Puede que hayas escuchado mucho sobre la impresión 3D y por buenas razones. Esta tecnología ha existido desde hace más de 30 años como uno de los instrumentos fundamentales en el desarrollo de la “Tercera Revolución Industrial” en el campo de fabricación automatizada. Hoy en día dejando de ser una herramienta muy especializada se está convirtiendo en una tecnología amigable y en uno de los catalizadores de la "Cuarta Revolución Industrial". Un tema que trataremos posteriormente.
Con esto en mente, probablemente te estarás preguntando, "¿Qué es la impresión 3D?, ¿Cómo funciona una impresora 3D?", "¿Qué puedo hacer con una impresora 3D?", ¿Qué materiales puedo usar?, y para mucho más, este blog es la guía perfecta para responder todas tus preguntas.
¿Qué es Impresión 3D?
Inicialmente se debe considerar que “IMPRESIÓN 3D” es un término de proyección comercial que le han otorgado a esta tecnología. De acuerdo a su concepto se lo define verdaderamente como Manufactura Aditiva, un grupo de tecnologías que parte de un modelo digital (CAD – Diseño Asistido por Computador) para la creación de objetos físicos por medio de la superposición de capas sucesivas de material.
¿QUIÉN INVENTÓ LA IMPRESORA 3D?
Historia de los Inicios de la impresión 3D
Los orígenes de esa mentalidad de objetos en “3D” se remonta a 1861 en París, con el francés Francoise Willeme (1830-1905) , fotógrafo y escultor, el cual patentó el primer proceso de fotoescultura utilizando un domo de vidrio con 24 cámaras a su alrededor ocultas atrás de una pared falsa. Con referencias y vistas parciales de un objeto fotografiadas cada 15 grados dentro del domo construía las primeras imágenes tridimensionales de alta precisión con su posterior trabajo de escultura en arcilla.
Fuente de fotografía: Wikipedia
Reconstrucción del sistema fotoescultura de Francois Welleme
Bajo los mismos principios técnicos que descubrió Francoise Willeme, en 1939 el fotógrafo inglés Marcus Adams (1875-1959), potenció la idea utilizando un rayo luminoso vertical con la facultad de resaltar los bordes del retrato, optimizando completamente la fidelidad del producto resultante. Con mejor información obtenida de su innovador sistema y la utilización de un puntero en un pantógrafo trazaba las imágenes como guía para generar el desbaste en un cilindro de yeso.
Empezando a dejar de lado la información análoga en relación a la fotoescultura, en 1957 el escultor y fotógrafo George MacDonald Reid (1908-1969), difunde sus procesos de “escultura instantánea”, basándose en los mismos principios anteriormente mencionados con la utilización de cámaras de cine (capturas secuenciales) y el mismo mecanismo de puntero en un pantógrafo.
Inicios de la manufactura aditiva
A principios de los 50’s es donde se empieza a considerar una manera más eficiente que la tradicional manufactura por DESBASTE, donde el Dr. Hideo Kodoma del Instituto Industrial Municipal de Nagoya, empieza sus estudios y consideraciones sobre las ventajas de la fabricación con superposición de capas, hasta 1981 donde el Dr. Kodoma registra las primeras patentes de manufactura aditiva: 1) “Un esquema para visualización tridimensional para fabricación automática de un modelo tridimensional, Kodoma, 1981”. 2) “Método automático para fabricar un modelo de plástico tridimensional con polímero fotorresistente, Kodoma, 1981”.
Aunque fueron la esencia de la iniciativa de Manufactura Aditiva, no se tiene registros donde el Dr. Kodoma haya desarrollado o publicado algún dispositivo o patente extra para materializar sus conceptos.
Poco después, en 1982, el estadounidense de Clifton Colorado, Charles “Chuck” Hull (considerado el Padre de Impresión 3D) lleva a cabo investigaciones en materiales (fotopolímeros) y las posibilidades de aplicación de luz UV para la cristalización de dicho material. En 1983 crea la primera pieza con Manufactura Aditiva de la historia e inventa la Estereolitografía o SLA (tecnología que lo trataremos a detalle más adelante). En 1984, Chuck registra su patente de la primera máquina SLA.
