Guía de inicio a la Impresión 3D. Qué es y cómo funciona 5/5 (5)

Introducción a la impresión en 3D

Mediante este artículo sobre la Impresión 3D te vamos a enseñar los fundamentos de la impresión 3D, cómo funcionan las impresoras, vídeos para visualizar la impresión 3D, pasos para imprimir en 3D y, finalmente, una lista de todas las posibilidades de las impresoras 3D y software de modelado para crear tus propios modelos antes de imprimir.

Este artículo es una presentación de la impresión en 3D para los no iniciados,más adelante veremos como elegir y comprar una impresora 3D que se ajuste a tus necesidades, etcétera.

¿Qué es la Impresión 3D?

Es una nueva Tecnología disruptiva en el proceso de cambiar las cosas. Sin duda has oído hablar de ello en los periódicos, en la televisión o a través de un amigo que está a la vanguardia de la tecnología: la ola de la impresión en 3D se está extendiendo por todo el mundo y está llegando a una gran cantidad de personas y profesionales. Muchos ya lo consideran como la cuarta revolución industrial porque esta tecnología disruptiva tiene el poder de revolucionar la forma de producir.

La impresión en 3D, o impresión tridimensional, alberga muchas esperanzas y novedades antes nunca vistas, especialmente para una nueva revolución industrial. Es un sistema ahorrador de espacio y económico , comparado con los medios de producción “tradicionales”, es potencialmente el medio para que cualquier persona diseñe y produzca objetos de uso cotidiano que están disponibles en un abrir y cerrar de ojos. Hay muchas oportunidades. Salud, desarrollo económico o simplemente la creación del pequeño tornillo de repuesto para el armario del dormitorio o una copia de las llaves.

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Una breve historia de la impresión en 3D

Fue en 1984 cuando un proceso llamado estereolitografía (SLA) fue inventado por una persona llamada Charles Hull, quien más tarde cofundó la empresa 3D Systems. Este proceso de impresión dio origen a todo el concepto de impresión en 3D, ya que permitía la producción de un objeto en 3D a partir de un diseño digital. Esto permitió la creación de un modelo 3D a partir de una imagen o plano, antes de que las empresas realizaran inversiones en grandes procesos de fabricación.

La primera máquina capaz de crear objetos 3D a partir del diseño por ordenador fue producida por 3D Systems. La máquina fue denominada Aparato Estereolitográfico, ya que utilizaba la estereolitografía como proceso para la impresión de modelos 3D. Desde el desarrollo de esta máquina, se han producido rápidos desarrollos en el campo de la impresión en 3D.

El vasto potencial de esta tecnología se realizó a mediados y finales de la década de 1990, cuando se produjeron órganos totalmente funcionales. El primer órgano cultivado en laboratorio fue trasplantado con éxito en pacientes jóvenes que se estaban sometiendo a un aumento de la vejiga urinaria utilizando un andamiaje sintético impreso en 3d que estaba recubierto con células de su propio cuerpo.

Esto demostró que las materias primas para la creación de objetos podían ir desde el plástico, pasando por los metales, hasta las células humanas. Las posibilidades eran infinitas y el futuro parecía muy brillante para la tecnología de impresión 3D. Aparte del proceso SLA, el inicio de la sinterización selectiva por láser (SLS) en 2006 allanó el camino para la producción masiva y bajo demanda de piezas industriales. En el mismo año, una empresa llamada Objet introdujo una impresora 3D capaz de imprimir objetos utilizando numerosos tipos de materias primas.

El año 2008 fue testigo de la primera impresora autocopiadora capaz de “autoproducirse” mediante la impresión de sus propias piezas y componentes. Esto permitía a los usuarios que tenían acceso a este tipo de impresora crear más impresoras para otras personas, como amigos y familiares. Más tarde en el mismo año, se lograron grandes avances en prótesis cuando una persona caminó con éxito con una pierna protésica impresa en 3D que consistía en todas las partes incluyendo la rodilla, el pie y el zócalo creados como parte de la misma estructura sin ningún tipo de ensamblaje.

