La impresión 3D , o fabricación aditiva , es la construcción de un objeto tridimensional a partir de un modelo CAD o un modelo 3D digital . [1] El término "impresión 3D" puede referirse a una variedad de procesos en los que el material se deposita, une o solidifica bajo el control de una computadora para crear un objeto tridimensional , [2] y el material se agrega (como plásticos, líquidos o granos de polvo que se fusionan entre sí), típicamente capa por capa.
En la década de 1980, las técnicas de impresión 3D se consideraban adecuadas solo para la producción de prototipos funcionales o estéticos, y un término más apropiado para ello en ese momento era la creación rápida de prototipos . [3] A partir de 2019 [actualizar], la precisión, la repetibilidad y la gama de materiales de la impresión 3D han aumentado hasta el punto de que algunos procesos de impresión 3D se consideran viables como tecnología de producción industrial, por lo que el término fabricación aditiva se puede utilizar como sinónimo de impresión 3D. . [4] Una de las ventajas clave de la impresión 3D es la capacidad de producir formas o geometrías muy complejas que de otro modo serían imposibles de construir a mano, incluidas piezas huecas o piezas con estructuras internas de celosía para reducir el peso. El modelado de deposición fundida (FDM), que utiliza un filamento continuo de un material termoplástico , es el proceso de impresión 3D más común en uso a partir de 2020 [actualizar]. [5]
Terminología
El término general fabricación aditiva (AM) ganó popularidad en la década de 2000, [6] inspirado en el tema de la adición de materiales ( de varias formas ). Por el contrario, el término fabricación sustractiva apareció como un retrónimo para la gran familia de procesos de mecanizado con la eliminación de material como su proceso común. El término impresión 3D todavía se refería solo a las tecnologías de polímeros en la mayoría de las mentes, y era más probable que el término AM se usara en contextos de producción de piezas de uso final y trabajo de metales que entre los entusiastas de los polímeros, la inyección de tinta o la estereolitografía. La inyección de tinta era la tecnología menos familiar a pesar de que se inventó en 1950 y no se entendía bien debido a su naturaleza compleja. Las primeras impresoras de inyección de tinta se utilizaron como registradores y no como impresoras. Todavía en la década de 1970, el término registrador se asoció con la inyección de tinta. La inyección de tinta continua evolucionó posteriormente a la inyección de tinta a pedido o Drop-On-Demand. Las impresoras de inyección de tinta eran de una sola boquilla al principio y ahora tienen miles de boquillas para imprimir en cada pasada sobre una superficie.
A principios de la década de 2010, los términos impresión 3D y fabricación aditiva evolucionaron en sentidos en los que eran términos generales alternativos para las tecnologías aditivas, uno utilizado en el lenguaje popular por las comunidades de consumidores y los medios de comunicación, y el otro utilizado más formalmente por los fines industriales. utilice productores de piezas, fabricantes de máquinas y organizaciones de normas técnicas globales. Hasta hace poco, el término impresión 3D se ha asociado con máquinas de bajo precio o capacidad. [7] La impresión 3D y la fabricación aditiva reflejan que las tecnologías comparten el tema de la adición o unión de material en un entorno de trabajo 3D bajo control automatizado. Peter Zelinski, editor en jefe de la revista Additive Manufacturing , señaló en 2017 que los términos todavía suelen ser sinónimos en el uso casual, [8] pero algunos expertos de la industria manufacturera están tratando de hacer una distinción en la que la fabricación aditiva comprende la impresión 3D más otras tecnologías u otros aspectos de un proceso de fabricación . [8]
Otros términos que se han utilizado como sinónimos o hiperónimos han incluido fabricación de escritorio , fabricación rápida (como el sucesor lógico del nivel de producción de la creación rápida de prototipos ) y fabricación bajo demanda (que se hace eco de la impresión bajo demanda en el sentido de impresión 2D ). Tal aplicación de los adjetivos rápido y bajo demanda al sustantivo fabricación fue novedosa en la década de 2000 y revela el modelo mental predominante de la larga era industrial en la que casi toda la fabricación de producción implicaba largos plazos de entrega para el laborioso desarrollo de herramientas. Hoy en día, el término sustractivo no ha reemplazado al término mecanizado , sino que lo complementa cuando se necesita un término que cubra cualquier método de remoción. Las herramientas ágiles son el uso de medios modulares para diseñar herramientas que se producen mediante métodos de fabricación aditiva o de impresión 3D para permitir la creación rápida de prototipos y respuestas a las necesidades de herramientas y accesorios. Utillaje Agile utiliza un método rentable y de alta calidad para responder rápidamente a las necesidades del cliente y del mercado, y que puede ser utilizado en hidro-formando , estampación , moldeo por inyección y otros procesos de fabricación.
Historia
1940 y 1950
El concepto general y el procedimiento que se utilizará en la impresión 3D fue descrito por primera vez por Murray Leinster en su cuento de 1945 Things Pass By “Pero este constructor es eficiente y flexible. Yo alimento plásticos magnetrónicos, las cosas con las que hacen casas y barcos hoy en día, en este brazo móvil. Realiza dibujos en el aire siguiendo dibujos que escanea con fotocélulas. Pero el plástico sale del extremo del brazo de dibujo y se endurece a medida que sale ... solo siguiendo los dibujos ” [9]
También fue descrito por Raymond F. Jones en su historia, "Tools of the Trade", publicada en la edición de noviembre de 1950 de la revista Astounding Science Fiction. Se refirió a él como un "aerosol molecular" en esa historia.
1970
En 1971, Johannes F. Gottwald patentó el Liquid Metal Recorder, US3596285A, un dispositivo de material metálico de inyección de tinta continua para formar una fabricación de metal extraíble en una superficie reutilizable para uso inmediato o rescatada para imprimir nuevamente mediante fusión. Esta parece ser la primera patente que describe la impresión 3D con creación rápida de prototipos y fabricación controlada de patrones bajo demanda.
La patente establece: "Como se usa en este documento, el término impresión no está destinado a un sentido limitado, sino que incluye escritura u otros símbolos, formación de caracteres o patrones con una tinta. El término tinta, tal como se usa en, tiene la intención de incluir no solo materiales que contienen colorantes o pigmentos". , pero cualquier sustancia fluida o composición adecuada para su aplicación a la superficie para formar símbolos, caracteres o patrones de inteligencia mediante el marcado. La tinta preferida es de tipo termofusible. La gama de composiciones de tinta disponibles comercialmente que podrían cumplir con los requisitos de la La invención no se conocen en la actualidad. Sin embargo, se ha logrado una impresión satisfactoria de acuerdo con la invención con la aleación de metal conductor como tinta ".
"Pero en términos de requisitos de material para pantallas tan grandes y continuas, si se consumen a velocidades conocidas hasta ahora, pero aumentan en proporción al aumento de tamaño, el alto costo limitaría severamente cualquier disfrute generalizado de un proceso o aparato que satisfaga los objetivos anteriores".
"Por lo tanto, es un objeto adicional de la invención minimizar el uso de materiales en un proceso de la clase indicada".
"Otro objeto de la invención es que los materiales empleados en dicho proceso se recuperen para su reutilización".
"Según otro aspecto de la invención, una combinación para escribir y similares comprende un portador para mostrar un patrón de inteligencia y una disposición para quitar el patrón del portador".
En 1974, David EH Jones presentó el concepto de impresión 3D en su columna habitual Ariadne en la revista New Scientist . [10] [11]
Decenio de 1980
Los primeros equipos y materiales de fabricación aditiva se desarrollaron en la década de 1980. [12]
En abril de 1980, Hideo Kodama del Instituto Municipal de Investigación Industrial de Nagoya inventó dos métodos aditivos para fabricar modelos de plástico tridimensionales con polímero termoendurecible fotoendurecible , donde el área de exposición a los rayos UV se controla mediante un patrón de máscara o un transmisor de fibra de escaneo. [13] Presentó una patente para este trazador XYZ, que se publicó el 10 de noviembre de 1981 ( JP S56-144478 ). [14] Los resultados de su investigación como artículos de revistas se publicaron en abril y noviembre de 1981. [15] [16] Sin embargo, no hubo reacción a la serie de sus publicaciones. Su dispositivo no fue muy evaluado en el laboratorio y su jefe no mostró ningún interés. Su presupuesto de investigación era de solo 60.000 yenes o 545 dólares al año. Se abandonó la adquisición de los derechos de patente del trazador XYZ y se dio por terminado el proyecto.
Una patente US 4323756, Método de fabricación de artículos por deposición secuencial, concedida a Raytheon Technologies Corp el 6 de abril de 1982, utilizando cientos o miles de 'capas' de metal en polvo y una fuente de energía láser es una referencia temprana a la formación de "capas" y la fabricación de artículos. sobre un sustrato.