Fuente de la imágen bbvaopenmind.com
En 1986, Chuck Hull y sus socios fundan la primera compañía de Impresión 3D del mundo “3D SYSTEMS”. Ya como empresa, en 1987 desarrollan y comercializan la primera Impresora 3D y la primera impresora de estereolitografía SLA-1.
Fuente de la imágen 3dprint.com
En el mismo año (1987) se involucra en nuestra historia el estadounidense Ph.D, Carl R. Deackard de la Universidad de Texas en Austin, junto con su asesor académico Joe Beaman, para dar inicios e investigación a un método alternativo de impresión 3D (Sinterización Selectivo por Láser), el cual involucra un láser de CO2 para unir las partículas de material en polvo y solidificarlo. Deackard y Beaman fundan la empresa “Nova Automation” que después se transformaría a “Desk Top Manufacturing (DTM)” y dan inicio a esta nueva tecnología SLS (tecnología que detallaremos más adelante) con proyección comercial con sus modelos Mod A y Mod B.
Fuente de la imágen 3D Hubs
1989, gracias a S. Scott Crump y a su esposa Lisa Crump de Minnesota, el mundo conoce una nueva y una de las más importantes tecnologías hoy en día para el desarrollo de la impresión 3D, Modelado por Deposición Fundida o FDM (tecnología que lo trataremos a detalle más adelante), generan y patentan este nuevo método de Manufactura Aditiva el cual consiste en fundir filamentos de polímero y depositarlo capa por capa para crear un objeto. Con todo esto, fundan y dan inicio a una de las empresas más fuertes en este mundo 3D, “STRATASYS LTD.”
Como una breve historia, la idea de FDM surge en 1988 cuando Crump decide fabricar un juguete para su hija en forma de sapo utilizando una pistola de silicona con polietileno y cera de una vela. Esto le dió la pauta y la referencia a Crump de hacer el mismo procedimiento automatizándolo de alguna manera.
Hasta esta instancia se tiene muy definido quien inició, quien complementó, quien implementó y quien encabeza cada una de las tecnologías de Manufactura Aditiva que se manejan hasta la fecha. Claro que existen más tecnologías hoy en día, pero son derivadas de las mismas ya mencionadas.
Con la fama que fue tomando la Manufactura Aditiva ya nos hacía falta el protagonismo de una de las más grandes fuentes de investigación tecnológica, el MIT (Massachusetts Institute of Technology). En 1993 empiezan con el desarrollo hasta 1995 con 6 patentes, una de ellas la empresa “Z Corporation” con la cual hacen el lanzamiento de la primera impresora 3DP (3 Dimensional Printing), trabaja con material en polvo como la tecnología SLS pero inyectando un agente sobre el material para ir formando cada una de las capas, la primera impresión con un diseño CAD, la primera en lograr fabricar modelos de cerámica y pionera en la fabricación directa de molde de cerámica para fundición. (Tecnología que trataremos más adelante).
Dato histórico de aplicación de la manufactura aditiva
En 1999, introduciendo la Impresión 3D a la campo de la Medicina, en el instituto de Wake Forest de Medicina Regenerativa, se fabricó el primer órgano cultivado en laboratorio para el aumento de vejiga urinaria utilizando el recubrimiento sintético con sus propias células. El riesgo de rechazo era nulo considerando que el órgano estaba fabricado con las mismas células del paciente.
En esos momentos el desarrollo de la Manufactura Aditiva queda relacionada directamente con las empresas mencionadas, mejorando sus procesos, materiales, sacando nuevos modelos para aplicaciones industriales y obviamente empieza la lucha por ganar protagonismo en este nuevo mercado. De esta manera los más grandes empiezan a absorber a su competencia; en 2001, 3D SYSTEMS adquiere la empresa DTM para el desarrollo de la tecnología SLS por una valuación de USD 45M, dejando a Deackard fuera de ese campo, pero volvería en el 2012 como Co-Fundador de la empresa “Structured Polymers LLC” para el desarrollo de polímeros para máquinas SLS.
En esta instancia se definen a los dos grandes de la Manufcatura Aditiva, 3D SYSTEMS con la tecnología SLA/SLS y STRATASYS LTD. con la tecnología FDM. Estas dos empresas mantenían a las Impresoras 3D a escala industrial y con costos muy elevados. (Presupuesto mínimo para tener una impresora 3D en a inicios de los 2000, mayor a USD 25000 promedio).
