Impresión 3D: definición, proceso y aplicaciones
Descubre la impresión 3D: qué es, cómo funciona y sus aplicaciones industriales y domésticas. Aprende procesos, materiales y ejemplos prácticos.
La impresión 3D es una tecnología para crear objetos sólidos tridimensionales construyéndolos capa a capa a partir de un modelo digital. Aunque muchas impresoras domésticas y de prototipado usan principalmente plástico (por ejemplo filamentos PLA o ABS) —porque es más fácil de usar y más barato— también existen máquinas capaces de imprimir con metales, cerámica, resinas fotopoliméricas, composites y otros materiales especializados. Algunas de estas impresoras avanzadas son más caras y requieren instalaciones y seguridad específicas, por lo que no son comunes en todos los hogares.
El proceso: pasos básicos
La fabricación aditiva (otro nombre de la impresión 3D) sigue varias etapas claras:
- Diseño digital: se crea un modelo en un programa CAD o se descarga un archivo 3D en formatos como STL u OBJ.
- Preparación / slicing: el modelo se "corta" en capas mediante un software de slicing que genera el código (G-code) con las instrucciones para la impresora: altura de capa, temperatura, soportes, velocidad, relleno, etc.
- Impresión: la impresora construye el objeto capa a capa según el G-code. El método exacto depende de la tecnología (extrusión, cura por luz, fusión por láser, etc.).
- Postprocesado: incluye retirar soportes, limpiar, lijar, curar resinas UV, sinterizar o tratar térmicamente piezas metálicas, pintar o aplicar acabados.
Principales tecnologías
- FDM/FFF (extrusión de filamento): la más común en uso doméstico y educación; funde y deposita filamento termoplástico.
- SLA/DLP (resina): cura capas de resina líquida con luz UV para obtener alta resolución y superficies suaves.
- SLS (sinterizado láser): funde polvo (nylon u otros polímeros) con un láser; permite piezas fuertes y sin necesidad de soportes.
- SLM/DMLS (metales): fusionan polvo metálico con láser para piezas funcionales en industria aeroespacial y médica.
- Extrusión de material constructivo: impresión a gran escala con morteros o concretos para construcción.
Materiales comunes
- Termoplásticos: PLA, ABS, PETG, nylon, TPU (flexible).
- Resinas: estándar, de alta resistencia, biocompatibles y para fundición (joyería).
- Polvos y metales: nylon, aluminio, acero inoxidable, titanio (en equipos industriales).
- Cerámica: pastas cerámicas que luego requieren cocción.
- Compuestos: filamentos con fibras de carbono, vidrio u otros aditivos para mejorar propiedades mecánicas.
Aplicaciones
La impresión 3D tiene aplicaciones muy variadas:
- Prototipado rápido: ingenieros y diseñadores pueden probar muchas iteraciones sin largos tiempos de espera. Un ingeniero puede validar formas, encajes y funciones en pocas horas o días.
- Producción de piezas finales: pequeñas series o piezas personalizadas —por ejemplo en automoción, aeronáutica y telecomunicaciones.
- Medicina y salud: prótesis personalizadas, modelos anatómicos para planificación quirúrgica, implantes y bioprinting experimental.
- Educación y formación: facilita la enseñanza práctica en diseño, ingeniería y artes.
- Arquitectura y construcción: maquetas y, en algunos casos, impresión de elementos constructivos a gran escala.
- Arte, moda y joyería: diseños complejos y piezas únicas que serían imposibles de fabricar por métodos tradicionales.
- Reparación y piezas de repuesto: fabricar componentes discontinuados o personalizados para electrodomésticos, vehículos y maquinaria.
- Alimentación y cocina: impresión de chocolate o alimentos experimentales (en contextos controlados).
Ventajas y limitaciones
- Ventajas: permite alta personalización, fabricación de geometrías complejas, reducción de desperdicio comparado con el mecanizado por sustracción y rapidez en prototipos.
- Limitaciones: velocidad limitada para grandes volúmenes, propiedades mecánicas anisotrópicas (las piezas suelen ser más débiles entre capas), acabado superficial que a veces requiere postprocesado y coste elevado para ciertos materiales o equipos industriales.
- Seguridad y medio ambiente: algunos materiales emiten vapores o partículas; el manejo de polvos metálicos y resinas requiere precauciones y ventilación adecuada.
Tendencias y consejos prácticos
- Desde principios del siglo XXI la disponibilidad y el coste de impresoras 3D han mejorado notablemente, lo que ha democratizado el acceso y fomentado comunidades de diseño e intercambio de archivos.
