Impresoras 3D ¿Qué son? ¿Cómo funcionan? Todo sobre impresión 3D

¿Quién no ha soñado alguna vez con la posibilidad de imprimir sus propios objetos decorativos o piezas tan sólo introduciendo un plano en la PC y presionando el botón de imprimir? Para los que tenemos poco talento para usar herramientas delicadas, la respuesta seguramente es un rotundo ¡Nosotros!

La posibilidad de imprimir objetos sólidos tridimensionales es algo largamente esperado no sólo por aquellos poco diestros para el uso del cincel y el martillo, sino que es una tecnología buscada durante años por diversos fabricantes e investigadores que intentaban implementar un método que permita la construcción de los más variados objetos como implantes médicos, piezas de arquitectura y demás elementos en forma sencilla y barata. Afortunadamente lo han encontrado en la impresión 3D.

¿Qué son las impresoras 3D? ¿Para qué sirven?

La impresión 3D en la actualidad es una realidad que ya ha escapado de los laboratorios de ensayo, y si bien todavía no han alcanzado el status de presencia que ostentan las impresoras de chorro de tinta o láser, lo cierto es que ese es el camino que tomarán este tipo de dispositivos, cuando su valor y los costes de operación bajen a precios que pueda pagar el usuario de a pie, seguramente comenzaremos a verlas al lado de cualquier PC en cualquier barrio de la ciudad.

Pero el campo se extiende mucho más allá de esto, ya que también podemos encontrar implementaciones de la tecnología de impresión 3D en ámbitos como el automotor, en la construcción de prototipos, lo que significa un ahorro importante debido a la reducción en los tiempos de modelado y en materiales, en la industria de la joyería, el calzado, el diseño industrial. También en la ingeniería y el sector aeroespacial las impresoras 3D encuentran un lugar en la elaboración de piezas, ya que también podrían usarse para la elaboración de elementos en el espacio. Como pudimos ver, la impresión 3D ofrece aplicaciones que con el tiempo irán convirtiéndola en un dispositivo de uso cotidiano. Si deseas saber más al respecto, te invitamos a leer el resto del artículo.

¿Qué es una impresora 3D?

Para entender lo que es una impresora 3D, tenemos que pensar en un dispositivo que es capaz de generar cuerpos físicos sólidos tridimensionales mediante la adición capa a capa de un material, generalmente plástico ABS, pero como veremos más adelante no es el único material que se utiliza. Es decir que permite crear, sin la necesidad de utilizar cualquier tipo de molde, un objeto que luego podremos tomar en las manos.

La más importante diferencia que podemos encontrar entre las formas tradicionales de construcción de objetos y la impresión 3D es que mientras en el primer método el objeto a modelar se obtiene quitando el material sobrante, en la impresión 3D sólo se utiliza estrictamente el material a utilizar, lo que produce importantes ahorros, además de menor contaminación.

Con respecto a los materiales que emplean las impresoras 3D para crear los objetos, estos básicamente se dividen en termoplásticos PLA o ABS, los más utilizados en las impresoras 3D más económicas del mercado, pero también podemos encontrar impresoras que modelan objetos en materiales tales como resinas, fotopolímeros y hasta incluso metal, pero el costo de este tipo de impresoras 3D es tan alto que es prácticamente imposible adquirir alguna de ellas para ser usada fuera del ámbito industrial. Además los costes asociados a la misma, tales como la energía necesaria para abastecer el equipo y los insumos para el modelado de piezas, son excesivamente altos.

Cómo funciona una impresora 3D

Con respecto a cómo estas impresoras 3D cumplen con su trabajo, en primera instancia necesitaremos de un archivo creado con algún software de modelado 3D como Autodesk Inventor, Solidworks o Catia para “decirle” a la impresora 3D qué es lo que debe modelar. Cabe destacar con respecto a software que en el mundo Open Source también existen alternativas muy dúctiles que pueden manejar este tipo de impresoras sin ninguna dificultad y a cero costo, lo que le vendrá muy bien a pequeños negocios y PYMES. En este sentido, las aplicaciones Open Source que destacan en esta materia son OpenSCAD y FreeCAD.

