Instituto Tecnolgico de Nuevo Laredo
Departamento de Ingeniera Elctrica Electrnica Mecatrnica
Especialidad: Ing. Mecatrnica
Materia: Taller de Investigacin II
Proyecto: Impresiones 3D
Alumno: Set Alejandro Alfaro Castro
No. Control: 12100535
Maestro: Ing. Jaime Ramrez Aguilar
Nuevo Laredo, Tamaulipas a Marzo del 2015Dedicatoria(En
proceso)
Indice ( Esperando que termine para ordenar el ndice)
Indice de tablas y figuras (Esperando que termine para ordenar
tablas y figuras)
PROLOGOEste documento contiene la investigacin realizada a lo
largo del semestre que comprende los meses de enero a mayo del
2015, aproximadamente.Se presenta un reporte final de todo lo que
conlleva un proyecto de investigacin a nivel superior: desarrollo
de la investigacin (indgaciones, trabajo de campo, entre otras
cosas), anlisis de la informacion, etc.El documento se reviso con
rigurosa dedicacin de acuerdo a las normas establecidas en la norma
ITNL-DIEE-AIEE-E01-2000 (para el desarrollo de la memoria de un
proyecto) y asi posteriormente ser revisado por el profesor en
curso actual de la materia de Taller de Investigacion II.La
intencin de este reporte es que futuras generaciones tengan base
para la elaboracin de un proyecto de investigacin y a la vez para
el tema desarrollado en el mismo, que sirva de apoyo para anlisis y
mejoramiento de informacin til para el provecho del
lector.Concluyendo este apartado se recomienda mucha precaucion al
leer el contenido del proyecto, ya que cada cosa es una cadena de
la otra y al perder la secuencia causara un dificl entendimiento
del tema que se desarrollara a continuacin.
INTRODUCCION La impresin 3D es un tema que tiene mucha
relevancia hoy en dia dado que su uso se esta ampliando y no solo
eso tambin a llegado a compaas, empresas, locales, todo lo que
involucre grandes, medianas y pequeas empresas pero aun asi al dia
de hoy la impresin 3D no es todava un fenmeno masivo en el mbito
domstico, o como mnimo podramos decir que no ha llegado a
convertirse en un objeto cotidiano en el hogar, como s lo son las
impresoras de tinta convencionales. Mucha gente desconoce los
conceptos fundamentales de la impresin 3D y por ello vamos a
intentar resumirlos brevemente en esta investigacin.Se abarcaran
varios temas de sumo inters al lector como lo son desde conceptos
bsicos a algunos mas avanzados que tienen un seguimiento continuo
al punto que se quiere llegar de esta investigacin.Algunos de estos
sern lo bsicos desde que es una impresora 3D?, Qu es la
fabricacions por adicion?, Tipos de Impresoras?, Conocimientos que
se requieren para el uso de impresin 3D?Estos y muchos mas
conceptos e interrogantes mas, sern contestados en esta
investigacin asi desde la historia hasta lo mas tecnolgico que se
encuentra actualmente en el mercado El ENUNCIADO DEL PROBLEMA Y SU
FORMULACIONEnunciado del problemaHoy en dia la preocupacin de
muchas empresas y locales de adquirir productos a bajo costo es
algo dificil dado que ao con ao se inventan cosas mas novedosas y
costosas para uso rudo que no muchas personas pueden costear o si
pueden pagarlo para las ganancias serian reducidas mucho y es aqu
donde entran las impresiones 3D ya que no solo pueden crear
figuritas para entretenimiento sino modelos, maquetas, piezas,
tiles que se usan en empresas y haci facilitar el trabajo de la
misma y pueden ser creadas a bajo costo dependiendo del mtodo que
se quiere utilizar.Para aprovechar al mximo nuestro dinero y/o
inversin es necesario conocer esta nueva tendencia que esta
surgiendo.Las impresoras 3D van a ser la solucin y a la vez el
inicio de muchos problemas relacionados a imprimir objetos en 3D.
En algunos pases si no es que en la mayoria, ya salieron a la venta
impresoras en 3D en un precio que ronda los 15-25 mil pesos
mexicanos eso si son las mas economas y de uso muy domestico. Se
dice que estas impresoras podrn causar tanto una revolucin hogarea
como industrial ya que la precisin de los artculos es muy
interesante. Para imprimir un objeto en 3D hay que escanearlo
primero en 3D. No solo se podr hacer una rplica de un producto,
sino que se podr imprimir un objeto desde un archivo. De esta
forma, podremos realizar un objeto que queramos, en unas pocas
horas (alrededor de 2, dependiendo de la impresora 3D en
particular). Otra forma de fabricar objetos es dibujar uno en la
computadora con las medidas y la forma que queramos y luego pasarlo
a un archivo para poder realizarlo en 3D. Como ingeniero
mecatronico la innovacin es algo primordial , y uno de los mayores
problemas que se presentan en las industrias mas las que recin
empiezan son los altos costos de piezas que necesitan por eso la
revolucin de estas impresiones 3D es muy imporante en pocas
palabras se tiene que llegar a solucionar esta problema de altos
costos ya que si no se hace mucho locales podiran ser afectados.En
algunas aplicaciones industriales se requiere de muchas piezas en
grandes cantidades ya se de engranajes, tornillos, clavos etc y por
ende tambin existen muchos altos costos para su produccin y todo
esto contribuye a que no se usa ampliamente el termino de
Impresiones 3D
Formulacion del ProblemaCul seria la ventaja del uso de
impresiones 3D en la industria, comercio, el uso domestico?Se podrn
reducir costos al aplicar este termino?Hay beneficios tanto al
comprador como al proveedor?En cuales mbitos seria viable el uso de
la impresin 3D?