MakerBot Industries, una empresa de código abierto, comenzó a vender kits de bricolaje en 2009 que permitían a los usuarios crear sus propias impresoras 3D de escritorio. En los años siguientes se produjo un gran aumento en el número de aplicaciones de la impresión en 3D, ya que el primer avión impreso en 3D del mundo se elevó por encima de la Universidad de Southampton en el Reino Unido.

Personalización y personalización

La impresión en 3D no es nueva, pero ahora es accesible financiera y técnicamente para el mayor número de personas gracias al Hardware Libre, código abierto y a que muchas de las patentes se han liberado. Incluso ahora te puedes fabricar tu propia impresora 3D fácilmente y por poco dinero. En un mundo en el que nuestras necesidades son cada vez más específicas, en el que la capacidad de respuesta y la adaptabilidad son la clave, y en el que todo lo personalizado es una tendencia en fuerte crecimiento, la impresión en 3D es una tecnología que se está convirtiendo en algo esencial para todos, e imprescindible en el mundo profesional en muchos sectores.

¿Cómo funciona la impresión en 3D?

La impresión 3D permite al usuario crear en 3 dimensiones todos los objetos que desee, casi tan fácilmente como si imprimiera en “2D” en su impresora de papel de oficina. Tu solo tienes que proporcionar el archivo para imprimir, por ejemplo un modelo 3D descargado, o creado por ti mismo, hacer algunos ajustes, y comienza a imprimir.

¿Cómo funciona una impresora 3D?

Vamos a verlo de manera resumida. Primero debes proporcionar una plantilla, archivo STL, por ejemplo, a tu impresora para que sepa qué imprimir. Una vez que el archivo que contiene el modelo ha sido enviado a tu impresora 3D, el segundo paso es insertar el filamento 3D del material en el cabezal de impresión, llamado extrusor.

Este filamento se calentará y se depositará en la placa o cama de impresión en una sucesión de capas horizontales de plástico como un milhojas, por lo que la impresión en 3D es una sucesión de cientos de capas, muy finas de material una encima de la otra.

Las impresoras 3D SLA, Stereolithography, también están empezando a llegar en formato de escritorio, con el apoyo de los pioneros Formlabs. Estas impresoras trabajan con un principio similar en segundo plano, sucesión de capas, pero técnicamente diferente. En el caso de las impresoras 3D SLA, un láser cura una resina líquida capa por capa hasta obtener el objeto final.

¿Cuáles son los pasos para imprimir en 3D?

Paso 1, obtener o crear un modelo 3D

Sin un modelo, no hay impresión en 3D, al igual que no hay impresión en una impresora convencional sin un archivo de Word, Excel,…. Hay tres soluciones disponibles para los modelos 3D:

  • Diseñando tu propio modelo 3D utilizando un software adecuado como Google Sketchup, Blender, 3DS Max u otro software (ver abajo).
  • Escanea tus objetos o incluso a tus familiares o amigos para replicarlos, con o sin personalizar la plantilla obtenida previamente.
  • Descargar modelos desde sitios como Thingiverse, que hace que decenas de miles de modelos 3D estén disponibles de forma gratuita.

Tu modelo 3D es un archivo STL, todo lo que tienes que hacer es importarlo a su software de impresión 3D, Repetier, Makerware, Cura. Estos programas están disponibles para su descarga gratuita en Internet.

Paso 2, prepararse para la impresión en 3D

Abre el archivo STL con el software suministrado con la impresora 3D que tengas a disposición. A continuación, podrás visualizarlo y, si es necesario, moverlo sobre la plataforma, ampliarlo o reducir su tamaño. También es una oportunidad para comprobar el equipo: bandeja de impresión al nivel adecuado, conexiones, estabilidad de la impresora.

Paso 3, elige la configuración

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Conecta tu impresora a tu ordenadorm cable USB, tarjeta SD, WiFi, coloca tu carrete de material en el portacarretes, luego inserta el filamento 3D en el cargador y empuja hasta que aparezca en el tubo Bowden. Espera hasta que el material se cargue en el cabezal de impresión o en la extrusora.