El 2 de julio de 1984, el empresario estadounidense Bill Masters presentó una patente para su proceso y sistema de fabricación automatizada por computadora ( US 4665492 ). [17] Esta solicitud está registrada en la USPTO como la primera patente de impresión 3D de la historia; fue la primera de tres patentes pertenecientes a Masters que sentó las bases para los sistemas de impresión 3D que se utilizan en la actualidad. [18] [19]
El 16 de julio de 1984, Alain Le Méhauté , Olivier de Witte y Jean Claude André presentaron su patente para el proceso de estereolitografía . [20] La solicitud de los inventores franceses fue abandonada por la Compañía francesa General Electric (ahora Alcatel-Alsthom) y CILAS (The Laser Consortium). [21] El motivo alegado fue "por falta de perspectiva empresarial". [22]
En 1983, Robert Howard fundó RH Research, posteriormente llamado Howtek, Inc. en febrero de 1984 para desarrollar una impresora 2D de inyección de tinta en color, Pixelmaster, comercializada en 1986, utilizando tinta plástica termoplástica (termofusible). [23] Se formó un equipo, 6 miembros [23] de Exxon Office Systems, Danbury Systems Division, una startup de impresoras de inyección de tinta y algunos miembros del grupo Howtek, Inc. que se convirtieron en figuras populares en la industria de la impresión 3D. Un miembro de Howtek, Richard Helinski, patente US5136515A, Método y medios para construir artículos tridimensionales por deposición de partículas, solicitud 11/07/1989 concedida el 8/04/1992 formó una empresa de New Hampshire CAD-Cast, Inc, nombre posteriormente cambiado a Visual Impact Corporation (VIC) el 22/8/1991. Un prototipo de la impresora VIC 3D para esta empresa está disponible con una presentación en video que muestra un modelo 3D impreso con una sola boquilla de inyección de tinta. Otro empleado, Herbert Menhennett, formó una empresa de New Hampshire, HM Research, en 1991 e introdujo Howtek, Inc, tecnología de inyección de tinta y materiales termoplásticos a Royden Sanders de SDI y Bill Masters of Ballistic Particle Manufacturing (BPM), donde trabajó durante varios años. Tanto las impresoras BPM 3D como las impresoras SPI 3D utilizan inyección de tinta estilo Howtek, Inc. y materiales de estilo Howtek, Inc. Royden Sanders obtuvo la licencia de la patente de Helinksi antes de fabricar Modelmaker 6 Pro en Sanders prototype, Inc (SPI) en 1993. James K. McMahon, quien fue contratado por Howtek, Inc para ayudar a desarrollar la inyección de tinta, luego trabajó en Sanders Prototype y ahora opera Layer Grown Model Technology, un proveedor de servicios 3D que se especializa en el soporte de impresoras SDI y de inyección de tinta de boquilla única Howtek. James K. McMahon trabajó con Steven Zoltan, inventor de inyección de tinta de gota bajo demanda de 1972, en Exxon y tiene una patente en 1978 que amplió la comprensión de las impresoras de inyección de tinta de diseño de boquilla única (chorros Alpha) y ayuda a perfeccionar el termofusible de Howtek, Inc. inyección de tinta. Esta tecnología termoplástica de fusión en caliente de Howtek es popular entre la fundición por inversión de metales, especialmente en la industria de la joyería de impresión 3D. [24] El primer cliente de Sanders (SDI) Modelmaker 6Pro fue Hitchner Corporations, Metal Casting Technology, Inc en Milford, Nueva Hampshire, a una milla de las instalaciones de SDI a finales de 1993-1995 fundiendo palos de golf y piezas de motores de automóviles.
El 8 de agosto de 1984 se presentó una patente, US4575330, asignada a UVP, Inc., posteriormente asignada a Chuck Hull de 3D Systems Corporation [25] , su propia patente para un sistema de fabricación de estereolitografía , en el que se añaden láminas o capas individuales mediante curado fotopolímeros con radiación incidente, bombardeo de partículas, reacción química o simplemente láseres de luz ultravioleta . Hull definió el proceso como un "sistema para generar objetos tridimensionales mediante la creación de un patrón de sección transversal del objeto a formar". [26] [27] La contribución de Hull fue el formato de archivo STL (estereolitografía) y las estrategias de corte y relleno digitales comunes a muchos procesos en la actualidad. En 1986, Charles "Chuck" Hull obtuvo una patente para este sistema, y su empresa, 3D Systems Corporation, se formó y lanzó la primera impresora 3D comercial, la SLA-1. [28] más tarde en 1987 o 1988.
La tecnología utilizada por la mayoría de las impresoras 3D hasta la fecha, especialmente los modelos para aficionados y orientados al consumidor, es el modelado por deposición fundida , una aplicación especial de extrusión de plástico , desarrollada en 1988 por S. Scott Crump y comercializada por su empresa Stratasys , que comercializó su primer FDM. máquina en 1992. [24]
Tener una impresora 3D en la década de 1980 costaba más de $ 300,000 ($ 650,000 en dólares de 2016). [29]
Los noventa
Los procesos de AM para la sinterización o fusión de metales (como la sinterización selectiva por láser , la sinterización directa por láser de metales y la fusión selectiva por láser) generalmente tenían sus propios nombres individuales en las décadas de 1980 y 1990. En ese momento, todo el trabajo de los metales se realizaba mediante procesos que ahora se denominan no aditivos ( fundición , fabricación , estampación y mecanizado ); Aunque se aplicó mucha automatización a esas tecnologías (como la soldadura por robot y el CNC ), la idea de que una herramienta o un cabezal se mueva a través de un entorno de trabajo en 3D y transforme una masa de materia prima en una forma deseada con una trayectoria de herramienta se asoció solo en el trabajo de metales. con procesos que eliminan metal (en lugar de agregarlo), como fresado CNC , electroerosión CNC y muchos otros. Pero las técnicas automatizadas que agregaron metal, que luego se llamarían fabricación aditiva, estaban comenzando a desafiar esa suposición. A mediados de la década de 1990, se desarrollaron nuevas técnicas para la deposición de material en Stanford y Carnegie Mellon University , incluida la microfundición [30] y los materiales pulverizados. [31] Los materiales de sacrificio y de apoyo también se habían vuelto más comunes, permitiendo nuevas geometrías de objetos. [32]
El término impresión 3D se refería originalmente a un proceso de lecho de polvo que emplea cabezales de impresión de inyección de tinta estándar y personalizados , desarrollado en el MIT por Emanuel Sachs en 1993 y comercializado por Soligen Technologies, Extrude Hone Corporation y Z Corporation . [ cita requerida ]
El año 1993 también vio el inicio de una empresa de impresoras 3D de inyección de tinta inicialmente llamada Sanders Prototype, Inc y luego llamada Solidscape , que introdujo un sistema de fabricación de chorro de polímero de alta precisión con estructuras de soporte solubles (categorizado como una técnica de "punto sobre punto" ). [24]
En 1995, la Fraunhofer Society desarrolló el proceso de fusión selectiva por láser .
2000
Las patentes del proceso de impresión de Fused Deposition Modeling (FDM) expiraron en 2009. [33]
2010
A medida que maduraron los diversos procesos de aditivos, quedó claro que pronto la remoción de metal ya no sería el único proceso de mecanizado de metales realizado a través de una herramienta o cabezal que se movía a través de un entorno de trabajo 3D, transformando una masa de materia prima en una forma deseada capa por capa. La década de 2010 fueron la primera década en la que el uso de partes de extremo de metal, tales como soportes de motor [34] y tuercas grandes [35] se cultivan (ya sea antes o en lugar de mecanizado) en la producción de trabajo en lugar de obligately ser mecanizado a partir de barra o placa. Sigue siendo cierto que la fundición, la fabricación, el estampado y el mecanizado son más frecuentes que la fabricación aditiva en el trabajo de metales, pero la AM está empezando a hacer avances significativos y, con las ventajas del diseño para la fabricación aditiva , está claro para los ingenieros que mucho más está por venir.
Un lugar en el que AM está haciendo una incursión significativa es en la industria de la aviación. Con casi 3.800 millones de viajeros aéreos en 2016, [36] la demanda de motores a reacción de bajo consumo y de fácil producción nunca ha sido tan alta. Para los grandes OEM (fabricantes de equipos originales) como Pratt y Whitney (PW) y General Electric (GE), esto significa mirar hacia la AM como una forma de reducir costos, reducir la cantidad de piezas no conformes, reducir el peso en los motores para aumentar la eficiencia del combustible y encontrar formas nuevas y muy complejas que no serían factibles con los métodos de fabricación anticuados. Un ejemplo de integración de AM con la industria aeroespacial fue en 2016 cuando Airbus recibió el primer motor LEAP de GE. Este motor tiene boquillas de combustible impresas en 3D integradas que les dan una reducción de piezas de 20 a 1, una reducción de peso del 25% y tiempos de montaje reducidos. [37] Una boquilla de combustible es perfecta en la carretera para la fabricación aditiva en un motor a reacción, ya que permite un diseño optimizado de los componentes internos complejos y es una pieza no giratoria de baja tensión. Del mismo modo, en 2015, PW entregó sus primeras piezas AM en PurePower PW1500G a Bombardier. Siguiendo con las piezas no giratorias y de bajo estrés, PW seleccionó los estatores del compresor y los soportes de anillo sincronizador [38] para implementar esta nueva tecnología de fabricación por primera vez. Si bien la AM sigue desempeñando un papel pequeño en el número total de piezas en el proceso de fabricación de motores a reacción, el retorno de la inversión ya se puede ver en la reducción de piezas, las capacidades de producción rápida y el "diseño optimizado en términos de rendimiento y coste. ". [39]
A medida que la tecnología maduraba, varios autores habían comenzado a especular que la impresión 3D podría ayudar al desarrollo sostenible en el mundo en desarrollo. [40]
En 2012, Filabot desarrolló un sistema para cerrar el bucle [41] con plástico y permite que cualquier impresora 3D FDM o FFF pueda imprimir con una gama más amplia de plásticos.
En 2014, Benjamin S. Cook y Manos M. Tentzeris demostraron la primera plataforma de fabricación aditiva de componentes electrónicos impresos integrados verticalmente y de múltiples materiales (VIPRE) que permitió la impresión 3D de componentes electrónicos funcionales que funcionan hasta 40 GHz. [42]
A medida que el precio de las impresoras comenzó a bajar, las personas interesadas en esta tecnología tuvieron más acceso y libertad para hacer lo que querían. El precio a partir de 2014 seguía siendo alto con un costo de más de $ 2,000, sin embargo, esto aún permitía al aficionado ingresar a la impresión fuera de los métodos de producción e industria. [43]
El término "impresión 3D" se refería originalmente a un proceso que deposita un material aglutinante sobre un lecho de polvo con cabezales de impresora de inyección de tinta capa por capa. Más recientemente, la lengua vernácula popular ha comenzado a utilizar el término para abarcar una variedad más amplia de técnicas de fabricación aditiva, como la fabricación aditiva por haz de electrones y la fusión selectiva con láser. Los Estados Unidos y las normas técnicas mundiales utilizan el término oficial fabricación aditiva para este sentido más amplio.