OBJETIVOSGENERALConocer de que manera influirn el uso de las
impresiones 3D en la industrias, comercio, casa o donde quiera que
se pueda aplicar este concepto tanto de manera global, local y como
persona.ESPECIFICOS1. Conocer el uso de impresiones 3D en diversos
mbitos.2. Conocer instrumentos y formas para la aplicacin de dicho
concepto.3. Determinar de que manera influye este concepto en
mbitos distintos.4. Observar como actan las personas y/o maquinaria
que se cree mediante este proceso nuevo que esta surgiendo y
agarrando fama5. Ventajas y Desventajas que se aplican para este
concepto
JUSTIFICACIONTEORICA Este tema es de mucho inters para las
nuevas personas que desean ser emprendedores y no hallan como
hacerlo ya que hay muchas empresas que ocupan digamos lo que uno
quiere emprender y eso no solo puede resultar en fracaso si no en
grandes perdidas tanto econmicas a nivel personal y posiblemente a
nivel nacional pero si se conocen nuevas conceptos como el de esta
investigacin se puede enprender de muchas maneras desde crear
figuras alusivas a un juego para vender su reproduccin hasta crear
partes de maquinas y no solo eso se reducirn costos y la
efectividad podra ser la misma o superior.Para eso tienen sus
ventajas y uno de los problemas que se pretende resolver es el
desempleo y los altos costos ya que este nuevo termino se puede
emplear como uso personal en casa y no gastar tanto como inversin
primaria , y dado que es un tendencia nueva muchos curiosos compran
para probar este nuevo proyecto.Y lo mejor de todo es que ambos el
que compra y vende son beneficiados por este nuevo mtodo de
fabriacion por adicion que mas adelante se hablara de este
punto.Con este apartado quiero generar conciencia de lo que uno se
esta perdiendo estancado en mtodos clsicos de produccin que si
pueden ser viable pero como ingenieros se debe buscar reducir
costos y aumentar produccin conceptos bsicos que no se deben perder
de vista si se quiere salir adelante en el mundo del trabajo.
PRACTICALos avances en impresin 3D permiten resolver problemas que
antes eran imposibles de solucionar. Adems de soluciones estticas o
de prototipado rpido, hoy se pueden fabricar prtesis de metal o
plstico a la medida, o incluso rganos con menor probabilidad de
rechazo gracias al uso del ADN del propio paciente.Si bien
actualmente la demanda en este segmento todava es muy baja, Toms
Chernoff, del staff de Robtec Argentina, se muestra optimista y
confa que poco a poco las impresoras se irn metiendo en los
hogares. "La gente tiene que entender la utilidad de las
impresiones: por ejemplo, si de repente necesits un objeto domstico
cualquiera o se te rompe la perilla del horno, del lavarropas o la
manija de un cajn, una impresora 3D -por un costo mnimo- te
resuelve el problema", asegura.En otras palabras podrn ser muy
viables si se usan correctamente y los conocimientos que se
necesitan no son muy avanzados dado que los softwares son fciles de
usar el nico inconveniente si acaso seria la primera inversin pero
puedo ser de hasta 25 mil una econmicas hasta los 100 mil una mas
avanzada.
LIMITACIONESTIEMPOLa investigacin se llevara acabo en 16
semanas, aproximadamente, que forman parte del semestre en curso:
enero-mayo 2015. Tambien se presenta la semana de bandas de guerra
en el Instituto Tecnologico de Nuevo Laredo, pero consideramos que
se trabajara en ese tiempo tambin pero este es un factor ya que se
requiere de una buena investigacin meticulosa ya que este tema
apendas esta agarrando tendencia y no hay mucha informacin fiable
en internet y mucho menos libros ya que al ser un nuevo tema apenas
se esta desarrollando por lo tanto se necesitan de tiempo para leer
y seleccionar informacin til y verdica al lector.ESPACIO O
TERRITORIO No se cuenta con espacio designado en el Instituto
Tecnologico sobre este tema por lo tanto desarrollarlo ser por mi
propia cuenta en investigaciones de campo e internet para formular
un buen proyecto til al lectorRECURSOSAl ser un estudiante apenas
de universidad no se tiene un ingreso econmico bueno por lo tanto
no puedo costear un equipo de impresora 3D pero si les puedo
cotizar lo que vale un equipo en un aproximado por si alguien
quiere adquirir uno y el precio seria de $12,000 sin incluir los
talleres para el uso del mismo.A continuacin presinto lo que
incluye esta cotizacin:
Especificaciones Tcnicas:
Area de impresion: 20cm x 20cm x 20cmResolucion maxima: 100
micrasAltura de Capa: 0.1 a 0.4 mm, dependiendo de la resolucion
que el usuario desee.Extrusor: Mas de 300 grados C, lo cual permite
utilizar mas materiales que solo los convencionales:Filamento: 3mm,
tal como PLA y ABS, Nylon, PVA, Polycarbonato y Laywood.Cama
Caliente: Incluida, max 135 grados C.LCD para operacion con memoria
SD,Alimentacion: 110 VCA
Incluye herramientas para el armado:
1 pinza de punta y corte1 desarmador1 esptula1 memoria SD (para
imprimir sin necesidad de conectarse al puerto USB1 cable USB 1 kit
de llaves Allen.Software, el cul podrs descargar desde una liga que
te enviamos.Soporte a travs de correo electrnico y telfono.Manual
de UsuarioManual de armado -Kit de impresora
MARCO DE REFERENCIAANTECEDENTESEn 1984, Charles Hull,
co-fundador de 3D Systems, invent la estereolitografa, un proceso
de impresin que da como resultado objetos 3D tangibles creados a
partir de informacin digital. Esta tecnologa se emplea para crear
un objeto 3D a partir de una imagen y permite a los usuarios probar
un diseo antes de invertir en un programa mucho ms grande de
produccin.Cmo funciona la impresin 3D?Las impresoras 3D funcionan
como las impresoras de inyeccin de tinta. Pero en lugar de tinta,
depositan el material 3D en capas sucesivas para crear un objeto
fsico a partir de un archivo digital.Cronologa1992. La primer
mquina de estereolitografa fue creada por 3D Systems, con un rayo
ultravioleta que solidificaba un fotopolmero. Este es un lquido muy
similar a la miel con el que se construyen partes tridimensionales
capa por capa. Los resultados no fueron perfectos, pero esta mquina
demostr que algunas partes complicadas pueden crearse en muy poco
tiempo.1999. Se implantaron en humanos los primeros rganos
modificados por medio de implantes arteriales impresos en 3D y
cubiertos con clulas del paciente. Esta tecnologa se desarroll en
el Instituto Wake Forest para Medicina Regenerativa, y sirvi como
inicio para otras estrategias para desarrollar ingeniera de rganos,
incluso imprimirlos.2002. Los cientficos disearon un rin miniatura
completamente funcional capaz de filtrar sangre y producir orina
diluida en un animal. Este desarrollo fue el inicio de la
investigacin para imprimir rganos y tejidos usando tecnologa de
impresin 3D.2005. El Dr. Adrian Bowyer de la Universidad de Bath
fund RepRap, una iniciativa open-source para crear una impresora 3D
que pudiera imprimir sus propias partes. Este proyecto buscaba
democratizar la fabricacin de objetos cotidianos por medio de la
impresora.2006. En este ao aparecieron los primeros dispositivos de
SLS (sinterizacin lser selectiva). Esta mquina usa un lser para
convertir materiales en productos 3D, lo cual fue un inicio para la
produccin en masa de objetos cotidianos, partes industriales e
incluso prtesis. Tambin durante este ao se cre Objet, un sistema de
impresin 3D que puede imprimir con materiales diversos como
elastmeros y polmeros, y hace posible que una pieza se pueda hacer
de diferentes densidades y propiedades.
