En esta serie de artículos quiero recopilar algunas nociones básicas de la impresión 3D, tan de moda en los últimos años. Existe mucho hype, mucho marketing, mucho engaño y mucho desconocimiento relacionado con esta tecnología. Los ocho artículos que voy a exponer son:
- 3D Printing – 1 de 8 – Conceptos básicos
- 3D Printing – 2 de 8 – Tecnologías y materiales
- 3D Printing – 3 de 8 – Beneficios
- 3D Printing – 4 de 8 – Usos, oportunidades y realidades
- 3D Printing – 5 de 8 – Diseño para 3DP
- 3D Printing – 6 de 8 – Ingeniería aplicada
- 3D Printing – 7 de 8 – Su lugar en el futuro digital
- 3D Printing – 8 de 8 – Retos y desafíos
Existe mucha información en Internet e invito a todo el mundo a explorar abiertamente. Adelanto, eso sí, que el contenido que más merece la pena está en inglés. Así pues, recomiendo para iniciarse visitar los siguientes enlaces, de algunos de los cuales me he servido para añadir información:
Mi intención con estos capítulos es dirigirme a todos los públicos, con contenido técnico pero no demasiado complejo, ya que desde mi experiencia profesional, existe mucha desinformación y necesidad de comprender las bases de la tecnología. Para conceptos más avanzados, podéis consultarme en privado. Espero que con toda esta información, consigamos acercar esta apasionante tecnología a mentes curiosas como las vuestras.
¿Qué es el 3D Printing?
El 3D Printing (3DP) o impresión 3D es un término sugerente pero peligroso. Es habitual que se asocie a una impresión análoga a la de tinta sobre papel, pero en tres dimensiones. Digo peligroso, porque esto lleva a pensar que se trata de un proceso de dibujar (como si fuese escribir un documento) un objeto y darle a un botón de imprimir (como en una impresora de casa), obteniendo finalmente un producto físico tridimensional sin ninguna habilidad o procesos adicionales. Esto, al menos a día de hoy, no es así.
El 3DP se tiene que entender como un método de fabricación más, como puede ser el torneado, la inyección de plástico o la embutición. Aunque explicaremos el proceso en el capítulo siguiente, no puedo resistirme a poner a mi amigo Mehdi explicándonos la impresión 3D:
La impresión 3D, como cualquier método de fabricación, tiene sus peculiaridades y sus limitaciones. Pese a todo, como veremos en el capítulo 3, tiene el potencial de cambiar el mundo.
Por ello, a mí me gusta hablar de Fabricación Aditiva,
o Additive Manufacturing (AM)
Éste nombre sí nos evoca a algo más parecido a la realidad; se trata de fabricar un objeto en un proceso de adición de material, a diferencia de los métodos de fabricación más clásicos, que suelen ser de eliminación de material (por ejemplo, mecanizados).
Mediante AM, fabricamos el objeto poco a poco, añadiendo el material final del producto de forma controlada, sólo donde se necesita. Generalmente, como veremos en el siguiente capítulo, esta adición de material se suele hacer capa a capa, como en aquellos puzles 3D de hace años:
Adición de material a partir de un modelo digital
Otra característica fundamental del 3DP es que el objeto se imprime fabrica a partir de una representación digital del mismo. Solemos llamar a este objeto virtual “modelo CAD”:
Esta característica es fundamental y es la que nos acerca a aquello de imprimir, ya que a priori no hay pasos intermedios entre la representación virtual de lo que queremos imprimir y el objeto final.
No se necesitan herramientas específicas para tallar nuestro objeto, plantillas de una forma determinada, moldes o cualquier otro producto intermedio.
Acercando la imaginación a la realidad
La falta de herramientas intermedias se traduce en mayor libertad de diseño. Esto es, como veremos en capítulos posteriores, la principal de las ventajas de esta tecnología.
¿Se puede imprimir cualquier cosa?
No.
Mayor libertad de diseño no es igual a libertad total de diseño. Existen reglas, fronteras y limitaciones que hay que entender. Existen normas de diseño, como veremos en el capítulo 5 que nos ayudan a explotar todas las posibilidades de esta tecnología.
