Impresión 3D

Impresión 3D

¿Qué es la Impresión 3D?

La impresión 3D, también conocida como manufactura por adición, es un proceso por el cual se crean objetos físicos colocando un material por capas en base a un modelo digital. Todos los procesos de impresión 3D requieren que el software, el hardware y los materiales trabajen en conjunto,esto permite crear piezas en 3D, es decir con alto, ancho y largo, de cualquier diseño almacenado en un archivo informático creado por el usuario o descargado desde Internet mediante un dispositivo llamado impresora 3D.

Diferentes tipos de impresoras 3D

Hasta los momentos en la tecnología de la impresión 3D existen 9 tipos los cuales son:

1. Modelado por deposición fundida (FDM)
2. Estereolitografía (SLA)
3. Procesamiento digital de luz (DLP)
4. Sinterizado selectivo por láser (SLS)
5. Fusión selectiva por láser (SLM)
6. Fusión por haz de electrones (EBM)
7. Fabricación mediante laminado de objetos (LOM)
8. Inyección de aglutinante (BJ)
9. Inyección de materia (MJ) moldeo a la cera perdida 

Muchos de estos diferentes tipos de impresiones en 3D se diferencian por muchas cosas las cuales pueden ser la calidad del diseño ,la cantidad de detalles ,la durabilidad del material, la rapidez de realización del material entre otros.

¿Como funcionan cada una de los tipos de impresoras?

¿ Cómo funciona una impresora 3D FDM ?

- La tecnología FDM moldeado por deposición fundida (por sus siglas en inglés) es el método de impresión 3D más común en impresoras 3D de escritorio. El filamento termoplástico se calienta y se extruye en coordenadas de X e Y a través del cabezal de extrusión, mientras que la superficie de impresión va bajando el objeto capa por capa en la dirección Z.

De este modo el objeto se imprime de abajo hacia arriba. Si se diera el caso de que un modelo tuviera partes que sobresalen, necesitará estructuras de soporte que se puedan quitar una vez que la impresión haya finalizado.

Este tipo de impresora 3D es una manera rentable de desarrollar un producto y de crear de forma rápida prototipos en los sectores de pequeñas empresas y la educación, ya que es capaz de fabricar piezas robustas de manera eficiente y rápida.

¿ Cómo funciona una impresora 3D SLA ? 

-La estereolitografía, que fue inventada por Chuck Hull en 1983, se caracteriza por ser la tecnología de impresión 3D más antigua.

Esta tecnología funciona mediante la exposición de una capa de resina líquida fotosensible a un rayo láser UV para que se endurezca y se solidifique. Una vez que el láser recorre una capa de resina en el patrón deseado, este comienza a endurecerse. Acto seguido, la plataforma de impresión del modelo, situada en el tanque líquido de la impresora, baja una capa y el láser comienza a formar la siguiente capa. Cada capa se construye sobre la anterior.

Al igual que en la tecnología de impresión 3D FDM, los objetos con partes sobresalientes impresos con estos tipos de impresoras 3D, necesitarán estructuras de soporte. Una vez completada la impresión, el objeto debe enjuagarse con un disolvente. En ocasiones también se hornea en un horno UV para finalizar el procesamiento.

La tecnología SLA crea objetos con superficies lisas y mucho detalle. Es cada vez más popular en sectores como la joyería y la odontología cosmética para la creación de moldes maleables.

La producción de interfaz líquida continua (CLIP) podría ser la próxima gran novedad en el tipo de 

impresión 3D SLA. Para esta tecnología de impresión 3D también se necesita resina y un rayo ultravioleta. La principal diferencia radica en una membrana permeable al oxígeno que se encuentra debajo de la resina, lo que agiliza mucho el proceso. Los creadores de esta innovadora tecnología afirman que pueden imprimir objetos 3D hasta 100 veces más rápido. Las primeras impresoras 3D con tecnología CLIP ya están en fase de prueba.

¿ Cómo funciona una impresora 3D DLP ? 