2008. El proyecto RepRap lanz Darwin, la primer impresora
auto-replicante que puede imprimir la mayora de sus componentes, lo
cual permite a alguien que ya cuenta con una, imprimir otras para
sus amigos. Tambin en este ao camin la primer persona con una
impresin de prtesis 3D, la cual inclua la rodilla, el pie y el
tobillo en una misma estructura.2009. MakerBot Industries, empresa
open-source de hardware para impresoras 3D lanza al mercado kits
para hacer tu propia impresora 3D.2010. Los ingenieros de la
Universidad de Southampton disearon la primer aeronave impresa en
impresora 3D, que se construy en 7 das y una de las ventajas con la
impresin 3D son las alas elpticas, una caracterstica muy cara en
fabricacin convencional pero que mejoran la eficiencia aerodinmica
y minimiza el arrastre.2011. La compaa Kor Ecologic lanz un
prototipo de automvil amigable con el medio ambiente llamado Urbee,
cuya armazn fue completamente impresa en 3D. El modelo se dise para
ser barato y eficiente, y podra costar de 10,000 a 50,000 USD si se
vuelve comercialmente viable.2013. En Holanda se us una impresora
3D para imprimir una quijada 3D que se implant en una mujer mayor,
quien sufra una infeccin crnica de hueso. Actualmente se est
investigando esta tecnologa para la creacin de tejido seo.
ESTADO DEL ARTEA lo largo de lo que va esta investigacin se han
se han propuesto problemas que involucran a las impresiones 3D y
cuales pueden ser sus ventajas y desventajas.El desarrollo y futuro
impacto de las tecnologas de la manufactura aditiva (impresin 3D)
puede ser entendida dentro del marco de la evolucin de los
laboratorios de Fabricacin digital (Fab Lab).Muchos se preguntaran
los siguiente: Qu son los Laboratorios de Fabricacin Digital?
Los Laboratorios de Fabricacin Digital (Fab Lab's) son la red ms
importante del mundo que buscan facilitar el acceso masivo a los
medios modernos de invencin. Fue creada (MIT 2001) con el fin de
revolucionar el sistema industrial y dar el poder a las personas de
fabricar casi cualquier cosa. Comenzaron como un proyecto de
extensin del Centro de Bits y tomos (CBAMIT cba.mit.edu) y en la
actualidad su influencia se ha extendido por todo el mundo: desde
zonas urbanas en Boston hasta la reas rurales en la India, desde el
calor de Sudfrica al fro de Noruega. Las actividades de los
Laboratorios de Fabricacin Digitales son muy diversas y van desde
el empoderamiento tecnolgico: brindando capacitacin tcnica para la
solucin de problemas locales y la incubacin de pequeas empresas de
alta tecnologa, hasta el desarrollo de proyectos: que incluye
turbinas de energa solar y elica, redes inalmbricas de datos,
instrumentacin analtica para la agricultura y la salud, vivienda
personalizada y prototipado rpido de mquinas; en ltima instancia,
se busca crear ensambladores moleculares programables.
MARCO CONCEPTUALConceptos bsicos de una impresora 3D
Antes de nada, hay que tener en cuenta que el mundo de la
impresin 3D est en auge, ya sea para miniaturas, prototipados,
joyera, etc, pero hay que saber diferencias los 2 grupos
principales de usuarios o adquisidores de este producto: Gran
pblico o Profesionales.Una impresora 3D destinada a uso domstico no
podr ser comparada ni en calidad, ni en resultado final con una
profesional y eso simplemente, y por empezar por algn sitio, se
nota en el precio.Las impresoras 3D caseras ya pueden ser
encontradas desde 600 y te permites crear piezas muy bsicas con
materiales aceptables pero no con una calidad suficiente para poder
usarlos a nivel industrial.Luego en otro escalon bastante ms arriba
se encuentran las impresoras industriales las cuales se dividen en
2 grupos:Impresora de Adicin: tambin llamada de inyeccin de
polmeros la cual imprime por capas aadiendo el material a cada una
de ellasImpresora de compactacin: Que pueden usar tinta o laser y
las cuales compactan un polvo que hace a su modo de tinta,
derritiendo el plstico y construyendo la pieza.Las impresoras 3D
profesionales pueden costar decenas de miles de euros incluso
cientos, dependiendo del tamao y mdulos que posean. Lgicamente la
resolucin de esta es mcho mayor pudiendo llegar a hacer piezas de
micras de tamao y con un realismo increible. QU SON LAS IMPRESORAS
3D?El trmino impresora como su nombre indica hace referencia a ese
objeto que siempre hemos tenido en casa o en la oficina de nuestro
trabajo y que, conectado a nuestros ordenadores, es capaz de
producir documentos almacenados en nuestros ordenadores,
fundamentalmente documentos de texto y/o documentos grficos (en
color o en blanco y negro). Con esto podemos conseguir pasar
documentos electrnicos a documentos fsicos. Veamos pues, qu es una
Impresora 3D y qu maravillas nos ofrece. Una impresora 3D lo que
realmente hace es producir un diseo 3D creado con el ordenador en
un modelo 3D fsico. Es decir, si hemos diseado en nuestro ordenador
por ejemplo una simple taza de caf (por medio de cualquier programa
CAD Diseo Asistido por Computador) podremos imprimirla en la
realidad por medio de la impresora 3D y obtener un producto fsico
que sera la propia taza de caf. Por lo general, los materiales que
se utilizan para fabricar los objetos pueden ser metales, nylon, y
como unos 100 tipos de materiales diferentes. Una impresora 3D es
algo mgico, es como si pudiramos por fin crear objetos de la nada.
Objetos tan sencillos como una taza de caf a objetos mucho ms
complicados e increbles como partes de un avin o incluso rganos
humanos utilizando las propias clulas de una persona.CMO FUNCIONAN
LAS IMPRESORAS 3D?Las impresoras 3D utilizan mltiples tecnologas de
fabricacin e intentaremos explicar de forma sencilla cmo funcionan.
