Impresora 3D

Impresora 3D

Una impresora 3D es una máquina capaz de realizar "impresiones" de diseños en 3D, creando piezas o maquetas volumétricas a partir de un diseño hecho por ordenador. Surgen con la idea de convertir archivos de 2D en prototipos reales o 3D. Comúnmente se ha utilizado en la matricería o la prefabricación de piezas o componentes, en sectores como la arquitectura y el diseño industrial. En la actualidad se está extendiendo su uso en la fabricación de prótesis médicas, ya que la impresión 3D permite adaptar cada pieza fabricada a las características exactas de cada paciente.

Las impresoras 3D normalmente utilizan diversos polímeros como material de impresión, pero además existen clases especiales de impresoras tales como Foodini, impresora que crea comida, o algunas que hasta pueden imprimir casas depositando cemento por capas pero la mayoría de los modelos comerciales actualmente son de dos tipos:

de compactación, con una masa de polvo que se compacta por estratos.

de adición, o de inyección de polímeros, en las que el propio material se añade por capas.

Según el método empleado para la compactación del polvo, se pueden clasificar en:

Impresoras 3D de tinta: utilizan una tinta aglomerante para compactar el polvo. El uso de una tinta permite la impresión en diferentes colores.

Impresoras 3D láser: un láser transfiere energía al polvo haciendo que se polimerice. Después se sumerge en un líquido que hace que las zonas polimerizadas se solidifiquen.

Una vez impresas todas las capas sólo hay que sacar la pieza. Con ayuda de un aspirador se retira el polvo sobrante, que se reutilizará en futuras impresiones.

Funcionamiento[editar]

El funcionamiento se basa en un inyector y cabezal que se mueve en 3 dimensiones XYZ, el software usa un modelo 3D seccionado en capas de hasta 0.1 mm de espesor, por lo que la impresión se realiza capa por capa, una vez que el cabezal termina de inyectar el material para una capa, este se mueve en el eje Z y pasa a una segunda para realizar el mismo proceso. Debido a que el proceso es capa a capa, el tiempo de impresión suele tardar horas, y entre más complejo sea el modelo más tiempo demora.[cita requerida]

Software[editar]

Para poder realizar el diseño de piezas que se desee imprimir en 3D se requiere de algún software CAD (diseño asistido por computadora), de los cuales podemos citar:

Blender

Catia

FreeCAD

OpenSCAD

SolidWorks

Tinkercad

Entre otros.

Muchos de estos programas son muy sencillos de utilizar, ya que las interfaces son muy agradables para el usuario, además algunos de estos nos presentan herramientas especiales para poder saber si nuestro diseño cumple con las características esperadas tanto en forma como rendimiento.

Impresoras 3D de tinta[editar]

En el caso de las impresoras de tinta, el polvo compositivo utilizado puede ser a base de escayola o celulosa (el más común es el de escayola). El resultado es bastante frágil, por lo que conviene someter la pieza a una infiltración a base de cianocrilato o epoxis para darle la dureza necesaria. Las piezas hechas con polvo de celulosa pueden infiltrarse con un elastómero para conseguir piezas flexibles.

La ventaja es que es un método más rápido y económico, aunque las piezas son más frágiles.

Impresoras 3D de láser[editar]

En el caso de las impresoras de láser, al acabar el proceso de impresión, debe esperarse un tiempo para que el material acabe de polimerizarse. Después ya se puede manipular la pieza.

La ventaja es que las piezas son más resistentes, aunque el proceso es más lento y más costoso.

Impresoras que inyectan polímeros[editar]

Otra tecnología de impresión 3D funciona inyectando resinas en estado líquido y curándolas con luz ultravioleta. Se trata de fotopolímeros de base acrílica con diferentes propiedades físico-mecánicas: variedad de flexibilidades, elongación a rotura, resistencia, colores, etc. Se caracteriza por su precisión y acabado de superficie, lo que hace que su aplicación en matricería resulte muy adecuada. Las piezas están totalmente curadas al terminar la impresión y no hay tiempo de espera, aunque hay que retirar soportes de impresión con un chorro de agua a presión. Esta tecnología ha sido la primera en lograr inyectar dos materiales diferentes en una misma impresión, permitiendo la creación de materiales digitales con propiedades "a la carta".

Usos actuales[editar]

En medicina[editar]

El campo de la medicina es uno de los más avanzados en cuanto al uso de las impresoras 3D.