-La tecnología de procesamiento digital de luz (DLP, por sus siglas en inglés) y la estereolitografía tienen muchos aspectos en común. Ambos tipos de impresoras 3D usan fotopolímeros líquidos. Ambos usan unas “resinas” que se endurecen al aplicarle luz mediante un proyector especial (DLP) y un láser (SLA).

La tecnología DLP fue inventada en 1987 por Larry Hornbeck de Texas Instrument y se volvió extremadamente popular en los proyectores. La tecnología DLP usa una red eléctrica de micro espejos controlados por ordenador dispuestos en un molde sobre un chip semiconductor. Estos diminutos espejos se inclinan hacia adelante y hacia atrás. Cuando un espejo está inclinado, refleja la luz, lo que refleja un píxel brillante. Mientra que si el espejo está inclinado hacia el lado opuesto, el píxel se volverá oscuro. Este tipo de tecnología se usa en proyectores de películas, teléfonos móviles y también para la impresión en 3D. Uno de los beneficios que presenta para la impresión 3D es su velocidad: puede imprimir capas en un instante.

Los tipos de impresoras 3D DLP se utilizan principalmente en ámbitos profesionales y permiten fabricar piezas robustas con excelente resolución.  También los amantes y aficionados de la impresión 3D están construyendo sus propias impresoras 3D basándose en la tecnología DLP utilizando haces de luz o incluso teléfonos inteligentes para endurecer la resina.

¿ Cómo funciona una impresora 3D SLS ?

-La tecnología SLS (por sus siglas en inglés) es similar a la SLA, pero la principal diferencia está en que este tipo de impresora 3D utiliza material en polvo en el área de impresión en lugar de resina líquida. Se usa un láser para sinterizar selectivamente una capa de gránulos que une el material para crear una estructura sólida. Cuando el objeto está completamente formado, se deja enfriar en la máquina antes de retirarlo.

El SLS es ampliamente utilizado para el desarrollo de productos y la creación rápida de prototipos orientados a industrias comerciales. Asimismo, es útil para la fabricación de productos finales de uso limitado, como piezas usadas en el sector industrial (por ejemplo, piezas de maquinarias). Los materiales utilizados en el SLS pueden variar desde nailon, vidrio y cerámica hasta aluminio, plata e incluso acero.

¿ Cómo funciona una impresora 3D SLM ? 

-La tecnología de fusión selectiva por láser se considera a veces como una subcategoría del tipo de impresora 3D SLS. La tecnología SLM usa un rayo láser de alta potencia para fundir completamente polvos metálicos transformándolos en piezas sólidas tridimensionales.

Los materiales típicos utilizados en estos tipos de impresoras 3D son: acero inoxidable, aluminio, titanio y cromo-cobalto. La tecnología SLM se utiliza en la industria aeroespacial o de la ortopedia para crear piezas con geometrías complejas y estructuras de paredes delgadas, con canales ocultos o espacios vacíos, también se ha utilizado para fabricar turbinas de gas para la industria energética.

¿ Cómo funciona una impresora 3D EBM ? 

-A diferencia de la tecnología SLM, la técnica EBM (por sus siglas en inglés) utiliza, como su propio nombre indica, un haz de electrones controlado por ordenador. Esta técnica se lleva a cabo con una alta presión al vacío y usando altas temperaturas que alcanza hasta los 1000 °C para poder fundir completamente el polvo metálico.

Este tipo de impresora 3D puede usar metales como titanio puro, Inconel718 e Inconel625 para fabricar piezas aeroespaciales e implantes médicos. Pero, si bien esta tecnología es prometedora, actualmente es muy lenta y costosa.

¿Cómo funciona una impresora 3D LOM? 

-La LOM (por sus siglas en inglés) utiliza capas de papel, plástico o laminados metálicos recubiertos con adhesivo, que se funden bajo calor y presión, y se cortan con un láser o una cuchilla controlados por ordenador. Después de esto, en ocasiones se realiza un proceso de mecanizado y perforación. El objeto 3D se crea capa por capa, y tras cortar el exceso de material, se puede lijar o sellar con pintura.