Paso 4, iniciar la impresión en 3D

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A imprimir. La impresora calentará la bandeja y la boquilla y comenzará a imprimir el modelo 3D. El cabezal de impresión fundirá el filamento y se moverá para colocarlo en la bandeja para crear el objeto tridimensional. La duración de la impresión en 3D dependerá del tamaño y la configuración del modelo.

Doble extrusión o impresión con dos cabezales de impresión, extrusoras.

La presencia de dos cabezales de impresión en una impresora 3D permite la impresión en 3D con dos materiales o dos colores diferentes. La doble extrusión requiere dos archivos 3D. Cada uno de ellos se asignará a un cabezal de impresión a través del software. Este tipo más complejo de impresión en 3D requiere cierta experiencia de impresión.

¿Qué puedo imprimir con mi impresora 3D?

Las posibilidades de la impresión en 3D son tan sorprendentes como infinitas. Ninguna forma es imposible y la impresión en 3D incluso abre el camino a creaciones que serían imposibles de conseguir con las técnicas de producción tradicionales. La impresión en 3D ya es indispensable en muchos campos y cada vez más prometedora en los siguientes sectores. Pero también en la construcción, artística, agroalimentaria, automotriz, aeronáutica, cinematográfica, educativa, de moda, y muchas otras. Veamos los distintos y múltiples sectores donde se utiliza de mayor o menor grado.

Medicina

El campo médico ha ganado una ventaja como resultado de los avances en la impresión en 3D. Se han creado varios órganos de trabajo y se están llevando a cabo muchas investigaciones. Puede que no pase mucho tiempo cuando los órganos para trasplante puedan ser fácilmente `impresos’. Fabricación de prótesis y órganos de sustitución a medida, excluyendo el riesgo de rechazo, bioimpresión.

Aeroespacial

La impresión 3D es utilizada para la creación de prototipos, el estampado y la fabricación. Para construir guías, ensamblajes, comprobadores de calibre y piezas de uso final para aeronaves. Impresión de bases de datos espaciales, repuestos, etc. La tecnología se está utilizando para fabricar piezas complejas pero ligeras para aplicaciones aeronáuticas y espaciales.

Industria

El uso de la impresión 3D en el sector industrial es sin duda el más desarrollado entre las aplicaciones profesionales. La industria manufacturera emplea el uso de la impresión en 3D para una variedad de propósitos, incluyendo la creación de modelos de productos antes de que se fabriquen a escala masiva. También se utiliza para lograr un ciclo de desarrollo de producto más rápido y para la resolución de problemas de diseño.

Automóvil

La industria del automóvil utiliza activamente la tecnología de impresión en 3D para la verificación del diseño, así como para el desarrollo de nuevos motores. Creciente interés en el sector de la automoción para reducir los costes de fabricación y los plazos de entrega.

Arquitectura

Esta industria utiliza esta tecnología para la verificación de la estructura, la revisión del diseño, la ingeniería de estructura inversa y el modelado a escala acelerada. Implementar fácilmente sus ideas e invenciones, validar/refinar sus proyectos, embalajes, productos. Posibilidad real de imprimir casas en 3D.

Educación

La impresión en 3D proporciona un método excelente para las visualizaciones de geometría y las iniciativas de diseño en las escuelas de arte. También se utiliza en numerosas disciplinas de estudio con fines de investigación. Permite que los estudiantes pasen de lo virtual a lo real imprimiendo las partes y modelos que han imaginado.

Joyería

Joyeros y relojeros fueron de los primeros en equiparse con impresoras 3D.

Bricolaje, DIY

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Imprime en 3D tus ideas para tus creaciones personales, hobbies, proyectos de bricolaje o robots para explorar Marte.

Defensa

La tecnología de impresión 3D en el sector de Defensa se está utilizando para fabricar piezas ligeras para equipos de vigilancia.

