Todo lo que debes saber sobre la impresión 3D y sus utilidades

Todo lo que debes saber sobre la impresión 3D y sus utilidades

Roberto Adeva

La impresión 2D lleva formando parte de nuestras vidas desde hace muchos años. Durante este tiempo, son muchas las tecnologías utilizadas para la impresión, pero lo cierto es que a día de hoy la impresión 3D ya es una realidad. Resulta difícil no haber oído actualmente de la impresión en tres dimensiones, incluso haber visto alguna de las creaciones, sin embargo, todavía es un mundo bastante desconocido por la mayoría de personas. Si te resulta un tema de interés, vamos a mostrar un poco de historia sobre las impresoras en 3D, en qué consiste este tipo de impresión y cómo funciona, tipos de impresoras y algunos modelos para iniciarnos en este mundo.

Para entrar en materia, vamos a explicar qué es exactamente la impresión en tres dimensiones, un poco de historia sobre el origen de este proceso y cómo funciona para ver la cantidad de utilidades que puede tener hoy en día y en el futuro, así como los distintos métodos de impresión, materiales y algunas impresoras domésticas con las que podemos iniciarnos.

Qué es la impresión 3D

La impresión 3D es un grupo de tecnologías de fabricación por adición capaz de crear un objeto tridimensional mediante la superposición de capas sucesivas de un determinado material. Un proceso por el que se crean objetos físicos a través de la colocación de un material en capas a partir de un modelo digital.

Por lo tanto, se trata de un proceso en el que se crear un objeto físico en tres dimensiones a través de un objeto o modelos digital mediante una impresora 3D que puede usar diferentes tecnologías y materiales para ir superponiendo capas hasta crear una réplica perfecta.

Un poco de historia

Aunque nos puede parecer un término y tecnología moderna, lo cierto es que en el año 1976 ya se desarrollaron los primeros equipos y materiales de construcción para la impresión en 3D. Unos años después, en 1981, Hideo Kodama inventó dos métodos de fabricación AM de un modelo de plástico tridimensional con un polímero fotoendurecible.

En 1984 fueron varios los proyectos presentados y patentados basados en el proceso de estereolitografía, que se basa en ir añadiendo capas mediante el curado de fotopolímeros con láseres de rayos ultravioleta. Además, se definió un sistema para generar objetos tridimensionales mediante la creación de un patrón del objeto a formar que dio lugar al formato de archivo STL, que es ampliamente aceptado hoy en día para la impresión 3D.

En el año 1992 se desarrolló la primera máquina de impresión 3D de tipo SLA (estereolotigráfico) y fue obra de la compañía 3d Systems. Un láser ultravioleta iba solidificando un fotopolímero capa por capa para crear objetos tridimensionales. A pesar de que no eran piezas muy perfectas, hacía pensar en el gran potencial que podía ofrecer este tipo de máquinas.

Siete años después, en 1999 se pudieron ver grandes avances con el primer órgano criado en laboratorio por el equipo de investigación del instituto de Wake Forest de medicina regenerativa a través de su proyecto de conseguir imprimir órganos y tejidos con tecnología de impresión 3D.

En 2006 se construye la primera impresora tipo SLS o de sintetización de láser selectivo. Una máquina que utiliza un láser para fundir materiales durante el proceso de impresión 3D y que dio una gran esperanza a la fabricación de piezas industriales, prótesis, etc.  Un par de años más tarde, a través del proyecto RepRap, vió la luz la primera impresora capaz de replicar sus propios componentes, lo que permitía construir impresoras idénticas o piezas de repuesto.

En el año 2011 los ingenieros de la Universidad de Shouthampton diseñaron un avión no tripulado impreso en 3D y fabricado en tan solo una semana. En ese mismo año, se pudo ver también el primer prototipo de un coche cuya carrocería había sido creada a través de la impresión 3D o cómo se llevó esta tecnología a otro mercado muy distinto como el de la joyería, pudiendo incluso imprimir piezas de oro y plata en 3D a partir de ciertos modelos.

En los últimos años hemos visto aplicaciones múltiples en implantes dentales, prótesis de huesos, etc. Incluso hemos visto cómo recientemente se utilizaban las impresoras 3D para fabricar material sanitario para ayudar en lucha contra el coronavirus en hospitales, adaptadores para respiradores, pantallas protectoras, etc.