El proceso de impresión 3D más utilizado (46% en 2018[actualizar]) es una técnica de extrusión de material llamada modelado de deposición fundida o FDM. [5] Si bien la tecnología FDM se inventó después de las otras dos tecnologías más populares, la estereolitografía (SLA) y la sinterización selectiva por láser (SLS), FDM suele ser la más económica de las tres por un amplio margen, [ cita requerida ] que se presta a la popularidad del proceso.
2020
A partir de 2020, las impresoras 3D han alcanzado el nivel de calidad y precio que permite a la mayoría de las personas ingresar al mundo de la impresión 3D. En 2020, se pueden encontrar impresoras de calidad decente por menos de US $ 200 para máquinas de nivel de entrada. Estas impresoras más asequibles suelen ser impresoras de modelado de deposición fundida (FDM). [44]
Principios generales
Modelado
Los modelos imprimibles en 3D se pueden crear con un paquete de diseño asistido por computadora (CAD), a través de un escáner 3D o mediante una cámara digital simple y un software de fotogrametría . Los modelos impresos en 3D creados con CAD dan como resultado relativamente menos errores que otros métodos. Los errores en los modelos imprimibles en 3D se pueden identificar y corregir antes de imprimir. [45] El proceso de modelado manual de la preparación de datos geométricos para gráficos por computadora en 3D es similar a las artes plásticas como la escultura. El escaneo 3D es un proceso de recopilación de datos digitales sobre la forma y apariencia de un objeto real, creando un modelo digital basado en él.
Los modelos CAD se pueden guardar en el formato de archivo de estereolitografía (STL) , un formato de archivo CAD de facto para la fabricación aditiva que almacena datos basados en triangulaciones de la superficie de los modelos CAD. STL no está diseñado para la fabricación aditiva porque genera archivos de gran tamaño de piezas optimizadas para la topología y estructuras de celosía debido a la gran cantidad de superficies involucradas. En 2011 se introdujo un formato de archivo CAD más nuevo, el formato de archivo de fabricación aditiva (AMF) para resolver este problema. Almacena información mediante triangulaciones curvas. [46]
Impresión
Antes de imprimir un modelo 3D desde un archivo STL , primero debe examinarse en busca de errores. La mayoría de las aplicaciones CAD producen errores en los archivos STL de salida, [47] [48] de los siguientes tipos:
- agujeros
- se enfrenta a los normales;
- auto-intersecciones;
- conchas de ruido;
- múltiples errores. [49]
Un paso en la generación STL conocido como "reparación" corrige estos problemas en el modelo original. [50] [51] Generalmente, los STL que se han producido a partir de un modelo obtenido mediante escaneo 3D a menudo tienen más de estos errores [52] ya que el escaneo 3D a menudo se logra mediante adquisición / mapeo punto a punto. La reconstrucción 3D a menudo incluye errores. [53]
Una vez completado, el archivo STL debe ser procesado por un software llamado "cortador", que convierte el modelo en una serie de capas delgadas y produce un archivo de código G que contiene instrucciones adaptadas a un tipo específico de impresora 3D ( FDM impresoras ). [54] Este archivo de código G se puede imprimir con el software de cliente de impresión 3D (que carga el código G y lo usa para instruir a la impresora 3D durante el proceso de impresión 3D).
La resolución de la impresora describe el grosor de la capa y la resolución X – Y en puntos por pulgada (dpi) o micrómetros (µm). El grosor de capa típico es de alrededor de 100 μm (250 DPI ), aunque algunas máquinas pueden imprimir capas tan delgadas como 16 μm (1600 DPI). [55] La resolución X – Y es comparable a la de las impresoras láser . Las partículas (puntos 3D) tienen un diámetro de 50 a 100 μm (510 a 250 DPI). [ cita requerida ] Para esa resolución de impresora, especificar una resolución de malla de 0.01–0.03 mm y una longitud de cuerda ≤ 0.016 mm genera un archivo de salida STL óptimo para un archivo de entrada de modelo dado. [56] Especificar una resolución más alta da como resultado archivos más grandes sin aumentar la calidad de impresión.
La construcción de un modelo con métodos contemporáneos puede llevar desde varias horas hasta varios días, según el método utilizado y el tamaño y la complejidad del modelo. Los sistemas de aditivos generalmente pueden reducir este tiempo a unas pocas horas, aunque varía mucho según el tipo de máquina utilizada y el tamaño y la cantidad de modelos que se producen simultáneamente.
Refinamiento
Aunque la resolución producida por la impresora es suficiente para muchas aplicaciones, se puede lograr una mayor precisión imprimiendo una versión ligeramente sobredimensionada del objeto deseado con una resolución estándar y luego eliminando el material mediante un proceso sustractivo de mayor resolución. [57]
La estructura en capas de todos los procesos de fabricación aditiva conduce inevitablemente a un efecto escalonado en las superficies de las piezas que están curvadas o inclinadas con respecto a la plataforma del edificio. Los efectos dependen en gran medida de la orientación de la superficie de una pieza dentro del proceso de construcción. [58]
Algunos polímeros imprimibles, como el ABS , permiten alisar y mejorar el acabado superficial mediante procesos químicos de vapor [59] a base de acetona o disolventes similares.
Algunas técnicas de fabricación aditiva son capaces de utilizar múltiples materiales en el curso de la construcción de piezas. Estas técnicas pueden imprimir en múltiples colores y combinaciones de colores simultáneamente, y no necesariamente requieren pintura.
Algunas técnicas de impresión requieren que se construyan soportes internos para sobresalir las características durante la construcción. Estos soportes deben eliminarse mecánicamente o disolverse una vez finalizada la impresión.
Todas las impresoras 3D de metal comercializadas implican cortar el componente metálico del sustrato metálico después de la deposición. Un nuevo proceso para la impresión 3D GMAW permite modificaciones de la superficie del sustrato para eliminar el aluminio [60] o el acero . [61]
Materiales
Tradicionalmente, la impresión 3D se centró en polímeros para impresión, debido a la facilidad de fabricación y manipulación de materiales poliméricos. Sin embargo, el método ha evolucionado rápidamente para imprimir no solo varios polímeros [62] sino también metales [63] [64] y cerámicas , [65] haciendo de la impresión 3D una opción versátil para la fabricación. La fabricación capa por capa de modelos físicos tridimensionales es un concepto moderno que "surge de la creciente industria del CAD, más específicamente del lado del modelado sólido del CAD. Antes de que se introdujera el modelado sólido a fines de la década de 1980, los modelos tridimensionales fueron creados con estructuras y superficies de alambre ". [66] pero en todos los casos las capas de materiales son controladas por la impresora y las propiedades del material. La capa de material tridimensional se controla mediante la tasa de deposición establecida por el operador de la impresora y se almacena en un archivo de computadora. El primer material patentado impreso fue una tinta de tipo termofusible para imprimir patrones utilizando una aleación de metal calentada. Vea la historia de 1970 arriba.
Charles Hull presentó la primera patente el 8 de agosto de 1984 para usar una resina acrílica curada con UV usando una fuente de luz enmascarada UV en UVP Corp para construir un modelo simple. El SLA-1 fue el primer producto SL anunciado por 3D Systems en Autofact Exposition, Detroit, noviembre de 1978 en Detroit. El SLA-1 Beta se envió en enero de 1988 a Baxter Healthcare, Pratt and Whitney, General Motors y AMP. La primera producción SLA-1 se envió a Precision Castparts en abril de 1988. El material de resina UV cambió rápidamente a una resina de material a base de epoxi. En ambos casos, los modelos SLA-1 necesitaron curado en horno UV después de enjuagarlos con un limpiador solvente para eliminar la resina límite sin curar. Se vendió un Aparato Post Cure (PCA) con todos los sistemas. Las primeras impresoras de resina requerían una cuchilla para mover resina fresca sobre el modelo en cada capa. El grosor de la capa era de 0,006 pulgadas y el modelo de láser HeCd del SLA-1 era de 12 vatios y barría la superficie a 30 pulgadas por segundo. 3D Systems adquirió UVP en enero de 1990. [67]
Una revisión de la historia muestra que varios materiales (resinas, polvo de plástico, filamento de plástico y tinta plástica de fusión en caliente) se utilizaron en la década de 1980 para patentes en el campo de la creación rápida de prototipos. La resina curada con UV de lámpara enmascarada también fue introducida por Itzchak Pomerantz de Cubital en el Soldier 5600, polvos termoplásticos sinterizados por láser de Carl Deckard (DTM) y papel adhesivo cortado con láser (LOM) apilado para formar objetos por Michael Feygin antes de que 3D Systems hiciera su primer anuncio. Scott Crump también estaba trabajando con el modelado de filamentos plásticos extruidos "fundidos" (FDM) y la deposición en gotas había sido patentada por William E Masters una semana después de la patente de Charles Hull en 1984, pero tenía que descubrir los inyectores de tinta termoplásticos introducidos por la impresora 3D Visual Impact Corporation en 1992 utilizando impresoras de inyección de tinta de Howtek, Inc., antes de formar BPM para sacar su propio producto de impresora 3D en 1994. [67]
Impresión 3D multimaterial
Un inconveniente de muchas tecnologías de impresión 3D existentes es que solo permiten imprimir un material a la vez, lo que limita muchas aplicaciones potenciales que requieren la integración de diferentes materiales en el mismo objeto. La impresión 3D de múltiples materiales resuelve este problema al permitir que se fabriquen objetos de disposiciones complejas y heterogéneas de materiales utilizando una sola impresora. Aquí, se debe especificar un material para cada vóxel (o elemento de píxel de impresión 3D) dentro del volumen del objeto final.