Entretenimiento

Todo tipo de prototipos de juguetes, figuras de acción, juegos, equipos musicales y otras cosas se están fabricando utilizando impresoras 3D.

Usos de la impresión en 3D

Al igual que a principios de los años setenta, la informática se consideraba el semillero de la innovación, la impresión en 3D también está experimentando un renacimiento análogo. La tecnología de impresión 3D en sus inicios se limitaba a las industrias que podían permitirse las impresoras 3D, que eran muy caras. Sin embargo, a medida que los costes comenzaron a disminuir como resultado de los avances de la tecnología, las impresoras 3D de sobremesa han permitido el acceso a los aficionados y a cualquier persona dispuesta a probar la nueva tecnología.

Como ya se ha comentado anteriormente, la impresión en 3D se está utilizando para una serie de aplicaciones en muchos campos, y también se está utilizando ampliamente con fines educativos. ¿Qué es lo que hace que esta tecnología emergente sea importante?

Cambio fundamental en los procesos de fabricación

Cuando se trata del actual proceso de fabricación comercial, las líneas de montaje se utilizan para ensamblar varias piezas hasta que el producto final toma forma. La impresión en 3D tendrá enormes implicaciones para los procesos de fabricación actuales.

Por ejemplo, el uso de una impresora 3D para fabricar productos en una fábrica sólo requerirá que se envíe un diseño por computadora a la impresora, eliminando así la necesidad de líneas de montaje, ya que la impresora podrá producir productos completos.

Como se ha mencionado anteriormente, la tecnología de impresión en 3D se encuentra dentro de los límites de la fabricación aditiva, que es lo contrario de los procesos de fabricación sustractiva, en los que los objetos se “tallan” utilizando numerosas herramientas. El primero, por otro lado, construye el objeto capa por capa sin el uso de ninguna herramienta en particular. Esto permite a los diseñadores crear incluso los diseños más complejos sin tener que preocuparse de cómo se crearán realmente; las impresoras 3D pueden imprimir diseños complejos sin ningún problema.

La impresión en 3D está todavía en sus primeras etapas, y tardará algún tiempo en convertirse en algo similar a los “replicadores” de la serie de ciencia ficción Star Trek. Sin embargo, se ha desarrollado a un ritmo exponencial y sigue ofreciendo beneficios convincentes. La impresión en 3D es capaz de producir objetos con estructuras internas complejas, que de otro modo serían casi imposibles con los métodos tradicionales de construcción. Tomemos el ejemplo de una llave ajustable; utilizando los procesos de fabricación tradicionales, se requieren una serie de acciones, entre las que se incluyen la forja, el rectificado, el fresado y el ensamblaje, sólo para crear una llave ajustable. Por otro lado, la impresión en 3D puede crear esta llave en un solo proceso.

Cambio fundamental en los procesos de fabricación

La impresión en 3D tiene el potencial de ser más ecológica que los métodos tradicionales de fabricación. Las impresoras 3D se pueden utilizar para reparar artículos antiguos, como coches que han quedado obsoletos (y el fabricante ya no suministra o crea las piezas de recambio). Debido a la falta de piezas de repuesto para los coches antiguos, normalmente se reciclan o se dejan en vertederos, lo que perjudica al medio ambiente.

Algunas personas han estado utilizando impresoras 3D para crear piezas obsoletas con el fin de mantener sus coches en funcionamiento. La misma idea puede aplicarse a casi cualquier otro producto que se pueda revivir utilizando piezas de una impresora 3D. Las posibilidades son realmente infinitas. Incluso se puede crear algo tan simple como una tapa de batería para un mando a distancia, lo que reduce la necesidad de tirar el viejo mando a distancia.