Cómo funciona y métodos de impresión 3D

La impresión 3D requiere del uso de un software, el correspondiente hardware de la máquina o impresora y los materiales utilizados para la propia impresión y que todos ellos trabajen de forma conjunta. El propio proceso de impresión consiste en crear objetos en tres dimensiones a partir de la superposición de capas de abajo hacia arriba.

Antes de comenzar el proceso, el software divide el gráfico en capas finas como el diámetro del material de salida. Para cada capa, la impresora se va desplazando sobre el plano para ir liberando material sobre las coordenadas correspondientes y así ir formando la figura en tres dimensiones e idéntica a la diseñada en 2D.

impresión 3D

Por lo tanto, lo primero que necesitamos para imprimir un objeto en tres dimensiones es un archivo creado con algún software de modelado 3D. Lo siguiente es utilizar el material ideal para su fabricación. Generalmente se utilizando materiales termoplásticos, pero también hay impresoras 3D capaces de utilizar otros materiales como el metal, resinas o polímeros. Eso si, en este caso el coste de las impresoras en mucho mayor puesto que deben ser capaces de fundir el material para su utilización en la impresión por capas.

Y por último esta por supuesto la propia impresora, que como ya podemos deducir, las hay de diferentes tipos en función, sobre todo, del material que utilizan para la impresión 3D.

Existen diferentes tecnologías disponibles para la impresión 3D que se diferencian principalmente en la forma en la que las distintas capas son utilizadas para crear las piezas. Algunas usan métodos de fundido del material para formar las capas, como por ejemplo el SLS o FDM, mientras que otras depositan materiales líquidos que son solidificados con diferentes tecnologías. Entre los métodos más utilizados caben destacar:

  • Impresión por inyección: En este método, la impresora crea el modelo de capa esparciendo una capa de la sección de la pieza. Este proceso se repite hasta que se imprimen todas las capas y es el único que permite la impresión de prototipos a todo color.
  • Modelado por deposición fundida (FDM): Como su propio nombre indica, este método va depositando un material fundido sobre una estructura capa a capa que posteriormente es sintetizado por un láser para su solidificación. Dentro de este método se incluye también el sintetizado de metal por láser o DMLS.
  • Estereolitografía (SLA): La tecnología estereolitografía o SLA es la que utiliza resinas líquidas fotopoliméricas que se solidifican con el uso de una luz emitida por un láser ultravioleta. De esta manera, se van creando capas de resina sólida hasta formar el objeto.
  • Fotopolimerización por luz ultravioleta: En esta ocasión, la fotopolimerización por luz ultravioleta o SGC, utiliza un recipiente de polímero líquido que es expuesto a la luz de un proyector bajo determinadas condiciones. De esta manera, el polímero se endurece a medida que la placa de montaje se va moviendo hacia abajo muy poco a poco para ir creando las distintas capas a medida que el polímero se va solidificando.
  • Fotopolimerización por absorción de fotones: En este método el objeto 3D es creado a partir del uso de un bloque de gel y mediante la utilización de un láser. Es decir, el gel se va solidificando en las zonas donde se va enfocando con el láser debido a un proceso de nolinealidad óptica de la fotoexcitación. Después, el gel restante se limpia.
  • Impresión con hielo: Recientemente hemos visto también cómo se han desarrollado métodos o técnicas que por medio de un proceso de enfriado, permite realizar impresiones en 3D utilizando hielo como material. Una tecnología aún en desarrollo y cuyas ventajas están aún por ver.

Aplicaciones y materiales

Según los métodos utilizados para la impresión en 3D, hemos visto que se pueden usar diferentes materiales. Y es que una impresora no puede utilizar cualquier material para imprimir sino que tiene que usar alguno compatible con el tipo de impresora y tecnologías utilizadas.

