metálico – y su exceso puede ser reutilizado. Además, la máquina proporciona proyectos más complejos, incluso con piezas móviles.

Estereolitografía (SLA)

La impresión de SLA – llamada estereolitografía, en traducción libre – también implica la proyección de un objeto en programas específicos de la realidad tridimensional. A continuación, el equipo corta virtualmente el modelo de objetos y se inicia el proceso de impresión.

En este equipo, una base se llena con un líquido a base de resina de plástico. Posteriormente, se diseña un láser, fusionando el material en las áreas donde lo golpea. Con cada nueva capa proyectada, la base de la máquina se eleva un poco, y el proceso se produce de nuevo, dando lugar a otra capa.

Una vez listo, el objeto impreso tiene exceso de líquido y hay que eliminarlo, por eso se hay que colocarlo dentro de una especie de “horno” con iluminación ultravioleta, que sirve para completar el proceso de curado de plástico.

Este tipo de impresión es extremadamente eficiente para la fabricación de objetos más complejos, sin embargo, el precio de la máquina y el alto valor del material necesario para la impresión hacen que el proceso sea inaccesible.

Impresión 3D por inyección

Este tipo de sistema de impresión 3D es parecido a una impresora de tinta (inkjet), pero la diferencia con estas impresoras, es que, en vez de inyectar tinta en el papel, inyectan capas y capas de fotopolímero líquido.

También hay otros tipos de impresión 3D que están apareciendo, pero de momento, la mayoría son experimentales, hay incluso algunas que pueden imprimir tejido humano.

¿Qué materiales se pueden utilizar?

Los diversos métodos de impresión tridimensional también proporcionan una amplia gama de materias primas para ser utilizadas. Lo más importante es adaptar el material a las necesidades del objeto que se está diseñando.

Los principales materiales utilizados son: bases de plástico (polímeros, abs y acrílico), metales (acero, titanio, oro y plata), compuestos cerámicos, papel, azúcar, caucho, arena e incluso tejidos humanos.

Pero después de todo, ¿Qué podemos imprimir en 3D?

Lo cierto es que esta pregunta aún no puede ser respondida de manera definitiva, ya que las tecnologías y procesos implicados en la fabricación de objetos tridimensionales están en constante evolución.

Actualmente algunos sectores ya están empezando a beneficiarse directamente de las impresoras 3D. En el caso de la medicina, por ejemplo, algunos investigadores ya han desarrollado vasos sanguíneos e incluso órganos completamente funcionales con la ayuda de este tipo de tecnología. Otra propuesta es el uso de equipos para la impresión de prótesis o exoesqueletos para personas con discapacidad motora.

Poner en práctica algunos usos de la impresora 3D puede tomar unos años más, pero el equipo ya demuestra su potencial de cambio a través de las diversas potencialidades que ofrece.

¿Cuáles serán los límites de la creatividad humana para esta nueva oportunidad de re-imaginar tantos objetos?

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