- Para quienes imprimen en casa: aprende a calibrar la impresora, usa materiales adecuados según la pieza, ajusta la velocidad y la altura de capa para equilibrar calidad y tiempo, y realiza un postprocesado apropiado (retirar soportes, lijar, curar) para mejores resultados.
- En entornos profesionales, la selección de la tecnología y el material debe basarse en requisitos mecánicos, tolerancias, acabado y certificaciones necesarias (p. ej. biocompatibilidad en medicina).
En resumen, la impresión 3D es una herramienta flexible y en constante evolución que va desde el hobby y la educación hasta aplicaciones industriales y médicas avanzadas. Su capacidad para crear objetos personalizados y complejos continúa ampliando los sectores que se benefician de esta tecnología.
Una impresora 3D
Historia
1974 David E. H. Jones escribió por primera vez sobre la idea de la impresión en 3D en la revista New Scientist
1984 Alain Le Méhauté y otros presentaron una patente para la estereolitografía (una impresora 3D basada en láser).
1989: S. Scott Crump desarrolló el FDM. Es la tecnología utilizada por la mayoría de las impresoras 3D actuales.
1992 La primera máquina FDM fue vendida en 1992 por la empresa de S. Scott Crump, Stratasys.
2005 RepRap se convirtió en el primer proyecto de impresora de código abierto
2008 Shapeways se convirtió en el primer servicio que imprimiría un objeto en 3D y lo enviaría a los clientes
2017 Se construye en Rusia la primera casa impresa en 3D en la que pueden vivir los humanos
Cómo funcionan
Modelado
El primer paso para imprimir algo en 3D es hacerlo en un ordenador. La gente lo hace con un software de CAD (diseño asistido por ordenador) o con un escáner 3D. Para diseñar modelos[ permanent dead link] en CAD, la gente empieza con formas básicas, y construye a partir de ese punto. Los escáneres 3D son máquinas que toman muchas medidas del objeto y hacen automáticamente un modelo en el ordenador. Pueden ser muy rápidos, pero también son más caros.
Los modelos CAD suelen guardarse en los ordenadores como archivos STL. Se guardan como muchos triángulos, lo que ahorra espacio en el ordenador.
Impresión
Las impresoras 3D funcionan de muchas maneras diferentes. También hay muchos materiales diferentes que se pueden utilizar. Cada método y material tiene sus ventajas y desventajas.
Los principales aspectos en los que hay que pensar al elegir una máquina suelen ser la velocidad, los costes y el color. Las impresoras que trabajan directamente con metales suelen ser caras. Sin embargo, se pueden utilizar impresoras menos caras para hacer un molde, que luego se utiliza para fabricar piezas de metal.
Las capas típicas tienen un grosor de unos 100 μm, es decir, una décima parte del grosor de un cabello humano. Las impresiones pueden tardar desde menos de una hora hasta muchos días, dependiendo de lo complicado y grande que sea.
Acabado
Después de que la máquina haya terminado de imprimir, a veces la gente termina el modelo. Esto significa hacer pequeños arreglos para que tenga un mejor aspecto. El acabado incluye quitar el material que la impresora ha colocado para sostener el modelo. Esto a veces puede llevar mucho tiempo. Hay formas de hacerlo más rápido, pero a menudo es más fácil quitar el plástico a mano.
Una impresión 3D terminada de un cañón
Un modelo informático de un objeto antes de la impresión
Utiliza
DIY
Mucha gente está intentando desarrollar impresoras 3D baratas para que la gente las utilice en casa. Las bibliotecas también han empezado a comprar impresoras 3D más pequeñas para que la gente pueda conocerlas sin tener que comprar una. Las comunidades de bricolaje, así como las escuelas y las comunidades de hackers, han realizado un gran trabajo. En 2017, más personas empezaron a utilizar la impresión 3D en su propia casa para pequeños artículos como engranajes y pequeñas decoraciones.
Médico
La impresión 3D se utiliza para fabricar suministros médicos de forma barata. La gente cree que los dos mayores usos serán la fabricación de audífonos y dientes postizos
En marzo de 2014, los cirujanos de Swansea utilizaron piezas impresas en 3D para reconstruir la cara de un motociclista que había resultado gravemente herido en un accidente de tráfico.
Fabricación
En 2014, una empresa sueca fabricó un supercoche que utiliza muchos componentes impresos en 3D. El Urbee fue el primer coche del mundo cuya carrocería y ventanillas se imprimieron en 3D.
En 2015, un avión de combate Eurofighter Typhoon de la Real Fuerza Aérea voló con piezas impresas en 3D. Las Fuerzas Aéreas de Estados Unidos han comenzado a trabajar con impresoras 3D y las Fuerzas Aéreas de Israel también han adquirido una impresora 3D para imprimir piezas de repuesto.