¿Siempre son impresoras pequeñas como las de la TV?
En realidad, dentro de 3DP englobamos una cantidad enorme de tecnologías distintas, que tienen en común las dos características que enuncié antes.
Existen impresoras de plástico para trastear en el garaje de 100€ o máquinas profesionales que fabrican en titanio o aluminio de millones de euros y de grandes dimensiones. Cada tecnología es distinta, puede imprimir distintos tamaños, materiales, tiene distintas precisiones, tolerancias o propiedades finales.
Pero es algo nuevo, ¿no? Tendrá que madurar
No y sí.
Podemos asumir que este tipo de tecnología empezó en la década de 1980. Por aquel entonces, empezó a denominarse prototipado rápido, ya que su propósito inicial era fabricar prototipos rápidos y baratos de distintos productos en entornos industriales, usado mayoritariamente por ingenieros de producto y muy principalmente en el sector del automóvil. Distintas tecnologías fueron patentándose y desarrollándose hasta nuestros días.
Un momento crucial, en mi opinión, fue alrededor de año 2005, cuando surgió el movimiento RepRap. Varias de las patentes de impresión 3D vencieron, lo que provocó la aparición de una comunidad amateur de desarrolladores, que vieron que podían montar impresoras caseras replicando los mismos principios a los que ahora tenían acceso. De este tipo de impresoras surge la mayor parte de interés y conocimiento de la tecnología en la actualidad. De este movimiento vemos impresoras con la que imprimir todo tipo de figuritas de plástico y que atrae tanto interés.
Por otro lado, las tecnologías de impresión 3D claramente pueden mejorar y mucho. Y lo están haciendo. En la actualidad, los mayores avances se están consiguiendo con máquinas de uso profesional e industrial, que están perfeccionando la calidad, velocidad, productividad y fiabilidad. De hecho, esto es una prueba del potencial de la tecnología, que está haciendo crecer el mercado a un ritmo impresionante, con apuestas millonarias por parte de grandes compañías.
¿Pero cómo funciona? ¿Cómo se imprime a partir de un modelo CAD?
Aunque en el capítulo 2 hablaremos de las tecnologías, es importante avanzar cómo, a día de hoy, el proceso completo más genérico es el siguiente:
- Diseño 3D en CAD (en sólido) de lo que se quiere fabricar.
- Transformación del CAD en .stl (link).
- Build Setup. Se define cómo se va a fabricar el objeto en la máquina: tamaño, orientación, posición y elementos auxiliares. Se transforma el sólido 3D en capas, como si fuésemos cortando en finas rodajas el objeto desde abajo hacia arriba (video). Cada una de estas capas de traduce en una trayectoria en un plano.
- Machine Setup. Se seleccionan los parámetros de la máquina. Evidentemente, están muy ligados a la tecnología que aplique. Por ejemplo, estos parámetros pueden ser: velocidad de deposición, temperatura del extrusor, temperatura de la cámara, retracción, potencia del láser, etc.
- Fabricación o impresión.
- Post-proceso. Normalmente las piezas requieren de algún proceso posterior a la fabricación: pulido, mecanizado, pintado, eliminación de soportes, tratamiento térmico, etc. Este proceso será más laborioso y complejo cuanto más solicitante sea el producto que queremos crear (video).
Para conocer más de este proceso, podéis visitar los siguientes vídeos, donde se muestran todos los pasos necesarios para fabricar una pieza desde nuestra imaginación:
Nótese que todo este proceso y estos pasos también están evolucionando. Más información en futuros capítulos.
En resumen
3DP es una colección de muchas tecnologías diferentes bajo dos mismos principios:
- Se fabrica un objeto añadiendo material poco a poco.
- La máquina añade el material según las instrucciones de un SW que traduce el modelo CAD en instrucciones de máquina.
Se trata de un método de fabricación, con características propias, y no debe entenderse como una impresión clásica de papel.
La principal clave del 3DP es que no requiere herramientas intermedias para la fabricación.
Se agradece la información entregada,sobre todo para los que estamos recién en esta área.