Las impresoras 3D lo que hacen es crear un objeto con sus 3
dimensiones y esto lo consigue construyendo capas sucesivamente
hasta conseguir el objeto deseado. Echa un vistazo a la siguiente
imagen para entenderlo mejor:
En la imagen anterior vemos 3 figuras. La primera es la que
dibujamos nosotros mismos en un papel, por ejemplo, del objeto que
queremos imprimir en sus 3 dimensiones, despus, con un programa de
CAD diseamos ese objeto en nuestro ordenador que sera la segunda
figura, y por ltimo separamos ese objeto en capas para ir
imprimiendo capa por capa en la impresora de 3 dimensiones, que es
lo que vemos en la tercera figura. Es decir, de un boceto en papel
podemos conseguir un objeto en la realidad con el material
adecuado.
QU OBJETOS PODEMOS HACER CON UNA IMPRESORA 3D?Los objetos que
pueden imprimirse en 3D son mltiples y variados. Objetos caseros,
maquetas, alimentos, componentes espaciales, prtesis, rganos
humanos, etc. Digamos que todo lo que puedas crear por ti mismo
podra imprimirse en 3 dimensiones. Nada se resiste a las impresoras
3D. Es lgico pensar que estas impresoras estn diseadas para objetos
pequeos pero nada ms lejos de la realidad ya que existen impresoras
de grandes dimensiones que pueden incluso imprimir un edificio por
piezas con sus muebles incluidos. Para el ao 2014 la propia NASA
enviar una de estas impresoras 3D a la Estacin Espacial
Internacional para que los astronautas puedan fabricar piezas que
consideren necesarias en el espacio.
Esto en si es lo bsico de como funciona una impresora 3D y que
es un impresora 3D los puntos bsicos que se necesitan saber mas
adelante se hablaran de softwares y procesos de impresin que
involucran estos conceptos.
Marco Teorico Una vez dicho todo lo anterior proceder a explicar
detalladamente lo mas posible los puntos antes visto una nueva
revolucin industrial Ingenieros, arquitectos y diseadores llevan
aos usando impresoras 3D para crear sus prototipos, pero el
abaratamiento de esta tecnologa est haciendo que sea cada vez ms
asequible para muchos otros sectores. Los objetos 3D se crean
mediante el envo de un archivo digital o imagen escaneada que se
manda a la impresora que los hace realidad capa a capa, en un
proceso que se conoce como "fabricacin aditiva Las impresoras 3D
estn cambiando las pautas de produccin y consumo de objetos tanto a
nivel personal como industrial, pues permiten disear y armar desde
prototipos industriales hasta prtesis dentales o rplicas de arte.
La impresin 3D es un grupo de tecnologas de fabricacin por adicin
donde un objeto tridimensional es creado mediante la superposicin
de capas sucesivas de material. Las impresoras 3D son por lo
general ms rpidas, ms baratas y ms fciles de usar que otras
tecnologas de fabricacin por adicin, aunque como cualquier proceso
industrial, estarn sometidas a un compromiso entre su precio de
adquisicin y la tolerancia en las medidas de los objetos
producidos. Las impresoras 3D ofrecen a los desarrolladores de
producto, la capacidad para imprimir partes y montajes hechos de
diferentes materiales con diferentes propiedades fsicas y mecnicas,
a menudo con un simple proceso de montaje. Las tecnologas avanzadas
de impresin 3D, pueden incluso ofrecer modelos que pueden servir
como prototipos de producto.DEL USO SOCIAL AL CONSUMISMOSon esas
impresoras, de coste y calidad variables, que hoy en da tenemos a
mano. Algunos, por gusto, por independencia, curiosidad o por
motivos educativos, deciden construir su propia Reprap de la cual
existe una multitud de versiones. Es el caso por ejemplo de los
miembros de la comunidad espaola Clone Wars que comparten sus
experiencias y conocimientos y renen ms de 100 impresoras.Otros
prefieren adquirir una impresora en kit o ya montada, open source o
cerrada, producidas por las numerosas empresas ubicadas en el mundo
entero: una de las ms famosas es la norteamericana Makerbot
Industries.Pero tambin se lanzan proyectos empresariales vinculados
a la impresin 3D en Espaa como Reprap BCN, Reclone3d, LEAPto3D,
BCNDynamics, Ultra-lab, en Argentina como KikaiLabs o en Brazil
como Metamquina. Usuarios-productores particularmente activos
contribuyen al desarrollo de la tecnologa como Josef Prusa,
Richrap, Tony Buser, Watsdesign o en Espaa, Obijuan. Poco a poco el
sector se configura, las opciones se multiplican, la oferta se
enriquece, el conocimiento aumenta, las herramientas se afinan, un
ecosistema surge. Empujada por las circunstancias, la impresin
industrial sale de su campo de accin colaborando con otros
sectores, como la arquitectura o la moda, y empieza a dirigirse a
la sociedad proponiendo servicios de impresin 3D bajo demanda e
intentando lanzar lneas de impresoras personales.FUNCIONAMIENTO Y
USOSHoy en da, es perfectamente posible tener una impresora 3D en
su casa o en su oficina para prototipar, crear un objeto,
personalizarlo o experimentar. La mayora de las impresoras
personales imprimen en plstico, depositando capa por capa el
material, aunque numerosas personas hayan adaptado sus mquinas para
imprimir con comestibles como el chef Paco Morales y el diseador
Jose R. Tramoyeres, en cermica, en arcilla, e incluso existe
filamento de madera y otro de nylon. Arquitectos, diseadores,
ingenieros, artistas, personas interesadas, eligen la impresin 3D
para crear prototipos, maquetas, probar diseos, objetos, productos,
crear obras, piezas adaptables o inditas. Y eso no tiene nada de
ciencia ficcin, pero tampoco es magia: a partir de un modelo 3D, se
generan unas coordenadas que la impresora sigue para depositar el
material fundido. Una serie de parmetros se deben de tomar en
cuenta para realizar una impresin exitosa. El operador tiene que
conocer los lmites fsicos y mecnicos de la mquina.
QU FUTURO TIENEN LAS IMPRESORAS 3D?
