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Impresión 3D, ¿y ahora qué?

Impresión 3D, ¿y ahora qué?

2 marzo, 2016
Impresión 3D, Innovación

La impresión 3D nos catapultará hacia el nuevo futuro de la fabricación digital. Ropa, calzado, complementos, elementos ortopédicos, empastes, audífonos, etc. El hecho a medida será de otra pasta. ¿Personalizaciones? Sí, por supuesto. Y después, ¿qué más? A la impresión 3D no le importa si la forma es rudimentaria o compleja, y por ello puede convulsionar el diseño y la fabricación tal cual los conocemos hoy.

La impresión 3D trae consigo amplias oportunidades para la industria. Ésta se le atribuye a Chuck Hull y la primerísima pieza impresa en 3D data de 1983. Se la conoce formalmente como la fabricación aditiva, un proceso en el que las sucesivas capas de material se establecen bajo el control del equipo de impresión. Los materiales de impresión pueden variar: plásticos, vidrio, metal, polímeros, tejidos humanos, cera y alimentos.

Y desde entonces, ¿qué hemos conseguido imprimir en 3D? Además de objetos decorativos y muchas demostraciones en las ferias internacionales, ¿podemos esperar una revolución en la industria manufacturera? Para responder a estas preguntas veamos algunos de los avances hasta el momento y sus posibles proyecciones.

Mostramos el alojamiento del sensor de temperatura de entrada del compresor de un motor General Electric GE90-94B, conocido como T25. Se trata de la primera pieza impresa en 3D que recibió la autorización de la Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos para ser montada en aviones comerciales, tal y como se puede leer en The FAA Cleared the First 3D Printed Part to Fly in a Commercial Jet Engine from GE. GE prevé incluirla en unos 400 motores de la serie GE-90 que ya están en servicio en la actualidad en aviones como el Boeing 777.

Alojamiento del sensor de temperatura de entrada del compresor de un motor General Electric GE90-94B.

T25 fue la primera pieza impresa en 3D en recibir la autorización de la Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos para ser montada en aviones comerciales.

Los motores GE9X que GE está desarrollando para el Boeing 777X también tendrán componentes impresos en 3D. Asimismo, General Electric prevé utilizar piezas impresas en 3D en sus motores LEAP, en concreto el inyector de combustible. Al ser impresas en 3D, las piezas pueden fabricarse con la forma deseada, en lugar de quitar material de piezas más grandes fresándolas y taladrándolas, procedimientos que no siempre terminan de eliminar el material sobrante.

Según GE, los inyectores para los motores LEAP son 25 veces más ligeros y 5 veces más duraderos que los fabricados por métodos tradicionales. Cada motor lleva 19 inyectores, así que sólo por el ahorro en el peso de estos y otros componentes los motores son más eficaces y ecológicos, ya que el consumo de combustible es menor.

Inyector de GE para motor LEAP.

Según EADS, «la reducción del peso de un avión con sólo un kilogramo puede repercutir en un ahorro de combustible de 3.000$ al año, o 100.000$ durante 30 años (la vida habitual de un avión).»

Consecuentemente, los gigantes aeroespaciales GE y EADS están investigando el potencial de componentes impresos en 3D en las aeronaves. Pretenden con ello fabricar aviones más ligeros, baratos y rápidos. Estas innovaciones conducen al aumento del rendimiento de la aeronave, aumentan la eficiencia, reducen las emisiones y los costes. El paso a la impresión en 3D reduce en gran medida las restricciones en la fabricación de piezas. Estructuras orgánicas más ligeras que podrán reemplazar muy pronto a las piezas mecanizadas o soldadas existentes.

«En los laboratorios de EADS en Filton, Reino Unido, los investigadores demostraron que se puede imprimir varias piezas de metal diferentes para aviones. ¿Cómo? Con una tecnología que utiliza un láser para calentar metales en polvo hasta crear formas sólidas de metal. Mediante esta técnica, EADS ha impreso bisagras de tapas del motor. Las bisagras permiten que las cubiertas se puedan abrir para el mantenimiento del motor. Las piezas tienen formas complejas que mantienen la fuerza mientras reducen el peso de la pieza a la mitad. La nueva bisagra ha sido sometida a las pruebas que se utilizan para las piezas convencionales y se muestra apta para satisfacer los requisitos de rendimiento.»

GE utiliza el mismo material para producir las piezas del motor que el usado para un reemplazo de rodilla. Se trata de una aleación de cobalto-cromo ligera y resistente a la corrosión, opera en temperaturas de hasta 1.800 grados Fahrenheit y es relativamente barata.

Las bisagras permiten que las cubiertas se puedan abrir para el mantenimiento del motor.

En los laboratorios de EADS en Filton, Reino Unido, los investigadores demostraron que se pueden imprimir piezas de metal mediante una tecnología que utiliza un láser para calentar metales en polvo hasta crear formas sólidas.

Un informe pone de manifiesto las limitaciones actuales en la impresión en 3D, incluyendo la falta de capacidad para el control fino de la temperatura y las restricciones de tamaño máximo. Sin embargo, la buena noticia para el desarrollo de la tecnología de impresión 3D es (debido a que la industria aeroespacial tiene un enorme apetito por el potencial crecimiento de esta tecnología) que podremos ver una demanda de impresoras más grandes, rápidas y económicas. Esto debería acelerar el efecto de goteo hacia abajo para otras industrias y consumidores.