 En comparacion con los tipos de impresoras 3D SLA o SLS, la precisión dimensional de la tecnología LOM es ligeramente inferior. Sin embargo, la LOM es uno de los métodos de impresión 3D más económicos y rápidos para crear piezas relativamente grandes. También permite imprimir objetos en 3D a todo color.

¿ Cómo funciona una impresora 3D BJ ? 

-Este tipo de impresión 3D se inventó en el MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) y cuenta con múltiples denominaciones: “fusión sobre lecho de polvo”, “impresión 3D de inyección de tinta”, “impresión de gota sobre polvo” o, probablemente la más conocida, “inyección de aglutinante” o “binder jetting”.

La inyección de aglutinante es un proceso de fabricación aditiva. Este tipo de impresora 3D utiliza dos materiales: un material a base de polvo (a menudo yeso) y un agente adhesivo, que actúa uniendo las capas de polvo.  Por lo general, el aglutinante se extruye en forma líquida desde un cabezal de impresión al igual que en una impresora 2D de inyección de tinta convencional. Una vez que se termina una capa, la superficie de impresión baja y el proceso se vuelve a repetir.

 Puedes utilizar esta tecnología de impresión 3D con cerámica, metal, arena o plástico.

¿ Cómo funciona una impresora 3D MJ ?

- La tecnología de inyección de material, más conocida como “moldeo a la cera perdida”, no fue inventada por nadie en concreto, sino que se trata de una técnica utilizada por joyeros desde hace siglos. El moldeo a la cera perdida (o fundición de precisión) es un proceso de producción que principalmente permite fabricar joyas personalizables de muy alta calidad en varios metales. Pero con la impresión en 3D, finalmente hay un proceso para automatizar el moldeo a la cera perdida, y para la mayoría de los joyeros ha supuesto un gran avance.

Por lo tanto, se ha convertido en el tipo de tecnología de impresión 3D más popular entre los profesionales del sector de la joyería, y también de aquellos que quieren experimentar con moldes.

La cera fundida se deposita en capas sobre una plataforma de aluminio mediante varias boquillas que recorren el área de construcción. A medida que el material caliente entra en la superficie de impresión, se solidifica. En este caso, se usa un tipo diferente de cera con una temperatura de fusión baja, la cual se deposita debajo de las partes que sobresalen del producto, actuando como soporte de la estructura. Cuando finaliza la impresión, se coloca en un baño caliente que funde el material de soporte.

La cera moldea ble es muy frágil y debe manipularse con cuidado. Esta comenzará a ablandarse alrededor de los 60 °C  y se fundirá a los 80 °C. Se deforma y debilita lentamente, así que te aconsejamos que seas rápido.

Ya habiendo concluido todos los diferentes tipos de impresoras 3D pueden ver a continuación en un cuadro mas resumido los tipos de impresoras,materiales usados y tecnologías empleadas para la realización de dichos objetos :

Tipo	Tecnologías	Materiales
Extrusión	Modelado por deposición fundida(FDM)	Termoplásticos, por ejemplo PLA , ABS, HDPE, poliuretano termoplástico (TPU), metales eutécticos, materiales comestibles
Hilado	Fabricación por haz de electrones (EBF3)	Casi cualquier aleación
Granulado	Sinterizado directo de metal por láser (DMLS)	Casi cualquier aleación
	Fusión por haz de electrones (EBM)	Aleaciones de titanio
	Sinterizado selectivo por calor (SHS)	Polvo termoplástico
	Sinterizado selectivo por láser (SLS)	Termoplásticos, polvos metálicos, polvos cerámicos
	Proyección aglutinante(DSPC)	Yeso
Laminado	Laminado de capas(LOM)	Papel, papel de aluminio, capa de plástico
Fotoquímicos	Estereolitografía (SLA)	fotopolímero
	Fotopolimerización por luz ultravioleta (SGC)	fotopolímero

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Riesgos de las impresoras 3D:

Las impresoras 3D son todavía máquinas potencialmente peligrosas y que provocan desperdicios y su impacto social, político, económico y ambiental aún no se han estudiado ampliamente por lo cual es un arma como una herramienta.