Aunque el concepto de impresora 3D ya tiene su origen en los aos
80 actualmente est cogiendo cada vez ms y ms fuerza y pronto podra
ya utilizarse en multitud de industrias. El futuro de las
impresoras 3D es prometedor y a partir del ao 2014 empezaremos a
estar ms familiarizados con ellas y tambin es posible que podamos
hacernos con una a un precio razonable. Hemos llegado ya hasta este
punto? Si, esa es la realidad, los humanos ya podemos hacer estas
cosas que hasta ahora nos parecan de ciencia ficcin! Podemos decir
ya que estamos siendo testigos de la 3 Revolucin Industrial de
nuestra historia por sta y muchas otras tecnologas.
MARCO LEGALAparece en los diarios de prensa general y
especializada con mucha asiduidad artculos y noticias relativas a
la impresin 3D. Desde la construccin de un arma, cuyo proceso
result muy sencillo ya que slo era necesario descargarse los planos
y realizar una pequea modificacin de los mismos e imprimirlos,
hasta la fabricacin de rganos y tejidos humanos a partir de un
modelo tridimensional creado por ordenador, pasando por los objetos
ms diversos como soportes para el mvil, calzado, bisutera, tuercas
y tornillos, etc.Este sistema de impresin permite a quin las
utiliza imprimir productos, o partes de stos, simplemente
utilizando un procedimiento informtico, a travs de un software, y
un medio mecnico como es el perifrico que realiza la impresin, todo
ello mediante la obtencin de un archivo de diseo tridimensional
tipo CAD. Ello se puede realizar ya desde el propio domicilio del
usuario si dispone de una impresora 3D o bien remitir dicho archivo
a una compaa de servicios de impresin como ShapewaysLa realidad
prxima es que esta impresin se est desarrollando para la creacin
rpida de prototipos, al reducir en una parte importante el ciclo
del mismo as como sus costes, y la produccin de una amplia gama de
productos terminados. Incluso, a pesar de parecer que la impresin
en materiales compuestos puede quedar lejos en el horizonte prximo,
lo cierto es que existen tcnicas de desarrollo que permiten
fabricar casi cualquier objeto fsico como puede ser el ejemplo del
MIT que a travs de su departamento CSAIL (Computer Science and
Artificial Intelligence Laboratory) trabaja en un proyecto que
permite fabricar carcasas para robots, o como la tecnologa lser
para la creacin de material slido mediante la aplicacin de una
resina lquida para productos relacionados con la nanotecnologa y
aplicaciones mdicas.La cuestin que debe suscitarse es cul ser el
devenir de los derechos de propiedad intelectual e, incluso
industrial, ante esta imparable realidad, en la cul cualquiera
desde cualquier lugar del mundo podr imprimir en tres dimensiones
productos sometidos a esta proteccin y cmo se debe o se puede
regular las autorizaciones o licencias de los titulares de los
mismos. Igualmente las ventajas tecnolgicas son tantas que tendr un
efecto an desconocido en la industria y en la manufactura por el
impacto de la reduccin de costo y tiempo de fabricacin de los
productos.As es que todos estos acontecimientos traern toda una
serie de cuestiones en torno a la propiedad intelectual que se
deberan tener en cuenta y que pasan desde la descarga de modelos en
3D, mbito de la propiedad intelectual, hasta la marca
tridimensional, en su aspecto de propiedad industrial, pasando por
el derecho a la imagen en el caso de la impresin de figuras del
cuerpo humano. O qu ocurre en los casos de las impresoras de mbito
domstico en relacin con el derecho a la copia privada o cul es o
debe ser su lmite. Evidentemente un artculo de impresin 3D para uso
personal no infringe los derechos de diseo o patentes registradas o
no registradas si tal uso es privado y no comercial, otra cuestin
es si el artculo copiado tiene una marca, o encarna una forma que
est protegida como marca, la copia de sta puede no constituir
infraccin ya no implica su uso en el trfico econmico.Diferente es
que dicho artculo se ofrezca para la venta, y en ese caso, es
plausible que pueda constituir una infraccin de marca, del diseo o
de la patente. Lo fundamental es, como se dijo anteriormente, la
facilidad de la copia y la distribucin instantnea de los archivos
de diseo a travs de Internet, que despus pueden ser impresos en
cualquier lugar del mundo, significa una amenaza real a la
falsificacin sin precedentes a todo lo conocido hasta ahora,
incluso la personalizacin de stos, pondr en dificultades prcticas a
los titulares de estos derechos a la hora de velar por sus
intereses y protegerse de ataques a dicha propiedad,
fundamentalmente en aspectos como el merchandising.
MARCO AMBIENTALLas impresoras 3D pueden ofrecer diversas
ventajas ambientales. Al reproducir objetos segn las necesidades
concretas de los usuarios, se reduce la produccin en masa y, con
ello, la sobreexplotacin de materias primas y la generacin de
residuos. The Economist habla de una "Tercera Revolucin Industrial"
impulsada por estos aparatos. Segn este semanario britnico, el
actual modelo deslocalizado de producir en otros pases a gran
escala podra dar paso a un sistema de produccin local de calidad, a
pequea escala y a medida.Sin necesidad de un nuevo cambio de
modelo, el diseo y la produccin industrial pueden reducir su
impacto ambiental. Los prototipos se pueden imprimir en poco tiempo
sin esperar meses y acertar mejor con el producto final, se pueden
utilizar menos procesos y recursos, hacer productos ms ligeros y
modulares, realizar lotes a demanda sin acumular stocks que luego
puede que acaben en la basura, etc.El impacto ambiental del
transporte de mercancas y productos tambin se reduce. Los productos
se pueden fabricar de manera local, en especial las partes o
recambios del mismo, de manera que no se tienen que encargar a
fabricantes lejanos.La obsolescencia prematura de los aparatos, sea
programada o no, tiene a un enemigo en las impresoras 3D. Los
productos pueden durar ms si se les sustituye las piezas
estropeadas y ya no hace falta comprar un producto nuevo porque el
fabricante ha dejado de hacer recambios o porque conseguirlos es
muy complicado. Reparar, la cuarta erre del ecologismo, es una
accin que cobra cada vez ms fuerza de la mano de movimientos
sociales y sostenibles como los maker o los fixer.El ecodiseo de
los bienes de consumo, pensado para reducir su impacto ambiental en
todas las fases productivas, podra aprovechar los sistemas de diseo
3D de manera que puedan realizarse productos ms sostenibles.Las
ventajas ecolgicas y econmicas del consumo colaborativo se pueden
adaptar a la impresin 3D. Los modelos, diseados en un ordenador,
pueden compartirse con otros usuarios. De esta forma, es posible
generalizarlos, mejorarlos y adaptarlos e, incluso, imprimirlos sin
necesidad de conocimientos avanzados de creacin 3D.Las impresoras
3D tienen tambin una serie de desafos a los que tendrn que
enfrentarse. Eduardo Paz, consultor especializado en marketing y
tecnologa, enumera varios de ellos, entre los que se encuentran los
aspectos ambientales. Las impresoras 3D hacen un "alto consumo de
energa", utilizan materiales para la fabricacin de objetos con un
"alto nivel contaminante" y generan una "dependencia de materiales
plsticos" y, por tanto, de los combustibles fsiles y su impacto
ambiental. Adems, la futura generalizacin de estos aparatos podra
suponer la fabricacin de productos intiles que generen ms
residuos.Sus defensores sealan que trabajan para hacer frente a
estos desafos, con el desarrollo de modelos ms eficientes en el
consumo de energa y recursos o la utilizacin de materiales
biodegradables, reutilizables y reciclables.