Localización de la producción de artículos

La impresión en 3D también se puede utilizar para localizar la producción de artículos, lo que resulta en un cambio masivo en las cadenas de suministro y en la logística, ya que en lugar de abastecer desde un solo punto de venta, una empresa podrá establecer unidades de producción mucho más pequeñas en todas las áreas a las que presta servicio, minimizando así los costes de transporte. Esto será una gran ventaja para las empresas multinacionales que prestan servicios a nivel mundial. Se podrían crear lotes más pequeños en lugares estratégicos para cubrir eficazmente todos los países y reducir significativamente los gastos logísticos.

La mayor eficiencia que ofrece la impresión en 3D también allanará el camino para una mayor personalización para los consumidores. Además, en lugar de externalizar, la producción local de artículos traerá de vuelta la fabricación a suelo nacional. Aunque estas complejas discusiones económicas están más allá de los humildes autores de este libro, creemos que el potencial para un verdadero “renacimiento” de la fabricación en países como los Estados Unidos y el Reino Unido es inmenso… y todo gracias a la impresión en 3D.

Antes de que la tecnología de impresión en 3D pueda producir cambios significativos en la industria de fabricación, primero tiene que establecerse como lista para la fabricación en masa; con las velocidades a las que la tecnología está mejorando, el día puede no estar muy lejos cuando en lugar de comprar productos, la gente compra planos de diseño e imprime los productos utilizando sus impresoras 3D de sobremesa.

Para el público en general

Y para docenas de otras aplicaciones, las posibilidades también son numerosas para el público en general y para las pequeñas empresas. Estos son algunos ejemplos de cómo utilizar una impresora 3D en tu empresa o en casa….

Juguetes y Juegos personalizados

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Para tus hijos, o para ti: juguetes, juegos de construcción, cosplay (accesorios de vestuario), dados personalizados, figuritas de juego (soldaditos de juguete, figuritas para juegos personalizados como Warhammers, D&D, etc.)….

Objetos decorativos únicos

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Jarrones, candelabros, portalámparas, relojes, marcos de fotos, cuadros o espejos, llaveros, sujetalibros, percheros, cortinas, estuches exclusivos para teléfonos móviles, figuritas….

Cocinar

Tazas y tazas, moldes para tortas de todas las formas, abridores de botellas, cubitos de hielo, mangos de cubiertos, cortadores de galletas personalizados….

Práctico, bricolaje

Anillas para cortinas de ducha, codos de tubo, soporte para cinturón, recambio de botones rotos en sus electrodomésticos, horno, estufa), teclas de repuesto para su teclado, soporte para tabletas táctiles y un largo etcetera.

Bases de datos de archivos STL y software de creación 3D

Para ayudarte en su búsqueda, hemos reunido para ti sitios web con una lista de archivos STL, creaciones listas para imprimir, así como software de diseño 3D para los más imaginativos.

Estas listas están lejos de ser perfectas, puedes encontrar muchos otros programas de diseño 3D gratuitos o de pago, y muchos sitios de modelos 3D navegando un poco en la web.

Bases de datos de archivos STL

Existen bases de datos gratuitas y de pago de modelos 3D. Aquí te ofrecemos 3 de ellos, entre los más grandes y populares. Aunque buscando un poco encontrarás muchos más en Internet

  • youmagine.com: sitio para compartir modelos 3D del fabricante Ultimaker. La impresora de código abierto Ultimaker es una referencia mundial y se beneficia de una comunidad grande y muy activa.
  • thingiverse.com: propiedad del fabricante Makerbot, Thingiverse es la base de datos actual más famosa de archivos STL, y totalmente gratis. Encontrarás abundantes creaciones y probablemente también inspiración, ya que hay muchos ejemplos.
  • cults3d.com/es: sitio para descargar archivos de calidad, gratuitos o de pago.

Software de diseño 3D

  • sketchup.com: software gratuito y completo con muchos tutoriales disponibles en youtube. Permite crear modelos simples y complejos. Ideal para el diseño de modelos.
  • blender.org: software gratuito de diseño 3D con múltiples posibilidades y por lo tanto de difícil acceso. Para creadores experimentados.
  • 3DStudio Max (3DSMax): software de animación y modelado 3D muy completo y potente por un precio asequible.

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