Pero volviendo al tema de los archivos que necesitaremos para alimentar la impresora 3D, estos contienen precisas instrucciones acerca de las coordenadas que se deben seguir para crear el objeto y generalmente son introducidos a la impresora a través de USB mediante un pendrive o memoria, pero también existen modelos de impresoras 3D que permiten su conexión directa a la PC. Cabe destacar que los planos para la creación de objetos pueden ser tanto creados por nosotros como descargados de sitios que se dedican a esta actividad.

Tipos de impresoras 3D y materiales de impresión

En la actualidad, las tecnologías de impresión 3D son variadas, y por lo visto no se podrá conseguir un estándar, por lo menos en los próximos años. Esto es debido a la propia juventud de la impresión 3D, que favorece que cada fabricante desarrolle su propia tecnología e intente imponerla de facto a la industria.

Sin embargo, entender este punto no es una tarea demasiado complicada, ya que la principal diferencia entre las tecnologías de impresión 3D de la actualidad se encuentra dada por cómo la impresora deposita las diferentes capas de material para crear la pieza.

En este sentido, las principales tecnologías en uso son la llamada Fusion Deposition Modeling (FDM) o Tecnología de deposición de material plástico, el cual es un método que permite el modelado de piezas en plásticos ABS o PLA. Este modelado se realiza alimentado la impresora con un rollo de este material, el cual al pasar por el extrusor del equipo se calienta, derrite y es depositado capa a capa formando el objeto. Luego de ello se debe esperar a que el material se enfríe y pueda ser manipulado. Cabe destacar que este método es el más usado en el ámbito de las impresoras 3D domésticas.

Otras tecnologías actualmente en uso son la Estereolitografía (SLA) y Selective Laser Sintering (SLS), ambas funcionan con la ayuda de un haz de láser. La primera de ellas moldea el objeto capa a capa,  pero implica el uso de en un baño de resina fotocurable. En este caso, el objeto moldeado con resina líquida se cura mediante el láser de luz ultravioleta.

En cuanto a la tecnología conocida como Selective Laser Sintering o Sinterización Selectiva Láser, es similar a la SLA, pero para el moldeado se pueden usar diversos insumos en polvo como materiales metálicos y cerámicos, nylon, poliestireno y cristal, entre otros. En este caso, el láser funde el material y lo solidifica. Cabe destacar que ambas tecnologías son muy apreciadas gracias a su precisión.

La impresión 3D

Muchos de nosotros alguna vez hemos soñado con la posibilidad de tener una herramienta que nos permita crear piezas sólidas y en 3D directamente desde una simple computadora, y que además esta herramienta sea económica, limpia y sencilla de operar. Aunque parezca demasiado pedir, y más aún difícil de conseguir, lo cierto es que tal artefacto existe, y se llama impresora 3D.

Las impresoras 3D, si bien en un principio sólo estaban relacionadas con el ámbito industrial y la investigación, con el tiempo fueron haciéndose más pequeñas, y por lo tanto más económicas y fáciles de operar, hasta llegar a tal punto en que si queremos, podemos armar nuestra propia impresora 3D a partir de kits. Y lo mejor de todo es que podemos usar una impresora 3D en casa, tal como si fuera una impresora de chorro de tinta.

¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D es una técnica que nos permite crear piezas en 3D, es decir con alto, ancho y largo, de cualquier diseño almacenado en un archivo informático creado por el usuario o descargado desde Internet mediante un dispositivo llamado impresora 3D.

También una pieza puede ser copiada por medio de un dispositivo especial, básicamente un escáner, y luego reproducida en una impresora 3D, pero este método lamentablemente esta fuera del alcance del usuario promedio, debido a su alto costo.

Básicamente, como mencionamos, para imprimir un diseño 3D se requiere de una impresora 3D, la cual es un dispositivo de impresión similar a una impresora láser o Inkjet, no en su forma física, pero si en comportamiento. Esto significa que para obtener una pieza en 3D deberemos cargar el archivo con el diseño en el software, pulsar el comando para imprimir y la impresora 3D comenzará a trabajar.