HIPOTESIS1. Se reducirn os altos costos de productos que
posiblemente algunas empresas o locales nuevos no puedan pagar
mediante la fabricacin aditiva esta nuevo mtodo que de las
impresiones 3D para crear disintos tipos de piezas segn la
necesidad la regla es que si puedes imaginarlo puedes crearlo
mediante el uso de esta tecnologa2. Ayuda en los costos tambin
ayudara a incremente las ventajas que ofrecen esta nueva tendencia
en si podr ayudar a la versatilidad ser flexible y de prototipado
rpido abrir una nuevo panorama en otras palabras una nueva
industria o sector surgir aun que se vern afectada otras industrias
o locales y aun ser posible descubrir aplicaciones multiples que la
gente aun no ha pensado.3. Las ventajas en si serian:1.- La
complejidad es gratis:En la fabricacin tradicional, cuanto mas
complejo es un objeto mas cara ser su produccin. Sin embargo, en la
impresin 3d la complejidad del diseo no afecta a su coste de
impresin, que depender nicamente del volumen de dicho objeto y por
tanto de la cantidad de material utilizado. Esto juega a favor de
los objetos complejos, ya que cuanto mas complejo sea el objeto,
mas ventaja supondr usar la impresin 3d frente a la fabricacin
tradicional.2.- Las variaciones son gratis:Otra de las ventajas de
la impresin 3d sobre la fabricacin tradicional es la variacin del
objeto a fabricar: En la fabricacin tradicional, modificar el diseo
del objeto a producir supone en la mayora de los casos asumir
enormes costes de produccin, tales como reprogramar las mquinas que
fabrican los objetos, paralizar la produccin hasta adaptarla,
modificacin de moldes, y en resumen, los costes propios de volver a
adaptar la linea de produccin al nuevo diseo. Usando la impresin 3d
como forma de produccin, modificar el diseo del producto no supondr
mas coste que el tiempo que dediquemos al nuevo diseo. Adems, la
variacin del diseo suele requerir de adaptaciones cuando este se
lleva a la produccin, lo que puede dar lugar a deshechar cientos o
miles de unidades. Esto no ocurre con la impresin 3d.3.- No es
necesario el ensamblaje de piezas:La fabricacin tradicional se basa
en la fabricacin de todas las piezas que conforman un producto, de
la forma mas simple y barata posible, para luego ensamblar dichas
piezas. Sin embargo, una de las ventajas de la impresin 3d es que
las impresoras 3d actuales permiten crear objetos ya ensamblados,
evitando el proceso de montaje posterior, que suele suponer un
importante gasto de personal y de tiempo de fabricacin, que a su
vez afecta al tiempo de produccin de los objetos. Esto disminuye o
disminuir considerablemente el tamao y complejidad de las cadenas
de montaje en su concepcin actual, lo que nos lleva al siguiente
principio.4.- No hace falta estocaje:Un producto puede ser impreso
bajo demanda, sin necesidad de contar con estocaje. Esto es
potenciado adems por la simplicidad de la produccin mencionada en
el principio anterior: una menor complejidad del montaje supone
menos tiempo de produccin, entre otras cosas debido a que no hace
falta ensamblar las piezas como en la fabricacin tradicional.
Adems, no es necesario fabricar miles de unidades para recuperar la
inversin que supone poner en carga la cadena de produccin, as que
otra de ventajas de la impresin 3d es que podemos fabricar los
productos segn son adquiridos por los clientes. Eso abre la puerta
a todo tipo de micronegocios, pues ya no es necesaria una gran
inversin inicial.5- Diseo, formas y texturas sin lmite:La
fabricacin tradicional est limitada por los materiales que usa. Por
ejemplo, la objetos fabricados con madera estn limitados por la
forma y grosor del tronco del que se extrae. Del mismo modo, la
complejidad de los diseos estn limitados por la capacidad de los
instrumentos mquinas que se usan para obtenerlos. Muchas veces, un
diseo inicial tiene que ser desechado por las limitaciones o costes
de las mquinas que luego tienen que hacerlo realidad. sta es una de
las mayores ventajas de la impresin 3d, ya que supone no ya
competir en mejores condiciones, sino incluso poder actutar en
campos vetados a la fabricacin tradicional.6.- No son necesarias
habilidades especiales:La fabricacin tradicional y artesanal
necesida de ciertas habilidades que en ocasiones requiere aos de
prctica, como por ejemplo en la artesana. La impresin 3d borra de
la ecuacin esta limitacin, permitindo a cualquiera que sepa manejar
un software de diseo acerarse a la produccin de objetos en igualdad
de condiciones, y por tanto, una vez mas, abriendo la puerta a
nuevos emprendedores. Por tanto, otra de las ventajas de la
impresin 3d es que todos podemos fabricar cosas.7.- Fabricacin
compacta y portatil.En la fabricacin tradicional, las mquinas
usadas para fabricar objetos pesan cientos o miles de kilos, y
producen objetos diminutos en comparacin con el tamao de dichas
mquinas. Sin embargo, las impresoras 3d fabrican objetos casi tan
grandes como ellas mismas, lo que implica menos necesidad de
espacio para montar un taller de fabricacin, y a su vez, permite
una total movilidad de ste. Podemos decir por tanto que otra de las
ventajas de la impresin 3d es la ratio de capacidad de produccin
por metro cuadrado, que se optimiza hasta niveles inalcanzables
para la fabricacin tradicional.8.- Menos material de deshecho.La
fabricacin de objetos metlicos mediante sistemas tradicionales
desperdicia, segn los autores, hasta un 90% del material. Esta tasa
de desperdicio es nfima en las impresoras 3d que imprimen en metal.