Prótesis[editar]

Existen impresoras que son capaces de crear guías quirúrgicas y modelos dentales.1 Las guías quirúrgicas se usan para que el dentista sepa exactamente dónde debe colocar un implante. Pero lo que es más sorprendente es que ya se han realizado implantes de prótesis más allá de la odontología. Es el caso de un estudiante de secundaria de Colorado, que ha creado una prótesis robótica con una impresión 3D. Este brazo robótico tiene un coste de 500 dólares, unas 160 veces inferior a los que se construyen por los métodos tradicionales, por lo que podría llegar a la mayoría de los hogares, independientemente de su poder de adquisición. El brazo es controlado por ondas cerebrales y tiene un diseño robusto y avanzado. En agosto del 2013, este estudiante estaba ya trabajando en la tercera generación de esta creación.2

Por otro lado, existe un proyecto denominado Project Daniel,3 de Not Impossible, que fue iniciado en diciembre del 2013. Daniel Omar, de quien toma nombre el proyecto, perdió ambos brazos en la guerra del Sudán en 2012, con tan sólo 14 años. Al conocer la noticia, Mick Ebeling viajó hasta el lugar y decidió crear la fundación Not Impossible. De esta manera, inicialmente creó una prótesis de brazo para Daniel, creada con una impresora 3D. Una vez alcanzado este objetivo, se creó en Sudán la primera escuela

taller de prótesis, desde la que se crean varias prótesis semanalmente. Así, un gran número de niños pueden disfrutar de lo que para ellos es un privilegio, ya que sin estas máquinas de tres dimensiones la creación de las prótesis alcanza precios desorbitados que pocas familias pueden permitirse.

Una de las grandes ventajas que ha ofrecido la creación de prótesis es que las instrucciones a seguir para crear una son públicas en Internet. Así, cualquiera puede acceder a ello y no supone un sobrecoste ni económico ni de conocimiento. Una de las ventajas de este gran avance es que en el caso de los niños, que se encuentran en edad de crecimiento, se puede crear varias prótesis mientras siga su crecimiento sin tener que gastar una millonada con cada nueva. Hay muchas personas que se inician por su cuenta en este mundo de las impresoras 3D, como es el caso de un padre que descubrió estas máquinas gracias a la publicación en la web de dichas instrucciones para crear una mano.

Trasplantes[editar]

Mucha gente sufre accidentes que le provocan heridas tan graves que necesitan una reconstrucción de algunas partes del cuerpo. Existen dos casos: que necesiten coger piel de una parte del cuerpo y colocarla en la lesión, cosa muy dolorosa, o que necesiten reconstruir algún hueso. En ambos casos las impresoras en tres dimensiones pueden ayudarnos.

En el primer caso, ya se ha dado la primera creación de un material con propiedades parecidas a las del tejido humano. Este material se forma con miles de gotas de agua conectadas y puede realizar alguna de las tareas de las células de nuestro cuerpo.4

En el ámbito del segundo caso, en marzo de 2014 se le reconstruyó parte del rostro a un chico que había sufrido un accidente de moto. Inicialmente, cuando ingresó en el hospital después del accidente, intentaron la reconstrucción de la mejor forma posible pero no pudieron hacer todo lo que quisieron porque podría perder visibilidad en el ojo. Gracias a las nuevas tecnologías hicieron una recreación de su cráneo antes del accidente y, con ayuda de una impresora 3D, imprimieron unos modelos para ayudar y planificar la reconstrucción.5 Así, han podido recolocarle todo el rostro y hacer que sea una persona más feliz, pudiendo hacer vida normal.

Por otro lado, un grupo de médicos de la Universidad de Pekín imprimió una vértebra, siendo éste el primer caso. Se la implantaron con éxito a un niño de 12 años en una operación de 5 horas, después de

retirarle la suya que contenía un tumor maligno. Esta vértebra está creada con titanio y tiene unos pequeños poros de forma que el hueso pueda crecer dentro y no obstaculice el crecimiento, de manera que no son necesarios tornillos u otras conexiones.6

Órganos[editar]

En las impresoras 3D usadas para crear órganos se usan células vivas como material para imprimir. A partir de éstas es posible generar un órgano para implantárselo a una persona. Es uno de los objetivos más esperados, ya que hay enormes colas de espera para que las personas que necesitan un órgano lo reciban, y a diario mueren varias de ellas debido a la espera demasiado larga. Existen varios grupos estudiando la creación de distintos órganos, siendo el corazón el gran objetivo. De momento, hay un grupo de ingenieros de la Universidad de Connecticut que ha creado riñones artificiales.7 Su objetivo es que estos órganos sean trasplantados a seres humanos y tengan las mismas funcionalidades que un riñón natural, y parece que no falta mucho para alcanzar esta meta. Por otro lado, Organovo informó que el año 2014 saldría el primer hígado creado con una impresora de tres dimensiones. De momento el año 2013 disponían de réplicas en miniatura pero que ya tenían las funcionalidades de uno natural.8

Otros[editar]

La escoliosis es una enfermedad en la que la columna vertebral sufre una curvatura en forma de S o de C. Cuando esta curvatura es mayor de un número determinado de grados es necesario el uso de un corsé. Estos acostumbran a ser muy aparatosos, incómodos y antiestéticos. Es por ello que mucha gente no quiere llevarlos o disminuye enormemente su autoestima. Parece que se ha encontrado la solución, llamada Bespoke. Mediante un escaneo del cuerpo del paciente se obtienen las medidas exactas y se imprime este corsé, pudiendo tener distintos estilos y ser personalizable. Además es transpirable, por lo que aumentará también la comodidad y durabilidad.9