Sin embargo, el proceso puede estar plagado de complicaciones debido a los algoritmos aislados y monolíticos. Algunos dispositivos comerciales han tratado de resolver estos problemas, como la construcción de un traductor Spec2Fab, pero el progreso aún es muy limitado. [68] No obstante, en la industria médica, se ha presentado un concepto de píldoras y vacunas impresas en 3D. [69] Con este nuevo concepto, se pueden combinar varios medicamentos, lo que reducirá muchos riesgos. Con cada vez más aplicaciones de impresión 3D de múltiples materiales, los costos de la vida diaria y el desarrollo de alta tecnología serán inevitablemente más bajos.
También se están investigando materiales metalográficos de impresión 3D. [70] Al clasificar cada material, CIMP-3D puede realizar sistemáticamente impresiones 3D con múltiples materiales. [71]
Impresión 4D
El uso de la impresión 3D y las estructuras de múltiples materiales en la fabricación aditiva ha permitido el diseño y la creación de lo que se denomina impresión 4D. La impresión 4D es un proceso de fabricación aditiva en el que el objeto impreso cambia de forma con el tiempo, la temperatura o algún otro tipo de estimulación. La impresión 4D permite la creación de estructuras dinámicas con formas, propiedades o funcionalidad ajustables. Los materiales inteligentes / sensibles a estímulos que se crean mediante la impresión 4D se pueden activar para crear respuestas calculadas como el autoensamblaje, la autorreparación, la multifuncionalidad, la reconfiguración y el cambio de forma. Esto permite la impresión personalizada de materiales que cambian de forma y con memoria de forma. [72]
La impresión 4D tiene el potencial de encontrar nuevas aplicaciones y usos para materiales (plásticos, compuestos, metales, etc.) y creará nuevas aleaciones y compuestos que antes no eran viables. La versatilidad de esta tecnología y materiales puede conducir a avances en múltiples campos de la industria, incluido el espacio, el comercial y el médico. La repetibilidad, precisión y rango de materiales para la impresión 4D debe aumentar para permitir que el proceso sea más práctico en todas estas industrias.
Para convertirse en una opción de producción industrial viable, hay un par de desafíos que la impresión 4D debe superar. Los desafíos de la impresión 4D incluyen el hecho de que las microestructuras de estos materiales inteligentes impresos deben estar cerca o mejores que las piezas obtenidas a través de los procesos de mecanizado tradicionales. Es necesario desarrollar materiales nuevos y personalizables que tengan la capacidad de responder consistentemente a diversos estímulos externos y cambiar a su forma deseada. También existe la necesidad de diseñar un nuevo software para los diversos tipos de técnicas de impresión 4D. El software de impresión 4D deberá tener en cuenta el material inteligente base, la técnica de impresión y los requisitos estructurales y geométricos del diseño. [73]
Procesos e impresoras
Hay muchos procesos de fabricación aditiva de marca diferentes , que pueden agruparse en siete categorías: [74]
- Fotopolimerización de tina
- Chorro de material
- Chorro de aglutinante
- Fusión en lecho de polvo
- Extrusión de material
- Deposición de energía dirigida
- Laminación de hojas
Las principales diferencias entre los procesos están en la forma en que se depositan las capas para crear las piezas y en los materiales que se utilizan. Cada método tiene sus propias ventajas e inconvenientes, por lo que algunas empresas ofrecen una opción de polvo y polímero para el material utilizado para construir el objeto. [75] Otros a veces utilizan papel comercial estándar disponible como material de construcción para producir un prototipo duradero. Las principales consideraciones al elegir una máquina son generalmente la velocidad, los costos de la impresora 3D, el prototipo impreso, la elección y el costo de los materiales y las capacidades de color. [76] Las impresoras que trabajan directamente con metales son generalmente caras. Sin embargo, se pueden usar impresoras menos costosas para hacer un molde, que luego se usa para fabricar piezas de metal. [77]
ISO / ASTM52900-15 define siete categorías de procesos de fabricación aditiva (AM) en su significado: inyección de aglutinante, deposición de energía dirigida, extrusión de material, inyección de material, fusión de lecho de polvo, laminación de láminas y fotopolimerización en cubeta. [78]
El primer proceso en el que se deposita material tridimensional para formar un objeto se realizó con Material Jetting [24] o como se llamaba originalmente deposición de partículas. La deposición de partículas por inyección de tinta comenzó con la tecnología Continuous Inkjet (CIT) (1950) y luego con la tecnología Drop-On-Demand Inkjet (1970) utilizando tintas Hot-melt. Las tintas de cera fueron los primeros materiales tridimensionales inyectados y luego el metal de aleación de baja temperatura se inyectó con CIT. A continuación, el DOD inyectó cera y termofusibles termoplásticos. Los objetos eran muy pequeños y comenzaban con caracteres de texto y números para señalización. Un objeto debe tener forma y se puede manipular. Caracteres de cera cayeron de documentos en papel e inspiraron una patente de Liquid Metal Recorder para hacer caracteres de metal para señalización en 1971. Tintas de color termoplásticas (CMYK) impresas con capas de cada color para formar los primeros objetos en capas formados digitalmente en 1984. La idea de la fundición a la inversión con imágenes o patrones de inyección de tinta sólida en 1984 dio lugar a la primera patente para formar artículos a partir de la deposición de partículas en 1989, emitida en 1992.
Algunos métodos derriten o ablandan el material para producir las capas. En la fabricación de filamentos fundidos , también conocida como modelado por deposición fundida (FDM), el modelo o la pieza se produce extruyendo pequeñas perlas o corrientes de material que se endurecen inmediatamente para formar capas. Un filamento de termoplástico , alambre metálico u otro material se alimenta a un cabezal de boquilla de extrusión ( extrusora de impresora 3D ), que calienta el material y enciende y apaga el flujo. FDM está algo restringido en la variación de formas que pueden fabricarse. Otra técnica fusiona partes de la capa y luego se mueve hacia arriba en el área de trabajo, agregando otra capa de gránulos y repitiendo el proceso hasta que la pieza se haya acumulado. Este proceso utiliza el medio no fundido para soportar voladizos y paredes delgadas en la pieza que se está produciendo, lo que reduce la necesidad de soportes auxiliares temporales para la pieza. [79] Recientemente, FFF / FDM se ha expandido a la impresión 3D directamente desde gránulos para evitar la conversión a filamento. Este proceso se llama fabricación de partículas fundidas (FPF) (o fabricación granular fundida (FGF) y tiene el potencial de utilizar más materiales reciclados. [80]
Las técnicas de fusión en lecho de polvo, o PBF, incluyen varios procesos como DMLS , SLS , SLM, MJF y EBM . Los procesos Powder Bed Fusion se pueden usar con una variedad de materiales y su flexibilidad permite estructuras geométricamente complejas, [81] lo que lo convierte en una opción para muchos proyectos de impresión 3D. Estas técnicas incluyen la sinterización selectiva por láser , tanto con metales como con polímeros, y la sinterización directa por láser de metales . [82] La fusión selectiva por láser no utiliza la sinterización para la fusión de gránulos de polvo, pero derretirá completamente el polvo utilizando un láser de alta energía para crear materiales completamente densos en un método por capas que tiene propiedades mecánicas similares a las de los metales fabricados convencionales. . La fusión por haz de electrones es un tipo similar de tecnología de fabricación aditiva para piezas metálicas (por ejemplo, aleaciones de titanio ). EBM fabrica piezas fundiendo polvo metálico capa por capa con un haz de electrones en alto vacío. [83] [84] Otro método consiste en un sistema de impresión 3D de inyección de tinta , que crea el modelo una capa a la vez extendiendo una capa de polvo ( yeso o resinas ) e imprimiendo un aglutinante en la sección transversal de la pieza usando un proceso similar al de la inyección de tinta. Con la fabricación de objetos laminados , las capas delgadas se cortan para dar forma y se unen. Además de los métodos mencionados anteriormente, HP ha desarrollado Multi Jet Fusion (MJF), que es una técnica a base de polvo, aunque no se trata de láser. Una matriz de inyección de tinta aplica agentes de fusión y detallado que luego se combinan mediante calentamiento para crear una capa sólida. [85]
Otros métodos curan materiales líquidos utilizando diferentes tecnologías sofisticadas, como la estereolitografía . La fotopolimerización se utiliza principalmente en estereolitografía para producir una parte sólida a partir de un líquido. Los sistemas de impresoras de inyección de tinta como el sistema Objet PolyJet rocían materiales de fotopolímero en una bandeja de construcción en capas ultrafinas (entre 16 y 30 µm) hasta que se completa la pieza. [86] Cada capa de fotopolímero se cura con luz ultravioleta después de inyectarse, lo que produce modelos completamente curados que se pueden manipular y usar de inmediato, sin curado posterior. Se pueden realizar características ultrapequeñas con la técnica de microfabricación 3D utilizada en la fotopolimerización multifotónica . Debido a la naturaleza no lineal de la fotoexcitación, el gel se cura a un sólido solo en los lugares donde se enfocó el láser, mientras que el gel restante se elimina por lavado. Se producen fácilmente tamaños de elementos de menos de 100 nm, así como estructuras complejas con partes móviles y entrelazadas. [87] Otro enfoque más utiliza una resina sintética que se solidifica mediante LED . [88]
En la estereolitografía basada en proyección de imágenes de máscaras, un modelo digital 3D se corta mediante un conjunto de planos horizontales. Cada sector se convierte en una imagen de máscara bidimensional. La imagen de la máscara se proyecta luego sobre una superficie de resina líquida fotoendurecible y se proyecta luz sobre la resina para curarla en la forma de la capa. [89] La producción de interfase líquida continua comienza con una mezcla de resina de fotopolímero líquida . Parte del fondo de la piscina es transparente a la luz ultravioleta (la "ventana"), lo que hace que la resina se solidifique. El objeto se eleva lo suficientemente lento como para permitir que la resina fluya hacia abajo y mantenga el contacto con la parte inferior del objeto. [90] En la deposición de energía dirigida alimentada con polvo, se utiliza un láser de alta potencia para fundir el polvo metálico suministrado al foco del rayo láser. El proceso de energía dirigida alimentado con polvo es similar al sinterizado selectivo por láser, pero el polvo metálico se aplica solo donde se está agregando material a la pieza en ese momento. [91] [92]