Lo mejor de todo es que para realizar este proceso no necesitaremos de una computadora especial o preparada, ya que podremos usar la misma PC que usamos para trabajar todos los días.

La principal diferencia entre las impresoras que conocemos como las Inkjet y las impresoras láser con respecto a la impresora 3D es que esta última en lugar de eyectar tinta por sus boquillas, inyecta un plástico especial fundido, el cual una vez expelido, se secará inmediatamente, dando lugar a la forma requerida con una precisión asombrosa.

Por esta sencillez, practicidad y facilidad de uso, las impresoras 3D están siendo utilizadas cada vez más en muchos ámbitos, no solo en la industria o la investigación, sino también en el hogar, en donde el usuario puede aprovechar su capacidad imprimiendo piezas en 3D personalizadas a sus propias necesidades.

También una impresora 3D puede ser extremadamente útil para hobbystas, talleres y servicios técnicos y demás actividades que requieren tener a disposición un método como este, ya que mediante una impresora 3D podrían imprimir muchos repuestos y elementos que ya no están en plaza o que directamente no existen.

Como pudimos ver, el campo de aplicación de las impresoras 3D es verdaderamente amplio, y sólo tiene el límite que nuestra imaginación o conocimientos le impongan.

Formas de realizar una impresión 3D

Si bien el funcionamiento de una impresora 3D parece simple, lo cierto es que la tecnología detrás de estos dispositivos es realmente compleja, ya que para garantizar que las piezas que mandamos a imprimir en estas máquinas se plasmen de la manera exacta a como están definidas en el archivo, se utilizan sofisticados sistemas mecánicos y electrónicos, lo que permite tener un control perfecto de todos los movimientos que hacen los motores y las piezas de la impresora 3D.

Pero afortunadamente el usuario no tiene que comprender para nada el funcionamiento de una impresora 3D, lo único que tiene que hacer es asegurarse de que la impresora tenga cargado el material de impresión, en este caso el plástico, y enviar a imprimir la pieza. Tal como hacemos con una impresora que utiliza papel, de la cual nos importa poco y nada la electrónica de control.

Esta facilidad de uso de una impresora 3D se traslada a todos los tipos de tecnologías de impresión 3D disponibles en el mercado. En todas las impresoras de este tipo, el principio de funcionamiento es el mismo, como podremos ver a continuación:

En primer lugar se carga el archivo con el diseño que queremos imprimir en 3D en el software que utilicemos para ello, que puede ser por ejemplo Blender, uno de los más utilizados para estas actividades, el cual podemos descargar gratis pulsando en este enlace, o FreeCad, otro software de impresión 3D muy popular, y que podemos descargar de forma gratuita pulsando sobre este enlace.

Cabe destacar que el archivo para imprimir en una impresora 3D puede provenir desde Internet desde sitios como Thingiverse, o directamente creado por nosotros en las aplicaciones que mencionamos más arriba. En este punto, es necesario aclarar que el tipo de archivo utilizado para imprimir en impresoras 3D es el formato “.STL”, el cual contiene información de una pieza en un solo color, o el “.VRML”, el cual almacena información de una pieza en varios colores.

Luego de ello se carga el material de impresión para imprimir la pieza, el cual varía de acuerdo al tipo de tecnología de impresión 3D que estemos utilizando, como podremos ver más abajo. Finalmente, se da la orden de impresión y la impresora 3D comienza a hacer su trabajo.

Tipos de impresoras 3D

Impresión 3D FDM

Mencionamos que el material para hacer la impresión varía de acuerdo al tipo de impresora 3D que se trate, siendo el más utilizado en todo el mundo el llamado FDM  o “Impresión por Deposición fundida”, método en el cual se funde un plástico, generalmente ABS (Acrilonitrilo butadieno estireno) o PLA (Poliácido láctico), y es esparcido en capas por las boquillas extrusoras de las impresoras en una bandeja en donde va tomando forma la pieza. Este plástico se provee en forma de filamentos en rollos.

Impresión 3D SLA

Otro tipo de tecnología de impresión 3D es la llamada SLA o “Estereolitografía”, método en el cual se utiliza un haz de luz ultravioleta que es proyectado a una resina fotosensible, la cual se solidifica conforme es iluminada por el haz UV.