Alimentos
Los alimentos pueden imprimirse en 3D. Se pueden imprimir muchos alimentos diferentes, como chocolate y caramelos, y también alimentos planos como galletas, pasta y pizza. La NASA está imprimiendo alimentos para crear menos residuos y para hacer comida que tenga todos los nutrientes adecuados para los astronautas. En 2018, Giuseppe Scionti imprimió un alimento similar a la carne.
Armas
En 2012, Defense Distributed subió a Internet los archivos de una pistola impresa en 3D "que podía ser descargada y reproducida por cualquiera que tuviera una impresora 3D". Después de que Defense Distributed publicara sus planos, la gente se preocupó de que pudieran causar problemas con el control de armas Un año después, en mayo de 2013, el Departamento de Estado de EE.UU. pidió a Defense Distributed que retirara los planos, lo que hizo.
Educación
La impresión 3D ha aumentado la innovación y la resolución de problemas en las aulas. Los estudiantes de diseño pueden utilizarla para imprimir prototipos en asignaturas como la impresión 3D de ingeniería; ya se han hecho demostraciones de ello en algunas instituciones de todo el mundo.
Histórico
En los últimos años se ha utilizado la impresión 3D para asegurarse de que las cosas importantes de la historia están a salvo. Muchos museos han comprado impresoras 3D y están fabricando piezas para arreglar sus reliquias. El Museo Metropolitano de Arte y el Museo Británico han empezado a utilizar sus impresoras 3D para hacer réplicas que venden en la tienda de regalos. El Museo Nacional de Historia Militar y el Museo Histórico de Varna venden en línea versiones digitales de sus piezas, que todo el mundo puede imprimir en 3D en casa.
Faraón egipcio impreso en 3D a la venta en Threeding
Un terrón de azúcar impreso en 3D
Disco vertebral impreso en 3D
Un motor impreso en 3D
Ruido de la impresión 3D
Las impresoras 3d producen ruido, ya que su funcionamiento implica muchas vibraciones. La Universidad de Michigan ha demostrado la cantidad de sonido que puede producir una impresora 3d. Su investigación muestra que los sonidos superiores a 85 DB son perjudiciales para el ser humano. Sin embargo, las buenas impresoras 3d con placa base silenciosa pueden limitar el ruido hasta 55 DB. Aún así, hay muchos fabricantes que no han podido identificar la mejor manera de reducir el ruido de las impresoras 3D. Pero, hay algunas técnicas que pueden ayudarle a identificar las impresoras 3d silenciosas y prepararse para reducir el ruido a un nivel sustancial.
Hay muchas cosas a tener en cuenta, como el tamaño del ventilador y su rotación, el motor paso a paso y el rendimiento de los controladores paso a paso, etc. Sin embargo, el ruido también puede surgir debido al polvo acumulado en la extrusora o a la falta de mantenimiento.
Un estudio reciente de la Universidad de Boston ha demostrado que un sencillo truco puede minimizar considerablemente el sonido de la impresión 3D. Hasta ahora, éste es el último avance en este campo.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la impresión 3D?
R: La impresión 3D es una forma de crear objetos sólidos tridimensionales (3D) construyendo el objeto capa a capa.
P: ¿Qué materiales se suelen utilizar para la impresión 3D?
R: Para la impresión 3D se suele utilizar el plástico porque es más fácil de usar y más barato. Algunas impresoras 3D pueden imprimir con otros materiales como metales y cerámica, pero cuestan demasiado dinero para la mayoría de la gente.
P: ¿Qué hace que las impresoras 3D sean útiles?
R: Las impresoras 3D son útiles porque pueden fabricar nuevos objetos muy rápidamente y son buenas para hacerlos muy detallados. Esto significa que un ingeniero puede probar muchos diseños nuevos y no tener que esperar a que alguien los haga. También son útiles para arreglar piezas de plástico y para hacer juguetes, figuras y maquetas.
P: ¿Quién utiliza las impresoras 3D?
R: Hay mucha gente que imprime objetos 3D en casa. Desde 2003, se han vendido muchas más impresoras de materiales que antes. Además, el coste de las impresoras 3D ha bajado, lo que las hace accesibles a más personas.
P: ¿Desde cuándo existe esta tecnología?
R: La tecnología existe desde 2003, cuando se vendieron muchas más impresoras de materiales que antes.
P: ¿Cuánto cuestan la mayoría de las impresoras 3d?
R: La mayoría de las impresoras 3d cuestan menos ahora que en 2003 debido a los avances en la tecnología que han permitido que los precios bajen significativamente con el tiempo.
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