Motivos:

1.            Las impresoras 3D consumen mucha energía: Cuando derriten plástico con calor o láser, las impresoras 3D consumen alrededor de 50 a 100 veces más energía eléctrica que el tradicional moldeo por inyección empleado para hacer un artículo del mismo peso, según un estudio de la Universidad de Loughborough.

2.            Contaminan: Mientras calientan el plástico e imprimen pequeñas figuras, las máquinas utilizan filamentos PLA que emiten 20 mil millones de partículas ultrafinas por minuto y filamentos ABS que emiten hasta 200 mil millones de partículas por minuto. Estas partículas pueden depositarse en los pulmones o el torrente sanguíneo y plantean riesgos para la salud

3.            Dependen de los plásticos:Las impresoras 3D usan dos tipos de plásticos: el PLA es biodegradable, pero la mayoría utiliza filamentos ABS, que contaminan. Todos los restos de plástico producidos por la impresión van a parar a la basura.

4.            Problemas de derechos:La impresión 3D abre la puerta el mercado negro de productos ilegales. "Esta potencial situación de piratería digital es comparable a la forma en que internet desafió los derechos de autor de la industrias del cine y la música, las marcas comerciales y las descargas ilegales.

5.            Vacío legal con las armas: La primera arma 3D impresa con éxito es una noticia vieja, pero sus ramificaciones son muy importantes. Hay empresas apareciendo por todo el mundo tratando de vender estas armas. Algunas de ellas pasan los detectores de metales.

6.            Responsabilidad de los fabricantes: Si una persona dispara un arma de fuego impresa en 3D y lastima o mata a alguien, apuñala a alguien con un cuchillo impreso en 3D, o se rompe el cuello mientras andaba en una bicicleta con un casco impreso en 3D, ¿quién es el responsable? ¿El propietario de la impresora, el fabricante de la impresora o la persona irresponsable que pensó que era una buena idea producir y utilizar un producto no probado?

7.            Bioética: La impresión de cartílagos ya es bastante común y se multiplican los casos como el de la empresa Organovo, que está imprimiendo células del hígado y del tejido del ojo. Las conversaciones sobre las cuestiones morales, éticas y legales que rodean el bioprinting - "impresión de partes del cuerpo"- recién empiezan.

8.            Drogas impresas en 3D: El montaje de compuestos químicos a nivel molecular utilizando una impresora 3D es posible. Es un muy largo camino por recorrer que podría permitirles a los químicos crear muchas drogas, desde la cocaína al ricino.

9.      Disminución de puesto de trabajo: La elaboración propia de los productos, y la disminución de maquinaria puede conllevar menos puestos de trabajo en la manufactura.

10.    Vulneración de los derechos de autor: La réplica de objetos con copyright, será difícil de controlar pues los escáneres 3D permiten la réplica de cualquier objeto.

11.    Usos malintencionados de la tecnología: Lamentablemente, existe la posibilidad de crear objetos tales como armas de fuego, y el peligro de generalizar este tipo de objetos.

12.    Los precios son muy elevados: costos de la maquinaria muy elevados para una persona de bajos recursos.

Ventajas de las impresoras 3D:

1. Flexibilidad y prototipado rápido: Permite realizar prototipos de productos con facilidad, lo que puede implicar una mejora en el diseño.

2.  Reducción de costos: La producción puede realizarse desde casa.

3. Personalización: La posibilidad de realizar tus propias prendas, objetos, productos… de forma personalizada y exclusiva.

4. Nueva industria y sector: Creará nuevos puestos de trabajo, y nuevas formas de negocio.

5.  Aplicaciones múltiples aún por descubrir: En el campo de la medicina encontramos aplicaciones sorprendentes, como por ejemplo: la creación de prótesis o incluso la impresión de tejidos orgánicos. La impresión 3D tiene mucho campo por recorrer y cada vez se aplicará más campos.