Impresión 3D SLS

También muy utilizado, en ámbitos con presupuestos más importantes, es el tipo de impresión 3D conocida como SLS o “Sinterización Selectiva por Láser”, cuyo material de impresión es polvo de cerámica, cristal, nylon o poliestireno, el cual es fundido de acuerdo a como es alcanzado por el haz de láser.

Impresión 3D por Inyección

Por último, también tenemos disponible el método de impresión 3D por Inyección, el cual va inyectando capas de fotopolímeros que se solidifican, mediante la utilización de químicos, en la bandeja. Este método es similar en funcionamiento a las impresoras inkjet, salvo que en lugar de tinta inyectan estos polímeros líquidos.

Cabe destacar que esta tecnología es la única que posibilita la impresión de piezas 3D a todo color, y además permite la impresión de extraplanos o salientes.

Cómo la impresión 3D va a cambiar el mundo

Hace algunos años atrás, cuando recién se comenzó a esbozar la idea y se inició la discusión acerca de la posibilidad de crear impresoras que pudieran reproducir formatos en tres dimensiones, aquel proyecto parecía una verdadera utopía, sólo posible de alcanzar a través de las páginas de una novela de ciencia ficción.

No obstante, lo cierto es que el desarrollo detrás de la impresión 3D ha llevado a cabo un largo camino, y después de cientos de pruebas y errores, finalmente se logró crear el primer equipo de impresión capaz de reproducir un objeto en sus tres dimensiones.

Poco después este gran avance de la tecnología fue llegando a las masas, y si bien aún las impresoras 3D no se han convertido en un elemento que todos tengamos en nuestro hogar, lo cierto es que gracias a su esquema y a su patente libre, hoy cualquiera puede fabricarse su propia impresora 3D.

Debido a las posibilidades casi inagotables que ofrece la impresión 3D, no sólo a gran escala, sino también en el ámbito hogareño y en las grandes y pequeñas empresas de todo el mundo, son muchos los que aseguran que con la impresión 3D ha llegado una nueva revolución industrial.

Gracias a la gran variedad de materiales que pueden implementarse en el proceso de la impresión 3D, que incluyen principalmente nylon y poliestireno, entre otros, con una impresora 3D es posible imprimir los más diversos objetos tridimensionales, que van desde ropa, herramientas, casas, repuestos varios, equipos médicos, alimentos y hasta incluso órganos para el cuerpo humano.

Por ende, podemos llegar a imaginarnos cómo la tecnología de la impresión 3D sin dudas va a cambiar el mundo en poco tiempo más, y en este aspecto son muchos los expertos que aseguran que gracias a la impresión 3D de alimentos, en algunas décadas será posible incluso terminar con el hambre mundial, algo que por supuesto ha generado grandes controversias.

Este es precisamente un proyecto que se encuentra en plena fase de desarrollo, a través de la iniciativa que ha tenido la NASA con una serie de empresas, que busca poder crear entre otras cosas una impresora 3D que permite imprimir una pizza. Mientras tanto, las grandes compañías fabricantes de alimentos ya han comenzado a realizar diversas pruebas al respecto.

De acuerdo a muchos expertos, debido a que para imprimir comida sería necesario utilizar insumos que incluyan distintos polvos y aceites, este tipo de alimentos podrían llegar a almacenarse durante años, y estiman que podría llegar a erradicar o reducir en gran medida el hambre en todo el mundo gracias a las impresoras 3D.

Otro de los campos donde la impresión 3D ha comenzado a dar que hablar reside en el ámbito de la medicina, donde sin dudas la tecnología detrás de la impresión 3D permitirá generar rápidamente las más avanzadas innovaciones médicas.

Desde hace años ya se ha sostenido que uno de los principales beneficios de la impresión 3D permitirá con el paso del tiempo mejorar notablemente la atención médica dentro de diversas enfermedades, y tratar lesiones que hasta el momento era impensable lograr los resultados asombrosos que permite alcanzar la tecnología tridimensional.