Existe una gran variedad de materiales usados para la impresión de objetos en tres dimensiones, desde materiales líquidos, sólidos, flexibles, transparentes, opacos, de colores, etc. Materiales que según sus propiedades pueden satisfacer las necesidades de las piezas u objetos creados a partir de ellos, ya que cada uno dispone de diferentes características y propiedades que permiten la creación de determinados objetos con una determinada resistencia o con una precisión mayor. Entre los materiales más utilizados destacan:

  • Ácido poliláctico (PLA): Se trata de un polímero constituido por elementos similares al ácido láctico y con propiedades similares a las del tereftalato de polietileno (PET) que se utiliza habitualmente para hacer envases. Un termoplástico fabricado a partir de almidón de maíz, yuca, mandioca o caña de azúcar.
  • Laywoo-D3: Material formado por la mezcla de un polímero, similar al PLA, y polvo de madera en diferentes porcentajes y que ofrecen un resultado con un aspecto similar a la madera y que se puede pintar y lijar fácilmente.
  • Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS): En esta ocasión, se trata de un plástico muy resistente y que aguanta altas temperaturas. Ofrece cierta flexibilidad y es fácil de pintar.
  • Poliestireno de alto impacto (HIPS): Es una variedad de los poliestirenos, un polímero bastante frágil a temperatura ambiente y que modifica mediante la adición de polibutadieno para mejorar su resistencia.
  • Tereftalato de polietileno (PET): Es un tipo de plástico muy utilizado para envases de bebidas. Químicamente es un polímero que se obtiene de la reacción de policondensación entre el ácido tereftálico y el etilenglicol. Pertenece al grupo de los materiales sintéticos denominados poliésteres.
  • Elastómero termoplástico (TPE): Son un tipo de polímeros o mezcla de polímeros que forman materiales termoplásticos y elastoméricas. Es decir, combinan las ventajas de materiales elásticos como las propias gomas y los materiales plásticos
  • Filaflex: Es un filamento elástico con una base de poliuretano y otros aditivos que ofrecen en conjunto una gran elasticidad. La impresión con este tipo de material es más lenta pero es muy útil para determinados objetos.
  • Laybrick: Se trata de un material que resulta de la mezcla de varios materiales plásticos y yeso. Esto hace que los objetos adquieran un aspecto como de piedra y que se puedan pintar y lijar fácilmente.
  • Nylon: Polímero sintético del grupo de las poliamidas. Una fibra textil elástica y resistente muy utilizada para la fabricación y confección de tejidos y telas.
  • Metales amorfos (BGM): Los metales amorfos con aquellos que tiene una estructura a nivel atómica desordenada, que permiten varias formas para su solidificación.

Como podemos imaginar, las aplicaciones de la impresión 3D son múltiples y muy variadas gracias a las diferentes técnicas y materiales que se pueden utilizar en función del tipo de objeto, precisión de detalles y resistencia. Algunos de los ámbitos de aplicación de la impresión de objetos en tres dimensiones son:

  • Medicina y salud: Ya es una realidad el hecho de poder crear ciertas partes del cuerpo a través de impresoras en 3D y que son totalmente tolerables por el organismo. En el ámbito de las prótesis y otras especialidades como la odontología es donde quizás hay más utilidades. Eso sin olvidar la gran ventaja de poder crear piezas o aparatos sanitarios con gran rapidez.
  • Educación: En lo que a la educación y formación se refiere, el hecho de poder crear replicas exactas de conceptos muy abstractos, hace que la visualización y entendimiento mejoren considerablemente.
  • Industrial: No hay duda de que en el sector industrial supone un gran ahorro de tiempo y costes el poder crear piezas de diferentes materiales de forma rápida.
  • Arqueología: En este sector la impresión 3D también supone una gran ayuda y ventaja a la hora de poder replicar objetos reales sin el complejo y laborioso proceso de modelado, reconstrucción, etc.
  • Moda y tejidos: Uno de los sectores donde también se usa la impresión tridimensional es en el de la moda. Numerosas firmas internacionales ya han hecho uso de impresoras 3D para la fabricación de zapatillas, ropa, bolsos, accesorios y joyas.
  • Comida y alimentación: Existen impresoras capaces de sustituir algunos procesos culinarios, incluso ya es una realidad el uso de la impresión en 3D para elaborar postres increíbles.
  • Generalidades: En definitiva, son múltiples los usos que se le puede dar a una impresora 3D en los diferentes ámbitos de nuestra vida, incluso a nivel doméstico. Puede ser muy útil para la fabricación de juguetes, replica de antigüedades, replica de proyectos de arquitectura, etc.

El futuro de la impresión 3D

La impresión 3D ha evolucionado mucho en los últimos años y ya ha quedado clara la infinidad de posibilidades que ofrece. A día de hoy, aunque ya es utilizada en determinados ámbitos, lo cierto es que se espera que en un futuro cojan aún mayor protagonismo que el que tiene a día de hoy las impresoras de tinta.