A diciembre de 2017[actualizar], había sistemas de fabricación aditiva en el mercado que oscilaban entre $ 99 y $ 500,000 en precio y se empleaban en industrias como la aeroespacial, arquitectura, automotriz, defensa y reemplazos médicos, entre muchas otras. Por ejemplo, General Electric utiliza impresoras 3D de alta gama para fabricar piezas para turbinas . [93] Muchos de estos sistemas se utilizan para la creación rápida de prototipos, antes de que se empleen los métodos de producción en masa. La educación superior ha demostrado ser un importante comprador de impresoras 3D profesionales y de escritorio, lo que los expertos de la industria generalmente ven como un indicador positivo. [94] Las bibliotecas de todo el mundo también se han convertido en lugares para albergar impresoras 3D más pequeñas para el acceso educativo y comunitario. [95] Varios proyectos y empresas están haciendo esfuerzos para desarrollar impresoras 3D asequibles para uso doméstico. Gran parte de este trabajo ha sido impulsado y dirigido a comunidades de bricolaje / creadores / entusiastas / primeros usuarios , con vínculos adicionales con las comunidades académicas y de piratas informáticos . [96]
La litografía axial computarizada es un método de impresión 3D basado en escaneos de tomografía computarizada para crear impresiones en resina fotocurable. Fue desarrollado por una colaboración entre la Universidad de California, Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . [97] [98] [99] A diferencia de otros métodos de impresión 3D, no construye modelos depositando capas de material como el modelado de deposición fundida y la estereolitografía , sino que crea objetos usando una serie de imágenes 2D proyectadas en un cilindro de resina. [97] [99] Es notable por su capacidad para construir un objeto mucho más rápidamente que otros métodos que utilizan resinas y la capacidad de incrustar objetos dentro de las impresiones. [98]
La fabricación aditiva líquida (LAM) es una técnica de impresión 3D que deposita un material líquido o de alta viscosa (por ejemplo, caucho de silicona líquida) sobre una superficie de construcción para crear un objeto que luego se vulcaniza usando calor para endurecer el objeto. [100] [101] [102] El proceso fue creado originalmente por Adrian Bowyer y luego fue desarrollado por el RepRap alemán. [100] [103] [104]
Aplicaciones
En el escenario actual, la impresión 3D o la fabricación aditiva se ha utilizado en los sectores manufacturero, médico, industrial y sociocultural (Patrimonio Cultural, etc.) que facilitan que la Impresión 3D o la Fabricación Aditiva se convierta en una tecnología comercial de éxito. [105] Más recientemente, la impresión 3D también se ha utilizado en el sector humanitario y de desarrollo para producir una variedad de artículos médicos, prótesis, repuestos y reparaciones. [106] La primera aplicación de la fabricación aditiva estaba en el extremo de la sala de herramientas del espectro de fabricación. Por ejemplo, la creación rápida de prototipos fue una de las primeras variantes de aditivos, y su misión era reducir el tiempo de entrega y el costo de desarrollar prototipos de nuevas piezas y dispositivos, lo que anteriormente solo se realizaba con métodos de sala de herramientas sustractivos como fresado, torneado y mecanizado CNC. rectificado de precisión. [107] En el decenio de 2010, la fabricación aditiva entró en producción en una medida mucho mayor.
Industria de alimentos
La fabricación aditiva de alimentos se está desarrollando exprimiendo los alimentos, capa por capa, en objetos tridimensionales. Una gran variedad de alimentos son candidatos apropiados, como chocolate y dulces, y alimentos planos como galletas saladas, pasta [108] y pizza. [109] [110] La NASA está investigando la tecnología para crear alimentos impresos en 3D para limitar el desperdicio de alimentos y hacer alimentos diseñados para satisfacer las necesidades dietéticas de un astronauta. [111] En 2018, el bioingeniero italiano Giuseppe Scionti desarrolló una tecnología que permite generar análogos de carne fibrosos a base de plantas utilizando una bioimpresora 3D personalizada , imitando la textura de la carne y los valores nutricionales. [112] [113]
Industria de la moda
La impresión 3D ha entrado en el mundo de la ropa, con diseñadores de moda que experimentan con bikinis , zapatos y vestidos impresos en 3D . [114] En la producción comercial, Nike está utilizando la impresión 3D para crear prototipos y fabricar la zapatilla de fútbol Vapor Laser Talon 2012 para jugadores de fútbol americano, y New Balance está fabricando en 3D zapatillas a medida para atletas. [114] [115] La impresión 3D ha llegado al punto en que las empresas están imprimiendo gafas de calidad para el consumidor con un ajuste y un estilo personalizados a pedido (aunque no pueden imprimir las lentes). La personalización de gafas bajo demanda es posible con la creación rápida de prototipos. [116]
Vanessa Friedman, directora de moda y principal crítica de moda de The New York Times , dice que la impresión 3D tendrá un valor significativo para las empresas de moda en el futuro, especialmente si se transforma en una herramienta de impresión para los compradores. "Hay una sensación real de que esto no va a suceder pronto", dice, "pero sucederá y creará un cambio dramático en la forma en que pensamos tanto sobre la propiedad intelectual como sobre cómo son las cosas en la cadena de suministro". Ella agrega: "Ciertamente, algunas de las fabricaciones que las marcas pueden usar serán cambiadas dramáticamente por la tecnología". [117]
Industria del transporte
En automóviles, camiones y aviones, la fabricación aditiva está comenzando a transformar tanto (1) el diseño y la producción de un solo cuerpo y el fuselaje como (2) el diseño y la producción del tren motriz . Por ejemplo:
- A principios de 2014, el fabricante sueco de superdeportivos Koenigsegg anunció el One: 1, un superdeportivo que utiliza muchos componentes impresos en 3D. [118] Urbee es el nombre del primer automóvil del mundo montado en automóvil utilizando la tecnología de impresión 3D (su carrocería y las ventanas del automóvil fueron "impresas"). [119] [120] [121]
- En 2014, Local Motors presentó Strati, un vehículo en funcionamiento que se imprimió completamente en 3D con plástico ABS y fibra de carbono, excepto el tren motriz. [122]
- En mayo de 2015, Airbus anunció que su nuevo Airbus A350 XWB incluía más de 1000 componentes fabricados mediante impresión 3D. [123]
- En 2015, un avión de combate Eurofighter Typhoon de la Royal Air Force voló con piezas impresas. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos ha comenzado a trabajar con impresoras 3D y la Fuerza Aérea de Israel también ha comprado una impresora 3D para imprimir piezas de repuesto. [124]
- En 2017, GE Aviation reveló que había utilizado el diseño para la fabricación aditiva para crear un motor de helicóptero con 16 piezas en lugar de 900, con un gran impacto potencial en la reducción de la complejidad de las cadenas de suministro . [125]
Industria de la seguridad
El impacto de AM en las armas de fuego involucra dos dimensiones: nuevos métodos de fabricación para empresas establecidas y nuevas posibilidades para la fabricación de armas de fuego de bricolaje . En 2012, el grupo Defense Distributed, con sede en EE. UU., Reveló planes para diseñar un arma de fuego impresa en 3D de plástico que funcione "que pueda ser descargada y reproducida por cualquier persona con una impresora 3D". [126] [127] Después de que Defense Distributed publicó sus planes, surgieron preguntas sobre los efectos que la impresión 3D y el mecanizado CNC generalizado a nivel de consumidor [128] [129] pueden tener sobre la eficacia del control de armas . [130] [131] [132] [133] Además, las estrategias de diseño de armaduras pueden mejorarse inspirándose en la naturaleza y creando prototipos de esos diseños fácilmente posibles mediante la fabricación aditiva. [134]
Sector de salud
Los usos quirúrgicos de las terapias centradas en la impresión 3D tienen una historia que comienza a mediados de la década de 1990 con el modelado anatómico para la planificación de la cirugía reconstructiva ósea. Los implantes adaptados al paciente fueron una extensión natural de este trabajo, lo que dio lugar a implantes verdaderamente personalizados que se ajustan a un individuo único. [135] La planificación virtual de la cirugía y la orientación utilizando instrumentos personalizados impresos en 3D se han aplicado a muchas áreas de la cirugía, incluido el reemplazo total de articulaciones y la reconstrucción craneomaxilofacial con gran éxito. [136] Un ejemplo de esto es la férula traquial bioabsorbible para el tratamiento de recién nacidos con traqueobroncomalacia [137] desarrollada en la Universidad de Michigan. El uso de la fabricación aditiva para la producción serializada de implantes ortopédicos (metales) también está aumentando debido a la capacidad de crear de manera eficiente estructuras de superficie porosa que facilitan la osteointegración. Se espera que las industrias de audífonos y odontología sean el área más grande de desarrollo futuro utilizando la tecnología de impresión 3D personalizada. [138]
En marzo de 2014, los cirujanos de Swansea utilizaron piezas impresas en 3D para reconstruir el rostro de un motociclista que había resultado gravemente herido en un accidente de tráfico. [139] En mayo de 2018, se utilizó la impresión 3D para el trasplante de riñón para salvar a un niño de tres años. [140] A partir de 2012[actualizar], La tecnología de bioimpresión 3D ha sido estudiada por empresas de biotecnología y el mundo académico para su posible uso en aplicaciones de ingeniería de tejidos en las que los órganos y partes del cuerpo se construyen utilizando técnicas de impresión por inyección de tinta . En este proceso, las capas de células vivas se depositan en un medio de gel o una matriz de azúcar y se acumulan lentamente para formar estructuras tridimensionales, incluidos los sistemas vasculares. [141] Recientemente, se ha creado un corazón en chip que coincide con las propiedades de las células. [142]