2004, el mejor año para la Impresión 3D, con el británico Dr. Adrian Bowyer, un profesor en ingeniería mecánica de la Universidad de Bath en el Reino Unido, inventa el proyecto RepRap (Replicating Rapid Prototyper). El proyecto usa una técnica de Manufactura Aditiva llamada fabricación con filamento fundido o FFF, es exactamente igual a la tecnología FDM pero al ser un término patentado por STRATASYS, los miembros de RepRap tomaron este nuevo acrónimo FFF disponible en la GNU (General Public License), una licencia de software libre para el desarrollo del proyecto y divulgación de la información.
El blog RepRap empezó en 2005, con la intención de poder producir una máquina autorreplicable en cualquier parte del mundo con una inversión pequeña. Este es el inicio de lo que hoy conocemos como las impresoras 3D de escritorio, permitiendo un mayor acceso a la creación de productos sin necesidad de máquinas industriales.
La primera Impresora 3D de escritorio RepRap fue la versión 1.0 llamada “Darwin”, a continuación te presentamos el video de lo que fue el ensamblaje de esta máquina.
Octubre 2008, Bre Pettis y Zach Smith, crean “THINGIVERSE”, una plataforma que permite a los usuarios compartir sus diseños y construyen una comunidad de “makers” como soporte al proyecto RepRap.
El 30 de Noviembre de 2008 se registra la primera réplica de “Darwin” por alguien ajeno al proyecto y empieza a materializarse la idea de darle a las personas sus propias impresoras 3D de bajo costo.
Paralelamente en el mismo año (2008), en Holanda, Peter Weijmarshausen funda la empresa “SHAPEWAYS”, con las mismas intenciones que el proyecto RepRap de poner al alcance de todos la Impresión 3D, ésta empresa ofrece a los usuarios la oportunidad de enviar sus archivos 3D para imprimirlos y enviarlos a domicilio. Rápidamente se expande y se asienta en Queens, Nueva York, con lo que hace muy accesible la Manufactura Aditiva a un público general (artistas, arquitectos, estudiantes, etc.).
Aunque no es directamente Impresión 3D, de igual manera, en el 2008, se funda una de las empresas que ha sido uno de los pilares fundamentales para acelerar la innovación y el desarrollo de la Impresión 3D, “KICKSTARTER”, una plataforma crowdfunding para el lanzamiento y recaudación de fondos para todo tipo de proyectos, y como no, de Impresoras 3D.
La Impresora 3D con mayor recaudación en esta plataforma fue “The Micro” con USD 3.401.361 y 11855 patrocinadores
El 20 de Enero de 2009, en Nueva York, Bre Pettis, Adam Mayer y Zach Smith, los creadores THINGIVERSE, se unen para fundar “MAKERBOT”. Con la experiencia de Zach Smith por haber sido parte de la creación del proyecto RepRap y el desarrollo del mismo, MAKERBOT se creó con el fin de producir kits de ensamblaje para que sus usuarios puedan fabricar sus propias impresoras 3D y productos.
MAKERBOT fue la primera empresa basada en el proyecto RepRap (Open-Source).
Fuente de la imagen Wikipedia
El proyecto RepRap continua en desarrollo, y en octubre de 2009 realizan una nueva generación, la RepRap versión 2.0 llamada “Mendel”.
(Fuente de la imagen Wikipedia)
Dato histórico de aplicación de la manufactura aditiva
En 2011, la empresa Kor Winnipeg en Canadá, creó el primer auto hídrido con Manufactura Aditiva, el “URBEE”. Todo el auto fue fabricado con Impresión 3D a excepción del chasis y el motor. Un auto biplaza que puede movilizarse hasta 65km/h con alimentación solar o eólica y una reserva de un motor con etanol.
En el 2011, año en el que 3 estudiantes (Maxim Lobovsky, Natan Linder y David Cranor) del MIT Media Lab se unen para fundar la empresa “FORMLABS” con el fin de desarrollar una Impresora 3D de escritorio con tecnología SLA fácil de usar y de bajo costo.
Fuente de la imagen: Formlabs.com
Hay mucho por hablar todavía sobre impresión 3D, puedes leer la continuación de este Blog en la Parte 2.