Y es que las impresoras de objetos en tres dimensiones ofrecen muchas más posibilidades que las impresoras de tinta. Lo cierto es que las expectativas sobre este tipo de dispositivos son muy grandes, sobre todo porque se espera que puedan cambiar nuestras vidas en un futuro próximo.

impresión 3D

En el ámbito industrial se esperan reducir los tiempos y costes de producción, pero sin duda, donde ha generado una mayor expectación la impresión 3D es en el ámbito de la medicina o la salud. Desde hace tiempo llevamos escuchando cómo las impresoras de objetos en tres dimensiones podrían crear órganos humanos totalmente tolerables por nuestro organismo, incluso haciendo uso de las propias células de esa misma persona.

Esto supondría la posibilidad de realizar muchísimos más trasplantes de órganos de los que se hacen a día de hoy, evitando las listas de espera y alargando la esperanza de vida de las personas.

Lo mismo ocurre con la posibilidad de crear huesos o prótesis para todas aquellas personas con diferentes problemas de movilidad. Incluso se ha llegado a oír ya sobre la posibilidad de huesos impresos que podrían ser reabsorbidos de forma natural por nuestro propio cuerpo hasta que el organismo sea capaz de regenerar ese hueso. También se han conseguido ya algunos hitos para la creación de fármacos, lo cual permitiría fabricar de forma automatizada medicinas con fórmulas especiales y personalizadas.

Pero las posibilidades que nos puede ofrecer la impresión en 3D son casi infinitas. Tanto es así, que existen diversas iniciativas y proyectos para la construcción de casas impresas, lo que supone la posibilidad de construir viviendas en países pobres a un bajo coste y sin la necesidad de tantos recursos. Eso por no hablar de que este tipo de construcción es mucho más ecológica que la construcción convencional.

Impresión 3D

Mejores impresoras para iniciarse en la impresión 3D

Existen diferentes tipos de impresoras según los métodos de impresión utilizados. En función de eso también los precios varían mucho, por lo tanto, si queremos iniciarnos en este mundo de la impresión 3D para un uso doméstico, lo habitual es comprar una impresora 3D con tecnología de modelado FDM o SLA. A continuación vamos a mostrar un recopilatorio de las mejores impresoras domésticas que podemos comprar en Amazon a buen precio.

Comgrow Creality Ender 3

Este modelo de impresora Ender usa tecnología de modelado por deposición fundida, ofrece una velocidad máxima de desplazamiento de 180mm/s y tiene un peso bruto de 8.6 kg. Cuenta con funciones interesantes como la capacidad de reanudar la impresión incluso si hay un corte de energía, es fácil de montar y es bastante silenciosa. Su precio en Amazon es de 252,99 euros.

FlashForge Finder

Este modelo es también de impresión 3D FDM y se trata de una impresora extremadamente silenciosa. Cuenta también con fuertes medidas de seguridad que la hacen ideal para el uso doméstico. Utiliza solamente PLA, cuenta con conexión WiFi, es compatible con Windows y macOS, dispone de pantalla táctil en diferentes idiomas y tiene un precio en Amazon de 299 euros.

ANYCUBIC Mega S

Este modelo es uno de los más recomendados en el gigante de las compras online cuando hablamos de impresión 3D. Se trata de una impresora con gran compatibilidad de materiales como PLA, TPU, ABS, HIP o incluso madera, entre otros. Dispone de pantalla TFT a color, es fácil de usar y ofrece la capacidad de reanudar la impresión ante cualquier fallo o apagado inesperado. Su precio es de 349,99 euros.

ELEGOO MARS

Este modelo es una impresora 3D de fotocurado ultravioleta. Está equipado con luces UV de 40W, tiene pantalla táctil para un manejo más fácil, ofrece una gran precisión de impresión (sobre todo si usamos la resina propio de ELEGOO), una velocidad de impresión de 22.5mm/h y su precio es de 259,99 euros en Amazon.

ANYCUBIC ES1-Photon 02

Al igual que el anterior modelo de Elegoo, esta impresora 3D SLA utiliza luz ultravioleta para solidificar la resina y formar objetos en tres dimensiones de manera muy sencilla en nuestra propia casa. Soporta la impresión off line, es fácil de manejar y cuenta con una pantalla táctil para un manejo mucho más sencillo. Su precio en Amazon es de 259,99 euros.