Esto es aplicable casi a todos los materiales. Esto afecta a los
costes, y tambin al medioambiente.9.- Infinitos materiales de
fabricacinLa fabricacin tradicional usa tcnicas agresivas que
cortan, comprimen, funden, estiran, perforan materiales, etc. Eso
limita mucho la posibilidad de mezclar materiales. Sin embargo, una
de las ventajas de la impresin 3d es la posibilidad de mezclar
materiales en distintas proporciones, lo que implica poder imprimir
en infinitas variaciones de materiales mezclados entre s. Poco a
poco irn apareciendo nuevos materiales de impresin, y nuevas
mezclas de materiales existentes, abriendo enormemente el abanico
de materiales con los que producir objetos.10.- Capacidad de crear
replicas exactasLa tecnologa de escaneado combinada con una
impresora 3d nos permitir, cada vez mas, replicar a la perfeccin
objetos existentes. Esta posibilidad no existe con la fabricacin
tradicional, pues replicar un objeto a la perfeccin est limitado
por el propio proceso de fabricacin y la maquinaria utilizada.
DESARROLLO DEL TEMA CENTRALEl diseo en 3DPara poder imprimir un
modelo tridimensional dibujado previamente, debemos tener en cuenta
determinados factores que nos afectarn a la hora de la impresin.
Estos factores nos condicionarn hasta tal punto que en muchos casos
nos veremos obligados a cambiar nuestra forma de disear con el fin
de obtener un modelo impreso aceptable. Veremos en este captulo los
ms importantes a tener en cuenta. En primer lugar, podemos partir
de plantas realizadas en 2D las cuales modificamos para poder
extrusionarlas y as obtener la tercera dimensin, o bien realizar
nuestros diseos directamente en un programa de tres dimensiones. En
cualquiera de las dos opciones planteadas, ser muy importante tener
en cuenta el tipo de archivo que necesitamos obtener, puesto que no
todos los archivos generados en 3D son legibles por los softwares
de las impresoras 3D. Nuestro siguiente paso ser imprimir los
diseos creados. Para ello se hace necesario conocer el sistema
general de trabajo de la impresora que vamos a utilizar. La
impresin 3D o impresin por adicin (additive printing o additive
manufacturing) es un mtodo de fabricacin de objetos
tridimensionales que se realiza mediante la adicin sucesiva de
capas de material. Para ello, una vez elaborado un archivo de
dibujo tridimensional, los datos de ese archivo se transfieren a un
software denominado "slicer" (rebanador en ingls), el cual se
encarga de descomponer el objeto en multitud de capas (de espesores
que rondan entre los 0,05 y 0,3 mm) y generar un nuevo archivo
denominado ".gcode", que ahora s puede interpretar la impresora e
imprimir capa a capa nuestro objeto.Otro aspecto a tener en cuenta
es que, al igual que el formato de un plano condiciona muchas de
sus caractersticas (escalas, grafiados, textos, etc), la impresora
que vayamos a utilizar nos condiciona muchas de las caractersticas
de nuestro objeto, principalmente:
Solo podremos imprimir objetos de un determinado tamao. Para
ello debemos ajustar nuestra escala para adaptarnos al tamao de la
impresora, e incluso podemos imprimir los objetos por partes y
unirlos una vez estn impresos. Los distintos tipos de filamentos o
plsticos existentes en el mercado darn origen a diferentes formas
de trabajo para obtener calidades similares en nuestras piezas. Una
impresora de adicin necesita siempre de una base sobre la que
depositar el filamento. Esta base puede ser al principio la
plataforma o cama de impresin, y despus las sucesivas capas que se
van colocando. De esta forma, los ngulos verticales imprimibles
deben ser superiores a 45 sobre la horizontal, o utilizar soportes
temporales (conformados por el "slicer" o diseados por el usuario)
que habr que retirar una vez realizada la pieza.De esta forma la
pieza impresa saldr de la impresora con una base que ser necesario
quitar para obtener la pieza tal y como la hemos concebido.Ntese en
este caso la dificultad que tendr retirar todo el material de
soporte, siendo muy probable que al cortar el anterior nos llevemos
tambin las patas del pjaro.
Las impresoras 3D suelen hacer mejor las curvas que los ngulos
rctos en el plano horizontal, debido al extrusor de la mquina y el
vertido de las capas de plstico. Esto ser de mayor o menor
importancia en funcin del nivel de acabado solicitado para nuestra
pieza. Para solucionarlo, podemos suavizar los ngulos de encuentro
entre aristas y/o planos, creando pequeas curvas de empalme que
sustituyan a los ngulos rectos.
La impresora 3D a la cual tuve acceso es una impresora 3D de
adicin o de inyeccin de polmeros, en la que el propio material se
aade por capas, es decir, el extrusor de la mquina derrite el
plstico para imprimir el objeto capa a capa hasta conseguir el
objeto completo que ha sido diseado previamente con un programa de
CAD.
En concreto, se trata de una impresora 3D de hardware libre: la
Tumaker Voladora 2. Esta mquina, al igual que muchas de las rep-rap
que podemos comprar actualmente, calienta el plstico utilizado (en
concreto el ABS se calienta hasta alcanzar los 240 grados
centgrados) y de esta forma lo va depositando en las capas
mencionadas, cada una de ellas de la forma calculada en el archivo
"gCode". Una vez en el exterior el plstico se enfra rapidamente
solidificndose con la capa anterior vertida, hasta que se obtiene
finalmente la pieza deseada.
Con esta impresora utilizaremos, posteriormente al "slicer" o
"rebanador", un "host" o software de comunicacin con la impresora.
Este programa interpreta el "gCode" generado con el "slicer" y d
las ordenes pertinentes al extrusor. Adems, este programa nos
permite controlar los movimientos del cabezal o extrusor y su
temperatura, as como la temperatura y altura de la plataforma de
impresin.
Con la utilizacin de estos dos programas una vez realizado el
diseo, conseguiremos un mejor funcionamiento de la impresora y por
tanto un mejor acabado final de la pieza.
En el siguiente apartadol realizaremos el diseo inicial de esta
forma (en 2D), para as comprobar si es til la importacin del
archivo generado o puede ser ms prctico realizar el dibujo
directamente en tres dimensiones.Diferentes softwares para el diseo
en 3D.Existen actualmente en el mercado numerosos programas que nos
permiten el diseo en tres dimensiones, muchos de ellos enfocados
inicialmente al mundo de la animacin por ordenador o los
videojuegos, que han sido adaptados por los usuarios al uso que
cada uno necesitara. Este es el caso de programas conocidos por
todos como el Maya, el 3D Studio Max, etc.
