17 April, 2021 Revista Digital sobre Patentes, Marcas y Propiedad Intelectual

Impresión 3D ¿Juguete o revolución?

La impresión 3D o Manufactura Aditiva (AM) es una macro categoría que engloba diversas técnicas para la elaboración de piezas funcionales o componentes a través de la adición de material y no por desbaste como lo hacen las técnicas convencionales de manufactura (Fresado, Torneado, etc.). Existen diferentes técnicas de AM, cada una de ellas especializada en la elaboración de materiales diversos, con la posibilidad de implementar una amplia gama de materiales, partiendo de los materiales plásticos (ABS, PLA), materiales cerámicos, metales, hasta la posibilidad de trabajar con materiales orgánicos.

El principio de funcionamiento de las impresoras 3D para los diversos materiales es prácticamente igual, con algunas pequeñas variaciones dependiendo del material a implementar. Se parte de un archivo CAD tridimensional que contiene la geometría de la pieza o componente a elaborar, posteriormente es post-procesado por un software proyectado para cada tipo de máquina, que se encarga de determinar el lenguaje máquina, generando un archivo especial para la máquina que identifica el proceso óptimo para proceder en la creación de la pieza. La impresión en plásticos/resinas se lleva a cabo con las técnicas FDM, SLA y SLS, leyendo el archivo tridimensional disponen sus ejes para realizar una trayectoria en la cual el material viene depositado creando primero una capa del objeto y finalizándola, después la plataforma de construcción desciende para permitir el desarrollo de una nueva capa, y así sucesivamente continua el proceso hasta la obtención del componente.

En la técnica FDM el material plástico es extruido en caliente y posteriormente depositado. La técnica SLA hace uso de resinas líquidas que se curan a través de un láser que emite una luz ultravioleta. El proceso de SLS realiza una modificación a su proceso de operación, debido a que la materia prima es de forma granular, es decir aplican polvos milimétricos, siendo éstos sinterizados por la implementación de un rayo láser del tipo CO2, logrando la unión de las partículas de polvo y su posterior solidificación. También es posible realizar objetos con la implementación de polvos metálicos a través de la técnica SLS y con la reciente técnica conocida como SLM, ésta última en lugar de sinterizar las partículas de polvo, las fusiona implementando un sistema laser de alta potencia. La impresión aditiva para materiales cerámicos e inorgánicos sigue el mismo proceso de operación, básicamente consiste en aportar material para la fabricación capa por capa, hasta completar la estructura del objeto.

Las diversas tecnologías que suman al término de impresión 3D han sido sujetas a cambios tecnológicos en los últimos años, buscando la manera de optimizar y reducir los costos de fabricación de las máquinas, debido a que implementan componentes de alto costo y que deben de operar en condiciones controladas para mejorar los resultados de impresión. Por lo tanto no es de asombrarse que las máquinas avanzadas de impresión 3D no sólo son de elevado costo, sino que, presentan otros obstáculos para su difusión.

Por ejemplo, las máquinas de impresión  3D son complejas en su operación, requieren de tiempos prolongados para realizar un componente, llegando hasta días de trabajo continuo, cuentan con un pequeño volumen de trabajo, por lo cual no se pueden construir objetos de grandes dimensiones, el acabado superficial es rugoso, utilizan un alto consumo de energía y típicamente las piezas construidas cuestan diez veces más en comparación a las fabricadas por las técnicas convencionales.

Con la lista anterior podría decirse que en general las máquinas de impresión 3D son máquinas costosas al alcance de pocas personas,  y que si bien su fin es el de poder producir objetos de una forma innovadora también algunas personas podrían considerarlas como un juguete de lujo. Esto debido a que muchas veces las máquinas de impresión 3D son adquiridas para realizar solamente pequeños objetos en plástico, pero sin un fin en específico necesariamente. Es decir, podría decirse que en muchas ocasiones estas máquinas sirven para aumentar la fabricación de componentes inútiles o de ocio sin beneficio alguno o incluso llegar a realizar objetos que no nos pertenecen. Lo último se refiere a que una práctica común es el imprimir objetos copiados de otros diseños y creados por otras personas, infringiendo las leyes de propiedad intelectual, afectando a las empresas creativas y diseñadores. Por lo tanto, es normal que las personas que no cuentan con toda la información relevante para entender el alcance y ventajas de la impresión 3D, se puedan preguntar  lo siguiente:

¿Es acaso las máquinas de impresión 3D sólo juguetes costosos o una revolución en el paradigma de la producción?

Tomando algunas de las ideas anteriores con respecto al uso frecuente de la impresión 3D para actividades de ocio, se podría pensar que la respuesta es que “sí”, ya que muchas personas por el momento consideran o relacionan la idea de las máquinas de impresión 3D como juguete costosos. Sin embargo, hay que tener en mente que la mayoría de las nuevas tecnologías han pasado por un proceso de difusión y aceptación, de prueba y error. Además de que cuando entraban al mercado eran accesibles para pocas personas, y su potencial era entendido por pocos y por lo tanto esto se reflejaba en una utilidad incierta, citando un ejemplo, la computadora.

Pero para entender un poco mejor la situación actual de la impresión 3D, podríamos apoyarnos de la Teoría de la Difusión de Innovaciones. Escrita por Everett Rogers en 1962, esta teoría sigue siendo un referente para entender el proceso en que las nuevas tecnologías comienzan a ser más utilizadas con el tiempo. En breve, Rogers define en su obra la difusión como un proceso mediante el cual una innovación (o nueva tecnología como la impresión 3D) es difundida en el tiempo por determinados canales entre los miembros de un sistema social. A su vez los miembros del sistema siguen un proceso de decisión para adoptar una innovación con cinco etapas: conocimiento (y entender la innovación), persuasión (actitud positiva o negativa hacia la innovación), decisión (se acepta o se rechaza la innovación), implementación (se prueba la innovación), y confirmación (refuerzo de la decisión).