Algunas ya casi en uso, y otras por mejorar para su implementación, lo cierto es que con las impresoras 3D la medicina podrá imprimir réplicas de órganos humanos, imprimir injertos de piel sobre quemaduras y otras lesiones.

Es por ello que si bien la mayoría de estas innovaciones aún se encuentran en plena etapa de prueba ya que son muy nuevas, lo cierto es que la tecnología de impresión 3D inexorablemente transformará por completo el escenario de la salud, y quizás no deban transcurrir demasiadas décadas para poder verlo.

Así como se estima que la impresión 3D pueda colaborar en reducir el hambre en el mundo, y también permitir a la medicina dar respuestas inmediatas sobre determinadas patologías, se estima que con el tiempo esta tecnología permitirá también terminar o reducir en gran medida con el problema habitacional que existe en el planeta.

Con la disminución en los costos que los insumos para la impresión tridimensional inevitablemente tendrán con el paso del tiempo, la impresión 3D invadirá también el mercado inmobiliario, y es más, en este aspecto ya se ha realizado una prueba con total éxito, cuando hace tiempo atrás un grupo de investigadores de la Universidad del Sur de California construyeron una impresora 3D que permite fabricar una casa por capas, la cual sólo llevo un día de construcción.

De esta forma, con los años las casas construidas con impresoras 3D serán la opción más barata y más rápida, lo cual sin dudas podría llegar a tener un significativo efecto social positivo, no sólo en los países emergentes con problemas habitacionales, sino también en las naciones del tercer mundo donde debido a la crisis mundial se requieren costos cada vez más competitivos.

Por otra parte, debido a la característica casi inagotable de elementos que pueden fabricarse con las impresoras 3D, por supuesto que cada vez serán más populares los productos textiles y afines que se fabrique utilizando esta tecnología.

Imaginémonos que al pasar el tiempo y disminuir los costos de impresión, ya no será tan extraño pensar que cada uno de nosotros tengamos una impresora 3D en nuestra casa, y que antes de salir podamos imprimir la ropa, los zapatos y los accesorios que deseamos lucir ese día.

Para ello seguramente tendremos que esperar mucho tiempo. No obstante, las grandes empresas de la industria textil mundial ya están viendo con muy buenos ojos las posibilidades que brinda la fabricación de productos textiles mediante la tecnología de impresión tridimensional.

Por supuesto que todo esto traerá consecuencia, en principio relacionadas al ámbito laboral, ya que se reducirá en gran medida la cantidad de operarios necesarios para la fabricación de distintos elementos, aunque por otro lado se generarán nuevos oficios y profesiones relacionados al desarrollo de gráficos de impresión y manejo de este tipo de equipos.

Por otro lado, una de las desventajas que indican los expertos con respecto a la impresión 3D reside en que la misma generará inevitablemente un aumento de los productos de imitación, dando lugar a nuevos mercados de piratería de todo tipo.

Además, según la opinión de gran cantidad de investigadores, la tecnología de la impresión 3D no sólo podría llegar a generar un notable aumento de la piratería de los más variados elementos, sino que también la masificación de esta tecnología podría derivar en efectos mucho más peligrosos, como lo es la fabricación casera de armas de fuego mediante una impresora 3D.

Ya desde hace un par de años, una compañía norteamericana que fabrica armas, llamada Defense, desarrolló la primera pistola metálica impresa en 3D, la cual incluso comenzó a comercializarse. Lo cierto es que el peligro no está implícito cuando es una fábrica la que incorpora esta tecnología, sino que se acrecienta cuando las impresoras 3D se conviertan en un artefacto al que todos pueden acceder.

Tengamos en cuenta que como sucede con todas las tecnologías, las impresoras 3D y sus insumos con el tiempo comenzarán a tener una disminución en sus costos, lo cual brindará la posibilidad de trasladar esta tecnología al ámbito hogareño, donde cualquiera en definitiva podría llegar a fabricarse un arma.

Será en este punto donde los gobiernos y las legislaciones mundiales deberán poner el acento, y encontrar el equilibrio justo entre la libertad de la que los individuos deben gozar, frente a los perjuicios que dicha libertad puede llegar a ocasionar, cuando por ejemplo una impresora 3D caiga en manos equivocadas.