Se ha estudiado la degradación térmica durante la impresión 3D de polímeros reabsorbibles, al igual que en las suturas quirúrgicas , y se pueden ajustar los parámetros para minimizar la degradación durante el procesamiento. Se pueden imprimir estructuras de andamio blandas y flexibles para cultivos celulares. [143]
En la impresión 3D, las microestructuras simuladas por computadora se utilizan comúnmente para fabricar objetos con propiedades que varían espacialmente. Esto se logra dividiendo el volumen del objeto deseado en subcélulas más pequeñas usando herramientas de simulación asistidas por computadora y luego llenando estas celdas con microestructuras apropiadas durante la fabricación. Varias estructuras candidatas diferentes con comportamientos similares se comparan entre sí y el objeto se fabrica cuando se encuentra un conjunto óptimo de estructuras. Se utilizan métodos avanzados de optimización de topología para garantizar la compatibilidad de estructuras en celdas adyacentes. Este enfoque flexible de la fabricación 3D se utiliza ampliamente en diversas disciplinas, desde las ciencias biomédicas, donde se utilizan para crear estructuras óseas complejas [144] y tejido humano [145], hasta la robótica, donde se utilizan en la creación de robots blandos con piezas móviles. [146] [147] La impresión 3D también encuentra sus usos cada vez más en el diseño y fabricación de aparatos de laboratorio [148]
La impresión 3D también ha sido empleada por investigadores del campo farmacéutico. Durante los últimos años ha habido un aumento en el interés académico con respecto a la administración de fármacos con la ayuda de técnicas de AM. Esta tecnología ofrece una forma única de utilizar materiales en formulaciones novedosas. [149] La fabricación de AM permite el uso de materiales y compuestos en el desarrollo de formulaciones, de formas que no son posibles con las técnicas convencionales / tradicionales en el campo farmacéutico, por ejemplo, formación de tabletas, moldeo por fundición, etc. Además, uno de los principales Las ventajas de la impresión 3D, especialmente en el caso de Fused Deposition Modeling (FDM), es la personalización de la forma de dosificación que se puede lograr, por lo tanto, dirigida a las necesidades específicas del paciente. [150] En un futuro no muy lejano, se espera que las impresoras 3D lleguen a los hospitales y farmacias para proporcionar producción bajo demanda de formulaciones personalizadas de acuerdo con las necesidades de los pacientes. [151]
En 2018, la tecnología de impresión 3D se utilizó por primera vez para crear una matriz para la inmovilización celular en fermentación. Se eligió como modelo de estudio la producción de ácido propiónico por Propionibacterium acidipropionici inmovilizado en perlas de nailon impresas en 3D. Se demostró que esas perlas impresas en 3D eran capaces de promover la unión celular de alta densidad y la producción de ácido propiónico, que podría adaptarse a otros bioprocesos de fermentación. [152]
En 2005, las revistas académicas habían comenzado a informar sobre las posibles aplicaciones artísticas de la tecnología de impresión 3D. [153] A partir de 2017[actualizar], la impresión 3D doméstica estaba llegando a una audiencia de consumidores más allá de los aficionados y entusiastas. Las máquinas listas para usar eran cada vez más capaces de producir aplicaciones domésticas prácticas, por ejemplo, objetos ornamentales. Algunos ejemplos prácticos incluyen un reloj de trabajo [154] y engranajes impresos para máquinas de carpintería doméstica, entre otros fines. [155] Los sitios web asociados con la impresión 3D doméstica tendían a incluir raspadores de espalda, ganchos para abrigos, pomos de puertas, etc. [156]
Sector educativo
La impresión 3D, y las impresoras 3D de código abierto en particular, son la última tecnología que se abre camino en el aula. [157] [158] [159] Algunos autores han afirmado que las impresoras 3D ofrecen una "revolución" sin precedentes en la educación STEM . [160] [161] La evidencia de tales afirmaciones proviene tanto de la capacidad de bajo costo para la creación rápida de prototipos en el aula por parte de los estudiantes, como también de la fabricación de equipos científicos de alta calidad y bajo costo a partir de diseños de hardware abiertos que forman laboratorios de código abierto. . [162] Las aplicaciones futuras para la impresión 3D podrían incluir la creación de equipos científicos de código abierto. [162] [163]
Patrimonio cultural y gemelo digital basado en museos
En los últimos años, la impresión 3D se ha utilizado de forma intensiva en el campo del patrimonio cultural con fines de conservación, restauración y difusión. [164] Muchos museos europeos y norteamericanos han comprado impresoras 3D y recrean activamente las piezas perdidas de sus reliquias. [165] y monumentos arqueológicos como Tiwanaku en Bolivia . [166] El Museo Metropolitano de Arte y el Museo Británico han comenzado a usar sus impresoras 3D para crear recuerdos de museo que están disponibles en las tiendas del museo. [167] Otros museos, como el Museo Nacional de Historia Militar y el Museo Histórico de Varna, han ido más allá y venden a través de la plataforma en línea Threeding modelos digitales de sus artefactos, creados con escáneres 3D de Artec , en formato de archivo compatible con la impresión 3D, que todos pueden Impresión 3D en casa. [168]
La aplicación de la impresión 3D para la representación de activos arquitectónicos presenta muchos desafíos. En 2018, la estructura del Banco Nacional de Irán se estudió y modeló tradicionalmente en el software de gráficos por computadora (CG) (Cinema4D) y se optimizó para la impresión 3D. El equipo probó la técnica para la construcción de la pieza y tuvo éxito. Después de probar el procedimiento, los modeladores reconstruyeron la estructura en Cinema4D y exportaron la parte frontal del modelo a Netfabb. La entrada del edificio se eligió debido a las limitaciones de la impresión 3D y al presupuesto del proyecto para la producción de la maqueta. La impresión 3D fue solo una de las capacidades habilitadas por el modelo 3D producido del banco, pero debido al breve resumen del proyecto, el equipo no continuó modelando para la representación virtual u otras aplicaciones. [169] En 2021, Parsinejad et al. comparó exhaustivamente el método de medición manual para la reconstrucción 3D listo para la impresión 3D con la grabación digital (adopción del método de fotogrametría). [169]
Otras aplicaciones recientes
Los actuadores blandos impresos en 3D son una aplicación creciente de la tecnología de impresión 3D que ha encontrado su lugar en las aplicaciones de impresión 3D. Estos actuadores blandos se están desarrollando para tratar estructuras y órganos blandos, especialmente en sectores biomédicos y donde la interacción entre humanos y robots es inevitable. La mayoría de los actuadores blandos existentes se fabrican mediante métodos convencionales que requieren la fabricación manual de dispositivos, procesamiento / ensamblaje posterior y largas iteraciones hasta que se alcanza la madurez de la fabricación. En lugar de los aspectos tediosos y lentos de los procesos de fabricación actuales, los investigadores están explorando un enfoque de fabricación apropiado para la fabricación eficaz de actuadores blandos. Por lo tanto, los actuadores blandos impresos en 3D se introducen para revolucionar el diseño y la fabricación de actuadores blandos con propiedades geométricas, funcionales y de control personalizadas en un enfoque más rápido y económico. También permiten la incorporación de todos los componentes del actuador en una sola estructura, lo que elimina la necesidad de utilizar juntas externas , adhesivos y sujetadores . La fabricación de placas de circuito implica varios pasos que incluyen imágenes, taladrado, enchapado, recubrimiento con máscara de soldadura, impresión de nomenclatura y acabados superficiales. Estos pasos incluyen muchos productos químicos como disolventes fuertes y ácidos. Las placas de circuito de impresión 3D eliminan la necesidad de muchos de estos pasos al tiempo que producen diseños complejos. [170] La tinta polimérica se usa para crear las capas de la estructura, mientras que el polímero plateado se usa para crear las huellas y los agujeros que se usan para permitir que fluya la electricidad. [171] La fabricación de placas de circuito actual puede ser un proceso tedioso según el diseño. Los materiales especificados se recopilan y envían al procesamiento de la capa interna donde las imágenes se imprimen, revelan y graban. Los núcleos de grabado suelen perforarse para agregar herramientas de laminación. Luego, los núcleos se preparan para la laminación. El apilado, la acumulación de una placa de circuito, se construye y se envía a la laminación donde se unen las capas. A continuación, se miden y perforan las tablas. Muchos pasos pueden diferir de esta etapa; sin embargo, para diseños simples, el material pasa por un proceso de recubrimiento para recubrir los orificios y la superficie. A continuación, la imagen exterior se imprime, revela y graba. Una vez definida la imagen, el material debe recubrirse con máscara de soldadura para su posterior soldadura. Luego se agrega la nomenclatura para que los componentes puedan identificarse más tarde. Luego se agrega el acabado superficial. Las placas se enrutan en forma de panel en su forma singular o de matriz y luego se prueban eléctricamente. Aparte del papeleo que debe completarse y que demuestra que las placas cumplen con las especificaciones, las placas se embalan y envían. Los beneficios de la impresión 3D serían que el contorno final se define desde el principio, no se requieren imágenes, perforaciones o laminaciones y las conexiones eléctricas se realizan con el polímero de plata que elimina la perforación y el enchapado. El papeleo final también se reduciría considerablemente debido a la falta de materiales necesarios para construir la placa de circuito. Los diseños complejos que pueden tardar semanas en completarse mediante el procesamiento normal se pueden imprimir en 3D, lo que reduce en gran medida el tiempo de fabricación.
Durante la pandemia de COVID-19, se utilizaron impresoras 3D para complementar el suministro escaso de EPP a través de voluntarios que usaban sus impresoras de propiedad personal para producir varias piezas de equipo de protección personal (es decir, marcos).