Otro de los puntos clave de la teoría de Rogers es la rapidez (o grado de prontitud) con que un individuo adopta una innovación en comparación a como lo hacen otros miembros del sistema. Con base a esta idea Rogers identificó cinco grupos que resultan en unas de las etapas de adopción de una innovación más conocidas. Estos grupos son:

  • Los innovadores o generadores (2.5%), son los primeros en utilizar la innovación, son los aventureros y ansiosos de experimentar las nuevas tecnologías
  • Los primeros adoptantes (13.5%), son los que adoptan la tecnología por que reconocen sus beneficios y son líderes capaces de influenciar a otros.
  • La primera mayoría (34%), son los que deliberan antes de adoptar totalmente una nueva idea y requieren referencias exitosas antes de adoptar la innovación
  • La mayoría tardía (34%), son los escépticos que se pueden sentir incómodos con la innovación y necesitan la presión de sus congéneres para motivar la adopción
  • Los rezagados (16%), son los últimos en adoptar la innovación o simplemente la rechazan, son los tradicionalistas que su única referencia es el pasado.

Tomando la situación actual del uso de la impresión 3D podríamos decir que el grupo de los innovadores ya ha estado utilizando este tecnología desde hace varios años. El grupo de los primeros adoptantes también se ha incrementado considerablemente en el último par de años al grado de extender el uso de la impresión 3D a áreas y disciplinas nunca imaginadas anteriormente. Sin embargo aún faltan que más personas utilicen la impresión 3D por sus beneficios y no por la necesidad de tener referencias confiables y por lo tanto aún falta tiempo para empezar a ver más personas en el tercer grupo de adoptantes. Se podría decir entonces que en éste momento la impresión 3D se encuentra en esa transición, incomprendida por muchos y escondiendo un gran potencial para diversas áreas de producción. Para enfatizar esta última idea, a continuación se enlistan algunos ejemplos puntuales de objetos que actualmente se han logrado realizar con las técnicas de impresión 3D:

La industria automotriz se ha visto beneficiada con la construcción de componentes que integran el vehículo, pero va más allá, hasta la fabricación de un automóvil construido enteramente por las técnicas de impresión 3D, su nombre es Strati, un automóvil eléctrico fabricado por la Local Motors en el 2014, y que es realizado con un termoplástico que puede ser reciclado en su mayoría.

La industria aeroespacial hizo lo suyo con THOR realizado por AIRBUS en el 2015, siendo un objeto volador no tripulado, dando pautas a la gran cantidad de drones que pueden ser realizados, con diversas actividades (discutidas en un artículo anterior).

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Estas industrias trabajan continuamente para optimizar los procesos de impresión 3D en metales, logrando construir compontes finales y estructuras ya ensambladas con geometrías complejas que con otro tipo de proceso de manufactura sería imposible de realizar, logrando propiedades mecánicas incluso superiores a las obtenidas normalmente gracias a la microestructura obtenida.

La industria de la restauración no se ve ajena al uso de la impresión 3D, el restaurante Food Ink en Londres, es pionero en la fabricación de comida comestible elaborada completamente con máquinas 3D, no sólo la comida es impresa, también lo son las sillas, los cubiertos, los platos, etc. La empresa Barilla, implementa las técnicas AM para la elaboración de pastas geométricas y no dejando de mencionar al uso del chocolate para la fabricación de objetos particulares.

La orfebrería hace uso de la impresión 3D para realizar joyas, realizando una amplia gama de geometrías y diseños vanguardistas, siguiendo en el sector del arte las impresoras son usadas para realizar esculturas y reconstrucciones, hasta llegar a la realización de tatuajes para el cuerpo humano.

La industria de la construcción no se queda atrás, la empresa ZhuoDa group, se encargó de realizar la construcción de una casa 3D, que se encuentra en Weihai China, construida en diversos módulos usando material de desecho y ensamblada en su destino final en tan sólo pocas horas.

Finalmente, uno de los sectores que se ha visto más beneficiado es el sector salud, ya que hacen uso de las diversas técnicas de impresión 3D para la elaboración de prótesis antropométricas realizadas a medida, así como la realización de diversos dispositivos médicos como es una válvula de microcefalia desarrollada en la UAEM México, hasta el desarrollo de órganos, con el uso de bioimpresoras. Otro ejemplo es la Wake Forest University que ha logrado desarrollar un hidrogel que contiene células humanas, además la impresora implementa otro tipo de materiales orgánicos para otorgar la estructura que finalmente es disuelta, creando así tejido humanos.

Como podemos ver los avances de la impresión 3D no sólo se han incrementado en los últimos años sino que están siendo disruptivos. Aún no podemos asegurar que la impresión 3D será adoptada en poco tiempo por todos los grupos (menos los rezagados) que Rogers propone. Tampoco podemos asegurar desde un punto de vista Kuhniano, que la impresión 3D cambiará totalmente el paradigma de la producción en un futuro cercano. Esto sólo el tiempo lo decidirá, pero mientras esto sucede de lo que sí estamos seguros es de que veremos más y variados usos y aplicaciones de la impresión 3D en los procesos productivos y nuestras vidas en general, y eso suena emocionante.

Fuente: ADRIANNI ZANATTA ALARCÓN and ANDRÉS RAMÍREZ PORTILLA, Departamento de Ingeniería Mecánica, Politecnico di Milano. Via La Masa 1, 20156 Milano, Italia. [email protected] and [email protected]

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