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En la industria el antiguo molde cede su puesto a la impresora 3D, que aporta un ahorro en materiales y coste

La impresora 3D

Pascual Bolufer, miembro de la Asociación Española de Comunicación Científica (AECC)27/02/2015

Para realizar una pieza de un motor, como un inyector de carburante, no es necesario el molde tradicional donde colocar el material fundido. Si queremos crear una estatua, no necesitamos un bloque pétreo, del cual arrancamos fragmentos de roca, hasta lograr el producto artístico terminado. La impresora lo hará todo.

Comenzamos a dibujar en volumen en un ordenador el objeto que queremos realizar, gracias a un logicial 3D. Este modelo numérico a continuación se recorta en capas muy finas y se pasa a la imprenta, la cual superpone la materia que constituye el objeto, capa tras capa, desde abajo hasta el punto más elevado. A eso lo llamamos fabricación aditiva, por oposición a las tradicionales operaciones de maquinado, que extraen el objeto de un bloque, de piedra o metal a base de extraer virutas. Si fabricamos el objeto a base de un polímero líquido esas capas que vamos añadiendo se solidifican, gracias a una radiación ultravioleta (UV), se llama estereolitografia por fotopolimerización. Si trabajamos con metal en polvo, podemos fundirlo con ayuda del láser hasta 2.000 °C, capa tras capa y, a continuación, enfriar cada capa y regresar al estado sólido.

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Foto 1. Escultura lograda con la fabricación aditiva.

En 1984 el ingeniero francés Jean-Claude André puso apunto un procedimiento que consiste en depositar una capa muy delgada de resina polímero líquido, y es solidificada capa tras capa con la radiación ultravioleta. Se ha inventado la estereolitografia por fotopolimerización, la 1ª impresión por 3D.

En 1986 el americano Chuck Hull logra una patente de estereolitografia y funda la 3D Systems. Esta junto con Stratasys son las empresas más activas en la fabricación 3D.

La impresora 3D comenzó en los años 1990 limitada a los plásticos, pero luego se ha extendido a nuevos materiales, incluidos los metales, gracias al láser y los haces de electrones, que alcanzan temperaturas satisfactorias. El objeto se imprime a base de solidificar esas capas metálicas sucesivas. Podemos usar material cerámico, yeso, vidrio, celulosa y aun chocolate. Incluso más adelante células vivas. Una empresa o un particular pueden realizar objetos a voluntad sin tener necesidad de recurrir a un fabricante. Un cambio industrial increible.

Ya en 1992 3D Systems comercializa la primera impresora 3D, que funciona en estereolitografia.

Hoy en España el cliente no compra una impresora sino que recibe el diseño, una caja con todas las piezas, y él mismo monta la impresora. La resolución de los objetos que imprimirá alcanzan un nivel semejante al mecanizado tradicional: 16 micrómetros para la impresión usando cera. Jon Meyer, de EADS Innovation Works, Europa, y empleado en una fábrica de avionetas, reconoce que “estamos sorprendidos de que las piezas impresas en metal son a veces más resistentes que las piezas de fundición”.

La fabricación aditiva cambia el concepto mismo de los objetos, porque supera los límites tradicionales. En fundición la forma del objeto no debe impedir el desmolde. En cuanto a las piezas terminadas no se pueden perforar en su centro si no hay orificio para el paso del instrumento. En la impresora 3D los espacios vacios aparecen en donde no hay materia. La complejidad de una pieza no influye ni en el tiempo de fabricación ni en el coste. Sólo cuenta el volumen impreso, es decir, la cantidad de materia utilizada. Hay 3 razones. La primera es que se gana tiempo: en la empresa realizar aprisa y al menor coste un futuro producto, para verificar su conformidad antes de lanzar su producción en serie. En los coches de exhibición que se ven en los Salones del Automóvil, el 90% de las piezas de talla pequeña se han realizado con la impresora 3D, sin construir ningún molde. La 2ª razón es la economía de material. Al construir el objeto, el material arrancado puede representar hasta el 80% de la materia usada. La fabricación aditiva solo deposita material en donde es necesario, y optimiza la relación peso/resistencia del objeto producido. Y la 3ª razón es disminuir el coste: se logra el prodigio de hecho a medida en serie. En el fichero 3D basta introducir las características del nuevo objeto.

No hace falta ser un VIP para sacar provecho. Los dentistas que han de crear prótesis de nuevos dientes recurren a la práctica 3D: escanear la parte de la mandíbula en donde será insertada la prótesis, dibujar el modelo numérico a medida, y enviarlo la impresora 3D. Desde 1995 los protesistas dentales comenzaron a imprimir las prótesis en acero, luego en una aleación del cromo-cobalto, luego en titanio, en cerámica, en zirconio. Lo mismo hacen los protesistas auditivos: la forma del audífono tiene que adaptarse al conducto auditivo del medio sordo. Hoy dia el 60% de los audífonos se crean en la impresora 3D.

Prótesis en medicina

Fabricar los instrumentos que ayudan al cirujano durante la operación. En Morgan Stanley Children's Hospital de New York, un niño de una semana tiene una malformación rara en el corazón, y hay que operarlo. Como preparación han impreso el corazón en 3D, han estudiado con pormenor el problema, y lo han resuelto con solo una operación, en vez de 2 o 3, que es lo habitual.

Desde el año 2000 existen las prótesis personalizadas: el implante coclear, la lente de contacto, la prótesis de rodilla, etc. En 2013 en el MIT americano crearon un material comparable al hueso humano, con su estructura porosa, lo cual abre perspectivas inauditas en cirugía reparadora.

En vista del éxito, ahora se intenta crear órganos, a base de imprimir células vivas, las que son aptas para transformarse en cualquier tipo de célula humana. Para ello emplean la bio-tinta, y la impresora de chorro de tinta, que las lanza en forma de spray para construir el modelo que se desea. La idea es construir un riñón, un hígado. En teoría es posible. En ExsoBionics han desarrollado un exoesqueleto para paraplégicos, con impresión 3D-fabricación aditiva. Es un exoesqueleto rígido y de poco peso, con polímero poroso, imitando el hueso natural. Es un avance no sólo para la industria de prótesis médicas sino para los paraplégicos y sus familias.

La impresora 3D presenta limitaciones de tamaño: un metro para polímeros y 40 cm para el metal. Su aspecto externo es muy parecido a un microondas. Para este año se esperan unas 217.000 ventas de impresoras 3D de a escala mundial y el proceso está sólo comenzando.

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