A partir de 2021 y los años previos a ella, la impresión 3D se ha convertido tanto en una herramienta industrial como en un producto de consumo. Con el precio de ciertas impresoras 3D cada vez más baratas y la calidad en constante aumento, muchas personas han adoptado el pasatiempo de la impresión 3D. Según las estimaciones actuales, hay más de 2 millones de personas en todo el mundo que han comprado una impresora 3D para su afición. [172]
Aspectos legales
Propiedad intelectual
La impresión 3D ha existido durante décadas dentro de ciertas industrias manufactureras donde muchos regímenes legales, incluyendo patentes , derechos de diseño industrial , derechos de autor y marcas comerciales se pueden aplicar. Sin embargo, no hay mucha jurisprudencia para decir cómo se aplicarán estas leyes si las impresoras 3D se generalizan y las personas o las comunidades de aficionados comienzan a fabricar artículos para uso personal, para distribución sin fines de lucro o para la venta.
Cualquiera de los regímenes legales mencionados puede prohibir la distribución de los diseños utilizados en la impresión 3D, o la distribución o venta del artículo impreso. Para que se le permita hacer estas cosas, cuando se trata de una propiedad intelectual activa, una persona tendría que ponerse en contacto con el propietario y pedir una licencia, que puede venir con condiciones y un precio. Sin embargo, muchas leyes de patentes, diseños y derechos de autor contienen una limitación o excepción estándar para el uso "privado" y "no comercial" de invenciones, diseños u obras de arte protegidas por la propiedad intelectual (PI). Esa limitación o excepción estándar puede dejar tales usos privados y no comerciales fuera del alcance de los derechos de propiedad intelectual.
Las patentes cubren invenciones que incluyen procesos, máquinas, fabricación y composiciones de materia y tienen una duración finita que varía entre países, pero generalmente 20 años a partir de la fecha de solicitud. Por lo tanto, si se patenta un tipo de rueda, imprimir, usar o vender dicha rueda podría ser una infracción de la patente. [173]
El derecho de autor abarca una expresión [174] en un medio fijo tangible y, a menudo, dura la vida del autor más 70 años a partir de entonces. [175] Si alguien hace una estatua, es posible que tenga una marca de derechos de autor en la apariencia de esa estatua, por lo que si alguien ve esa estatua, no puede distribuir diseños para imprimir una estatua idéntica o similar.
Cuando una característica tiene méritos tanto artísticos (con derechos de autor) como funcionales (patentables), cuando la pregunta ha aparecido en un tribunal de EE. UU., Los tribunales a menudo han sostenido que la característica no tiene derechos de autor a menos que pueda separarse de los aspectos funcionales del artículo. [175] En otros países, la ley y los tribunales pueden aplicar un enfoque diferente que permita, por ejemplo, que el diseño de un dispositivo útil se registre (en su conjunto) como diseño industrial en el entendido de que, en caso de copia no autorizada, solo las características no funcionales pueden reivindicarse en virtud de la ley de diseños, mientras que las características técnicas solo pueden reivindicarse si están cubiertas por una patente válida.
Legislación y administración de armas
El Departamento de Seguridad Nacional de EE . UU . Y el Centro de Inteligencia Regional Conjunta publicaron un memorando que indica que "los avances significativos en las capacidades de impresión tridimensional (3D), la disponibilidad de archivos digitales imprimibles en 3D gratuitos para componentes de armas de fuego y la dificultad para regular el intercambio de archivos pueden representar un problema para la seguridad pública los riesgos de los buscadores de armas no calificados que obtienen o fabrican armas impresas en 3D "y que" la legislación propuesta para prohibir la impresión 3D de armas puede disuadir, pero no puede evitar por completo, su producción. Incluso si la práctica está prohibida por la nueva legislación, la distribución en línea de estas Los archivos imprimibles serán tan difíciles de controlar como cualquier otro archivo de software, película o música comercializado ilegalmente ". [176] Actualmente, la ley no prohíbe fabricar armas de fuego para uso personal en los Estados Unidos, siempre que el arma de fuego no se produzca con la intención de venderla o transferirla y cumpla con algunos requisitos básicos. Se requiere una licencia para fabricar armas de fuego para la venta o distribución. La ley prohíbe a una persona ensamblar un rifle o escopeta semiautomática no deportiva de 10 o más piezas importadas, así como armas de fuego que no puedan ser detectadas por detectores de metales o máquinas de rayos X. Además, la fabricación de un arma de fuego NFA requiere el pago de impuestos y la aprobación previa de ATF. [177]
Intentar restringir la distribución de planes de armas a través de Internet se ha comparado con la inutilidad de evitar la distribución generalizada de DeCSS , que permitió la extracción de DVD . [178] [179] [180] [181] Después de que el gobierno de EE. UU. Hiciera que Defense Distributed eliminara los planes, todavía estaban ampliamente disponibles a través de Pirate Bay y otros sitios para compartir archivos. [182] Las descargas de los planes del Reino Unido, Alemania, España y Brasil fueron abundantes. [183] [184] Algunos legisladores de EE. UU. Han propuesto reglamentos sobre impresoras 3D para evitar que se utilicen para pistolas de impresión. [185] [186] Los defensores de la impresión 3D han sugerido que tales regulaciones serían inútiles, podrían paralizar la industria de la impresión 3D y podrían infringir los derechos de libertad de expresión, y el pionero de la impresión 3D, el profesor Hod Lipson, sugirió que la pólvora podría controlarse en su lugar. [187] [188] [189] [190] [191] [192]
A nivel internacional, donde los controles de armas son generalmente más estrictos que en los Estados Unidos, algunos comentaristas han dicho que el impacto puede sentirse más fuerte ya que las armas de fuego alternativas no son tan fáciles de obtener. [193] Funcionarios del Reino Unido han señalado que producir un arma impresa en 3D sería ilegal según sus leyes de control de armas. [194] Europol declaró que los delincuentes tienen acceso a otras fuentes de armas, pero señaló que a medida que la tecnología mejore, aumentarán los riesgos de un efecto. [195] [196]
Regulación aeroespacial
En los Estados Unidos, la FAA ha anticipado el deseo de utilizar técnicas de fabricación aditiva y ha estado considerando la mejor manera de regular este proceso. [197] La FAA tiene jurisdicción sobre dicha fabricación porque todas las piezas de la aeronave deben fabricarse bajo la aprobación de producción de la FAA o bajo otras categorías regulatorias de la FAA. [198] En diciembre de 2016, la FAA aprobó la producción de una boquilla de combustible impresa en 3D para el motor GE LEAP. [199] El abogado de aviación Jason Dickstein ha sugerido que la fabricación aditiva es simplemente un método de producción y debería regularse como cualquier otro método de producción. [200] [201] Ha sugerido que el enfoque de la FAA debería centrarse en la orientación para explicar el cumplimiento, en lugar de cambiar las reglas existentes, y que las regulaciones y la orientación existentes permiten a una empresa "desarrollar un sistema de calidad sólido que refleje adecuadamente las necesidades regulatorias para garantizar la calidad ". [200]
Salud y seguridad
La investigación sobre los problemas de salud y seguridad de la impresión 3D es nueva y está en desarrollo debido a la reciente proliferación de dispositivos de impresión 3D. En 2017, la Agencia Europea para la Seguridad y la Salud en el Trabajo publicó un documento de debate sobre los procesos y materiales involucrados en la impresión 3D, las posibles implicaciones de esta tecnología para la seguridad y salud en el trabajo y las vías para controlar los peligros potenciales. [202]
Impacto
La fabricación aditiva, que comienza con el período de infancia actual, requiere que las empresas de fabricación sean usuarios flexibles y en constante mejora de todas las tecnologías disponibles para seguir siendo competitivas. Los defensores de la fabricación aditiva también predicen que este arco de desarrollo tecnológico contrarrestará la globalización , ya que los usuarios finales harán gran parte de su propia fabricación en lugar de dedicarse al comercio para comprar productos de otras personas y corporaciones. [12] Sin embargo, la integración real de las tecnologías aditivas más nuevas en la producción comercial es más una cuestión de complementar los métodos sustractivos tradicionales que de desplazarlos por completo. [203]
El futurólogo Jeremy Rifkin [204] afirmó que la impresión 3D señala el comienzo de una tercera revolución industrial , [205] sucediendo al ensamblaje de la línea de producción que dominó la fabricación a partir de finales del siglo XIX.
Cambio social
Desde la década de 1950, varios escritores y comentaristas sociales han especulado con cierta profundidad sobre los cambios sociales y culturales que podrían resultar del advenimiento de la tecnología de fabricación aditiva comercialmente asequible. [206] En los últimos años, la impresión 3D está creando un impacto significativo en el sector humanitario y de desarrollo. Su potencial para facilitar la fabricación distribuida está generando beneficios en la cadena de suministro y la logística, al reducir la necesidad de transporte, almacenamiento y desperdicio. Además, se está impulsando el desarrollo social y económico mediante la creación de economías de producción local. [106]
Otros han sugerido que a medida que más y más impresoras 3D comiencen a ingresar a los hogares de las personas, la relación convencional entre el hogar y el lugar de trabajo podría erosionarse aún más. [207] Del mismo modo, también se ha sugerido que, a medida que sea más fácil para las empresas transmitir diseños para nuevos objetos en todo el mundo, la necesidad de servicios de transporte de carga de alta velocidad también podría reducirse. [208] Por último, dada la facilidad con la que ahora se pueden reproducir determinados objetos, queda por ver si se introducirán cambios en la legislación actual sobre derechos de autor para proteger los derechos de propiedad intelectual con la nueva tecnología ampliamente disponible.