La NASA (National Aeronautics and Space Administration), también ha estado en la vanguardia al llevar la impresión en 3D a la última frontera: el espacio. Hace sólo dos años, la NASA lanzó con éxito una impresora 3D a la Estación Espacial Internacional (ISS) en colaboración con Made in Space (Start-up de Silicon Valley). Y ahora, no sólo se preparan para enviar un segundo equipo al espacio, sino que también han anunciado un nuevo proyecto en el que están trabajando en la construcción de una impresora 3D equipada con un brazo robótico en el espacio.

Rolls-Royce, otro de los fabricantes líderes de motores en la industria aeroespacial, también se unió rápidamente a la carrera de producir componentes para sus turbinas a reacción mediante impresión 3D. En noviembre del 2015 voló el primer Airbus con pasajeros con las turbinas de la serie Trend XWB con un conjunto de perfiles aerodinámicos avanzados que estaban impresos en 3D con aditivos de última generación.

Con lo visto hasta el momento y, considerando los ahorros especialmente en material y tiempo, parece que la impresión en 3D pueda tener futuro. La industria aeroespacial le está dedicando un gran esfuerzo en I+D, porque realmente ya le está dando frutos, y otras industrias como la automovilística le están siguiendo los pasos. Además, otros sectores como el de la medicina ya están realizando pruebas en impresión de prótesis e incluso órganos humanos. Todo parece apuntar a un amplio desarrollo con posibilidades que hasta ahora no alcanzamos a imaginar.

Al parecer, hasta ahora la atención se estaba concentrando en pruebas y optimización de las técnicas ya existentes, pero para ilustrar un poco más el futuro que nos espera, cabe abrir el abanico de nuestra mente a algunas de las limitaciones que hasta el momento podríamos imaginar. Se nos ocurre plantear como ejemplo el tamaño, el material, la velocidad e incluso la técnica, pero esos retos y alguno más ya se están abordando.

Proyecto holandés de edificio en 3D.

Proyecto holandés de edificio en 3D. Aunque  ya se utilizan materiales prefabricados, esta técnica permitiría imprimir hogares para millones de personas. 

Está claro que el tamaño importa. Evidentemente, no se trata de fabricar una impresora gigante, pero podremos construir algo de mayor tamaño ensamblando piezas o trasladando la impresora. En construcción ya usamos paredes prefabricadas, pero conviene echarle un vistazo al siguiente enlace con el proyecto holandés para imprimir un edificio en 3D y expandirse a imprimir hogares para millones de personas.

En nuestra mente tenemos la impresión principalmente de plásticos. Después de lo visto hasta el momento, el metal entra en lo factible. Pero los alimentos ya avanzan en la impresión 3D. Y no sólo nos referimos al interés de la NASA en imprimir alimentos durante el viaje a Marte, sino que aquí y ahora somos capaces de crear alimentos que cambien la experiencia al añadir colores e ingredientes para todos los gustos y perfectamente acoplados a nuestra necesidad nutricional.

Los alimentos ya avanzan en la impresión 3D.

Los alimentos ya avanzan en la impresión 3D. No sólo cumplen con las condiciones alimenticias adecuadas, sino que son una alternativa para personas con dificultades a la hora de comer.

Ya existen empresas especializadas, como Biozoon Smartfood, en comida alternativa para enfermos impresa en 3D. Y es que los alimentos impresos en 3D ya son una realidad y no sólo cumplen las condiciones alimenticias o la nutrición personalizada, sino que son alternativas para pacientes como por ejemplo con disfagia.

La impresión 3D puede resolver problemas de fabricación en estructuras concéntricas que con técnicas tradicionales de manufactura resultan imposibles. En ocasiones, la simetría impide que se puedan moldear por inyección y en otras que el fresado tampoco puede resolver. Una impresora 3D puede acometer estos retos, pero, ¿cuánto tardaremos en conseguir la pieza? Para invadir la industria manufacturera, el tiempo debe compensar y reducir lo que hoy son horas a minutos. ¿Se acuerdan ustedes de la velocidad de internet o de la capacidad de un ordenador en sus orígenes?

En ello, tiene mucho que decir la técnica. Inspirados en la fantástica escena de “Terminator-2”, en la que emerge desde un charco en el suelo, la empresa Carbon presenta la nueva impresión que resulta inmensamente más rápida que añadir capa a capa. Ahora los objetos “emergen” desde una bañera a una velocidad mucho mayor con cero desperdicios y las propiedades mecánicas deseadas. Este enfoque ya no es añadir una impresión 2D sobre una anterior. Realmente convierte una resina liquida en un sólido gracias al control de la luz y el oxígeno permitiendo una impresión realmente en 3D.

Está claro que la impresión 3D revolucionara la microescala y la nanoescala, pero lo que ya desborda la imaginación es el poder programar sobre los materiales que se imprimen su propia transformación o ensamblaje de la forma adecuada. La impresión 4D anticipa el poder programar sobre los materiales físicos, una posterior transformación para, por ejemplo, construirse solos. Si además les programamos que puedan corregir errores en la construcción, ya parece desbordarnos.

Acabamos de imprimir un nuevo futuro.