En este caso hablamos de algo sorprendente a la par que útil. Hace unos años que surgieron las ecografías en 3D, que supuso un gran avance en este sector. Sin embargo, el año 2013 se produjo un nuevo paso: la impresión en tres dimensiones del feto. Su principal objetivo es que se puedan detectar malformaciones en los no natos, así como posibles complicaciones en el parto. De esta manera podrían evitarse y ayudar al personal médico a un mejor seguimiento del periodo de gestación del bebé. Otra utilidad es para padres con ceguera, quienes, gracias a estos objetos realizados con material fácilmente palpable, podrán saber cómo será su hijo.10 Sin embargo, muchos padres se están interesando en disponer de este objeto, de manera que puedan tener un recuerdo material de la gestación de su hijo.

Por último, hacemos referencia a la inmovilización de un miembro del cuerpo debido a una fractura. Normalmente se usa una escayola hecha con yeso por los médicos que tarda unas 20 horas en secarse y que se mantiene totalmente rígida, pudiendo causar rozaduras en algunos casos. Cortex Exoskeleton es un proyecto que usa una impresora 3D para crear una pieza de inmovilización con la medida perfecta de cada paciente. Para ello, se usa un escáner 3D para obtener la medida exacta del miembro y, junto con una radiografía para visualizar la rotura y su posición, se envía a una impresora que crea una pieza de inmovilización. Esta pieza es mucho más resistente y ligera que una escayola de yeso; además tiene una serie de agujeros que permiten la transpiración de la piel, impidiendo así que salgan hongos. Es una única pieza que tiene una apertura por donde el paciente introducirá el miembro y se cerrará con unas bisagras incorporadas en la estructura.11 Es mucho más estético y cómodo ya que no abulta demasiado, por lo que no nos causará problemas con la ropa. Así, también se pueden imprimir muñequeras o tablillas para personas que lo necesiten.

Impresoras 3D por Estereolitografía (SLA)

Esta técnica fue la primera en utilizarse. Consiste en la aplicación de un haz de luz ultravioleta a una resina líquida (contenida en un cubo) sensible a la luz. La luz UV va solidificando la resina capa por capa.

La base que soporta la estructura se desplaza hacia abajo para que la luz vuelva a ejercer su acción sobre el nuevo baño, así hasta que el objeto alcance la forma deseada.

Con este método se consiguen piezas de altísima calidad, aunque, por sacar un inconveniente, se desperdicia cierta cantidad de material en función del soporte que sea necesario fabricar.

Algunos ejemplos de impresoras 3D que funcionan por estereolitografía son: Projet 1500, 1200 ó 3510 de 3D Systems.

images

Impresoras 3D de Sinterización Selectiva por Láser (SLS)

También conocido en inglés como Selective Laser Sintering (SLS), esta tecnología se nutre del láser para imprimir los objetos en 3D.

Nació en los años 80, y pese a tener ciertas similitudes con la tecnología SLA, ésta permite utilizar un gran número de materiales en polvo (cerámica, cristal, nylon, poliestireno, etc.). El láser impacta en el polvo, funde el material y se solidifica. Todo el material que no se utiliza se almacena en el mismo lugar donde inició la impresión por lo que, no se desperdicia nada.

Una de las impresoras 3D más famosas que utilizan esta tecnología de impresión 3D es la EOS.

Con las dos últimas tecnologías se consigue una mayor precisión de las piezas impresas y mayor velocidad de impresión.

06

Impresoras 3D por Inyección

Este es el sistema de impresión 3D más parecido a una impresora habitual (de tinta en folio), pero en lugar de inyectar gotas de tinta en el papel, inyectan capas de fotopolímero líquido que se pueden curar en la bandeja de construcción.

Como ejemplo de impresoras 3D por inyección destacamos X60 de 3D Systems o la Zprint 450.

tipos-de-impresoras-3d-tecnologias-de-impresión-3d-impresoras3d.com

Impresión por deposición de material fundido (FDM)

También conocida por FFF (Fused Filament Fabrication, término registrado por Stratasys)

La técnica aditiva del modelado por deposición fundida es una tecnología que consiste en depositar polímero fundido sobre una base plana, capa a capa. El material, que inicialmente se encuentra en estado sólido almacenado en rollos, se funde y es expulsado por la boquilla en minúsculos hilos que se van solidificando conforme van tomando la forma de cada capa.

Se trata de la técnica más común en cuanto a impresoras 3D de escritorio y usuarios domésticos se refiere. Aunque los resultados pueden ser muy buenos, no suelen ser comparables con los que ofrecen las impresoras 3D por SLA, por ejemplo. La ventaja principal es que esta tecnología ha permitido poner la impresión 3D al alcance de cualquier persona con impresoras como la CubeX, Prusa o cualquier impresora de RepRap.