6.  Muchos negocios se verán amplia mente favorecidos, como los joyeros, ya que al poder imprimir en cera la impresora 3D, al hacer anillos, simplemente realizan el molde en un archivo y el dispositivo tecnológico los imprime.

7.  Para los diseñadores industriales crear un objeto industrial, lo pueden ver en un prototipo de plástico.

8.  Hacer réplicas de objetos que necesitemos. Por ejemplo, diseñando un producto mecánico para vender, y tenemos un clavo, pero necesitamos otro igual, podemos crearlo. Si se nos ha roto una pieza de un objeto, podemos crearla para arreglarlo.

9.  Ahora se puede realizar objetos con plástico, cera y goma, probablemente en un tiempo otros materiales estarán involucrados y el abanico de productos que se podrán hacer cambiará bastante la forma de vivir tal como la conocemos.

10.  Las empresas en vez de tener un sistema de automatización para llevar a cabo un producto comercial, podrán en juego las impresoras en 3D para reducir los costos en cuanto a maquinarias, y para que los productos no tengan errores en cuanto a diseño ya que los podrán corregir con el ordenador.

11.     Arqueología:  El uso de tecnologías de escaneo 3D, permite la réplica de objetos reales sin el uso de procesos de moldeo, que en muchos casos pueden ser más caros, más difíciles y demasiado invasivos para ser llevados a cabo; en particular, con reliquias arqueológicas de alto valor cultural donde el contacto directo con sustancias de moldeo puede dañar la superficie del objeto original.

Objetivo de la realización de las impresoras 3D:

Se crearon  con el objetivo de imprimir a futuro piezas que le sirvan a la sociedad y aporten a la salud de las personas, como prótesis para el cuerpo humano. 

Historia de la impresión 3D:

En los años 1976 se desarrollaron equipos y materiales de fabricación de aditivos tempranos. En 1981, Hideo Kodama, del Instituto Municipal de Investigaciones Industriales de Nagoya, inventó dos métodos de fabricación AM de un modelo de plástico tridimensional con un polímero fotoendurecible, en el que el área de exposición a los rayos UV era controlada por un patrón de máscara o transmisor de fibra de barrido.4​5​ Pero el 16 de julio de 1983, Alain Le Méhauté, Olivier de Witte y Jean Claude André presentaron su patente para el proceso de estereolitografía.6​ Fue tres semanas antes de que Chuck Hull presentase su propia patente de estereolitografía. La aplicación de los inventores franceses fue abandonada por la compañía General Electric francesa (ahora Alcatel-Alsthom) y CILAS (The Laser Consortium). La razón aducida fue "por falta de perspectiva empresarial". Luego en 1984, Chuck Hull de 3D Systems Corporation desarrolló un sistema prototipo basado en el proceso conocido como estereolitografía, en el que se añaden capas mediante el curado de fotopolímeros con láseres de rayos ultravioleta. Hull definió el proceso como un sistema para generar objetos tridimensionales mediante la creación de un patrón transversal del objeto a formar,7​8​ pero esto ya había sido inventado por Kodama. La contribución de Hull fue el diseño del formato de archivo STL (STereoLithography) ampliamente aceptado por el software de impresión 3D, así como las estrategias digitales de corte y relleno comunes a muchos procesos actuales. El término impresión en 3D se refería originalmente a un proceso que empleaba cabezales de impresión de chorro de tinta estándar y personalizados. La tecnología utilizada por la mayoría de las impresoras 3D hasta la fecha especialmente los modelos aficionados y orientados al consumidor es el modelado por deposición fundida, una aplicación especial de extrusión de plástico.

Que Software utiliza una impresora 3D:
-TinkerCAD es compatible con todas las impresoras 3D que utilizan el formato de archivo STL estándar. También permite exportar fácilmente los archivos que haya creado para un programa o dispositivo externo, si desea trabajar más en él o producir algo más complejo. AutoDesk 123D es bastante similar a TinkerCAD.

Como funciona una impresora 3D e imprimiendo objetos