A medida que las impresoras 3D se volvieron más accesibles para los consumidores, se desarrollaron plataformas sociales en línea para apoyar a la comunidad. [209] Esto incluye sitios web que permiten a los usuarios acceder a información como cómo construir una impresora 3D, así como foros sociales que discuten cómo mejorar la calidad de impresión 3D y discutir noticias sobre impresión 3D, así como sitios web de redes sociales dedicados a compartir modelos 3D. [210] [211] [212] RepRap es un sitio web basado en wiki que se creó para contener toda la información sobre la impresión 3D y se ha convertido en una comunidad que tiene como objetivo llevar la impresión 3D a todo el mundo. Además, hay otros sitios como Pinshape , Thingiverse y MyMiniFactory , que se crearon inicialmente para permitir a los usuarios publicar archivos 3D para que cualquiera los imprima, lo que permite reducir el costo de transacción de compartir archivos 3D. Estos sitios web han permitido una mayor interacción social entre los usuarios, creando comunidades dedicadas a la impresión 3D.
Algunos llaman la atención sobre la conjunción de la producción entre pares basada en Commons con la impresión 3D y otras técnicas de fabricación de bajo costo. [213] [214] [215] La fantasía autorreforzada de un sistema de crecimiento eterno se puede superar con el desarrollo de economías de alcance, y aquí, la sociedad puede jugar un papel importante contribuyendo a la elevación de toda la estructura productiva para una meseta más alta de productividad más sostenible y personalizada. [213] Además, es cierto que muchos temas, problemas y amenazas surgen debido a la democratización de los medios de producción, y especialmente en los físicos. [213] Por ejemplo, todavía se cuestiona la reciclabilidad de los nanomateriales avanzados; la fabricación de armas podría volverse más fácil; sin mencionar las implicaciones para la falsificación [216] y la propiedad intelectual. [217] Podría sostenerse que, en contraste con el paradigma industrial, cuya dinámica competitiva giraba en torno a las economías de escala, la impresión 3D de producción entre pares basada en los bienes comunes podría desarrollar economías de alcance. Mientras que las ventajas de la escala descansan en el transporte global barato, las economías de alcance comparten los costos de infraestructura (recursos productivos intangibles y tangibles), aprovechando las capacidades de las herramientas de fabricación. [213] Y siguiendo a Neil Gershenfeld [218] en el sentido de que "algunas de las partes menos desarrolladas del mundo necesitan algunas de las tecnologías más avanzadas", la producción entre pares y la impresión en 3D basadas en el campo común pueden ofrecer las herramientas necesarias para pensar globalmente pero actuar localmente. en respuesta a determinadas necesidades.
Larry Summers escribió sobre las "consecuencias devastadoras" de la impresión 3D y otras tecnologías (robots, inteligencia artificial, etc.) para quienes realizan tareas rutinarias. En su opinión, "ya hay más hombres estadounidenses con seguros por discapacidad que realizando trabajos de producción en la manufactura. Y todas las tendencias van en la dirección equivocada, particularmente para los menos calificados, ya que la capacidad del capital que incorpora inteligencia artificial para reemplazar a los trabajadores de cuello blanco así como el trabajo manual aumentará rápidamente en los próximos años ". Summers recomienda esfuerzos cooperativos más vigorosos para abordar los "innumerables dispositivos" (p. Ej., Paraísos fiscales, secreto bancario, lavado de dinero y arbitraje regulatorio) que permiten a los poseedores de grandes riquezas "pagar" impuestos sobre la renta y el patrimonio, y hacerlo más difícil acumular grandes fortunas sin requerir "grandes contribuciones sociales" a cambio, que incluyen: aplicación más enérgica de las leyes antimonopolio, reducciones en la protección "excesiva" de la propiedad intelectual, mayor fomento de los planes de participación en los beneficios que pueden beneficiar a los trabajadores y darles un interés en la acumulación de riqueza, el fortalecimiento de los acuerdos de negociación colectiva, las mejoras en el gobierno corporativo, el fortalecimiento de la regulación financiera para eliminar los subsidios a la actividad financiera, la flexibilización de las restricciones de uso de la tierra que pueden hacer que los bienes raíces de los ricos sigan aumentando de valor, mejor formación de jóvenes y reciclaje de trabajadores desplazados, y aumento de la inversión pública y privada en infraestructuras desarrollo, por ejemplo, en la producción y el transporte de energía. [219]
Michael Spence escribió que "Ahora viene una ... poderosa ola de tecnología digital que está reemplazando la mano de obra en tareas cada vez más complejas. Este proceso de sustitución y desintermediación de mano de obra ha estado en marcha durante algún tiempo en los sectores de servicios; piense en los cajeros automáticos, la banca en línea, planificación de recursos empresariales, gestión de relaciones con los clientes, sistemas de pago móvil y mucho más. Esta revolución se está extendiendo a la producción de bienes, donde los robots y la impresión 3D están desplazando la mano de obra ". En su opinión, la gran mayoría del costo de las tecnologías digitales se produce al principio, en el diseño de hardware (por ejemplo, impresoras 3D) y, lo que es más importante, en la creación del software que permite a las máquinas realizar diversas tareas. "Una vez que se logra esto, el costo marginal del hardware es relativamente bajo (y disminuye a medida que aumenta la escala), y el costo marginal de replicar el software es esencialmente cero. Con un enorme mercado global potencial para amortizar los costos fijos iniciales de diseño y pruebas, los incentivos para invertir [en tecnologías digitales] son convincentes ". [220]
Spence cree que, a diferencia de las tecnologías digitales anteriores, que llevaron a las empresas a desplegar grupos de mano de obra valiosa infrautilizados en todo el mundo, la fuerza motivadora en la ola actual de tecnologías digitales "es la reducción de costos mediante la sustitución de la mano de obra". Por ejemplo, a medida que disminuye el costo de la tecnología de impresión 3D, es "fácil imaginar" que la producción puede volverse "extremadamente" local y personalizada. Además, la producción puede ocurrir en respuesta a la demanda real, no a la demanda anticipada o prevista. Spence cree que la mano de obra, sin importar cuán barata sea, se convertirá en un activo menos importante para el crecimiento y la expansión del empleo, y que la manufactura orientada a procesos y que requiere mucha mano de obra se volverá menos efectiva, y que la relocalización aparecerá tanto en los países desarrollados como en los países en desarrollo. En su opinión, la producción no desaparecerá, pero será menos intensiva en mano de obra, y todos los países eventualmente necesitarán reconstruir sus modelos de crecimiento en torno a las tecnologías digitales y el capital humano que respalda su despliegue y expansión. Spence escribe que "el mundo en el que estamos entrando es uno en el que los flujos globales más poderosos serán las ideas y el capital digital, no los bienes, los servicios y el capital tradicional. Adaptarse a esto requerirá cambios en la mentalidad, las políticas, las inversiones (especialmente en capital), y muy posiblemente modelos de empleo y distribución ". [220]
Naomi Wu considera que el uso de la impresión 3D en el aula china (donde la memorización de memoria es estándar) para enseñar los principios del diseño y la creatividad es el desarrollo reciente más emocionante de la tecnología, y en general considera que la impresión 3D es la próxima revolución de la autoedición . [221]
Cambio medioambiental
El crecimiento de la fabricación aditiva podría tener un gran impacto en el medio ambiente. A diferencia de la fabricación tradicional, por ejemplo, en la que las piezas se cortan a partir de bloques de material más grandes, la fabricación aditiva crea productos capa por capa e imprime solo las piezas relevantes, desperdiciando mucho menos material y, por lo tanto, desperdiciando menos energía en la producción de las materias primas necesarias. . [222] Al hacer solo las necesidades estructurales básicas de los productos, la fabricación aditiva también podría hacer una contribución profunda al aligeramiento , reduciendo el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero de los vehículos y otras formas de transporte. [223] Un estudio de caso sobre un componente de un avión fabricado mediante fabricación aditiva, por ejemplo, encontró que el uso del componente ahorra el 63% de la energía relevante y las emisiones de dióxido de carbono durante el transcurso de la vida útil del producto. [224] Además, una evaluación previa del ciclo de vida de la fabricación aditiva ha estimado que la adopción de la tecnología podría reducir aún más las emisiones de dióxido de carbono, ya que la impresión 3D crea una producción localizada y los productos no necesitarían transportarse largas distancias para llegar a su destino final. [225]
Sin embargo, seguir adoptando la fabricación aditiva plantea algunas desventajas medioambientales. A pesar de que la fabricación aditiva reduce los residuos del proceso de fabricación sustractiva hasta en un 90%, el proceso de fabricación aditiva crea otras formas de residuos, como polvos de material no reciclable (metal). La fabricación aditiva aún no ha alcanzado su potencial teórico de eficiencia del material del 97%, pero puede acercarse a medida que la tecnología continúe aumentando la productividad. [226]
Algunas impresoras FDM grandes que funden gránulos de polietileno de alta densidad (HDPE) también pueden aceptar material reciclado suficientemente limpio, como botellas de leche desconchadas. Además, estas impresoras pueden usar material triturado proveniente de construcciones defectuosas o versiones de prototipos fallidas, lo que reduce el desperdicio general del proyecto y el manejo y almacenamiento de materiales. El concepto se ha explorado en RecycleBot .
Ver también
- modelado 3D
- Escaneo 3D
- Mercado de impresión 3D
- Bioimpresión 3D
- Impresión 3D de alimentos
- Formato de fabricación 3D
- Velocidad de impresión 3D
- Sistemas 3D
- Formato de archivo de fabricación aditiva
- Solenoide
- AstroPrint
- Fabricación en la nube
- Control numérico por computadora
- Robot delta
- Fusion3
- Corte por láser
- Soluciones ilimitadas
- Lista de fabricantes de impresoras 3D
- Lista de modelos de prueba 3D comunes
- Lista de tecnologías emergentes
- Lista de piezas y armas impresas en 3D notables
- Fundición de deslizamiento asistida magnéticamente
- Industrias MakerBot
- Centro de fresado
- Órgano en un chip
- Robocasting
- Máquina de autorreplicación
- Ultimaker
- Impresión volumétrica
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