Sin embargo, otros softwares han sido directamente ideados para
el diseo arquitectnico. Es el caso de Rhinoceros 3D (de la empresa
norteamericana Autodesk) y de los ltimamente tan nombrados ArchiCAD
(de la empresa hngara Graphisoft), AllPlan (de la empresa alemana
Nemetschek) y Revit (comprado por Autodesk en el 2002). Veamos algo
ms de las caractersticas de estos tres ltimos softwares:
ArchiCAD tiene el privilegio de ser el primer software con
tecnologa BIM (Building Information Modeling -o Modelado de
informacin de construccin o edificacin-). BIM es el proceso de
generacin y gestin de datos del edificio durante su ciclo de vida
utilizando software dinmico de modelado de edificios en tres
dimensiones y en tiempo real, para disminuir la prdida de tiempo y
recursos en el diseo y construccin. Este proceso produce el modelo
de informacin del edificio (tambin abreviado BIM), que abarca la
geometra del edificio, las relaciones espaciales, la informacin
geogrfica, as como las cantidades y las propiedades de sus
componentes.
Posterior a ste, aparece en mercado el programa AllPlan, el
cual, contando tambin con tecnologa BIM, cuenta con numerosas
ventajas como son: muy buena coordinacin con otros programas (como
Cype, Presto, Adobe, etc.); agilidad en el trabajo con el modelo en
3D asistencia tcnica desde el comienzo de la compra del software;
etc.
Revit fu el ltimo en incorporarse al mercado. Siendo tambin un
software de BIM, parte con la ventaja inicial de la gran aceptacin
e implantacin que el programa AutoCAD, de la misma empresa
Autodesk, tiene actualmente. Con este software todo el proyecto se
realiza directamente en 3D, y de ah se generarn los planos en
2D.
Como podemos ver, estos programas realizan lo que es conocido
como Simulacin 4D ySimulacin 5D : no solo dibujan en 3D, sino que
aaden la cuarta y la quinta dimensin al diseo: el tiempo y el
precio. Esto lo hacen vinculando la informacin geomtrica del
programa de tres dimensiones con una carta de programacin (por
ejemplo, un Gantt), y agregando a todo el proceso la dimensin de
costos. De esta forma, el hecho de modificar una viga o un tipo de
puerta del proyecto, quedar tambin reflejado en los documentos
relacionados con el tiempo de ejecucin de obra y en el presupuesto
del proyecto, varindolos de forma automtica.
Sin embargo, a pesar de todas sus bondades, siguen contando con
un gran handicap: el necesario pago de licencias para su uso por
estudiantes y profesores. Es por eso que en este proyecto se ha
optado por el uso de software libre, el cual nos permite trabajar
en tres dimensiones en las aulas, de forma eficaz y sin saltarnos
ninguna norma.
El diseo tridimensional de elementos constructivos no deja de
ser una herramienta ms a la hora de definirlos. Sin embargo, aporta
por si mismo (sin necesidad de convinarlo con los mencionados
aspectos de tiempo y costos) una serie de ventajas muy
interesantes:1. Obtenemos un diseo mucho ms visual de los
elementos, lo cual adquiere todava mas relevancia en el caso de
estudiantes que se inician en el mundo de la arquitectura,
permitindoles obtener un mayor entendimiento de todo el diseo y por
tanto del funcionamiento de todos los elementos constructivos. 2. A
partir de un modelo tridimensional, podemos obtener de una forma ms
sencilla todas las vistas (planta, alzados y perfiles), dotndonos
as de una herramienta muy til en las clases de iniciacin al dibujo
didrico. 3. A mi entender, cualquier alumno que comprenda el
funcionamiento de un programa de diseo en 3D y conozca las rdenes
bsicas para trabajar con l, ser capaz de enfrentarse por si slo al
conocimiento de otros programas de diseo en 3D que pueda necesitar
en su futura vida profesional.Dentro del conjunto de 'programas
libres', encontramos los de cdigo abierto. Su principal ventaja es
su rpido desarrollo y mejora. El hecho de que haya toda una
comunidad de usuarios dispuesta al uso de una herramienta y su
mejora es dificilmente equiparable al trabajo de un solo equipo de
informticos de una empresa, por muy grande y potente que sta
sea.
Uno de estos programas es el Blender, muy conocido en el mundo
de la animacin 3D y cada ms utilizado en el mundo del diseo
arquitectnico. Blender es un modelador tridimensional que permite
el renderizado (generacin de una imagen o video a partir de un
modelo 3D) y el texturizado (cubrir con diferentes texturas o capas
superficiales un objeto virtual, para aumentar la sensacin
tridimensional que nos aporta y tambin para simular sus
materiales).
Las mltiples opciones que permite para la infoarquitectura
(generacin por ordenador de imgenes o video de un proyecto
arquitectnico) , tambin conocida como arquitectura en 3D o
arquitectura del modelado, ha hecho que en los ltimos aos su uso se
haya extendido a sectores como el del urbanismo y el de la
arquitectura.Existen multitud de recursos en la web para la
instalacin y el uso del Blender. Cabe destacar la serie de
tutoriales que la Universidad de Alicante, a travs de su canal de
Youtube "Virtualizacin del Patrimonio", ha publicado.Adems, como
recurso de aprendizaje en papel, encontramos el libro "Manual de
Modelado y Animacin con Blender", de Pablo Suau, profesor de la
asignatura de Infografa (perteneciente a la titulacin de 'Ingeniera
en Sonido e Imagen' de la Universidad de Alicante).
Otros programas libres, aunque ya no de cdigo abierto, nos van a
permitir el trabajo en 3D y la posterior impresin del modelo
generado. Estos son, entre otros, el 123D (de Autodesk) o el
Sketch-Up (de Google), los cuales se pueden descargar de forma
gratuita en las webs de las empresas que los han creado.Para el
desarrollo de este proyecto se ha utilizado Sketch-Up. Este
programa se lanza de forma gratuita para estudiantes y profesores,
con la idea de promocionarlo para que el usuario finalmente compre
su versin profesional de pago (Sketch-Up Pro) una vez que pase a su
uso en despachos de arquitectura.Su principal ventaja es su
facilidad de uso, as como su capacidad de importacin y exportacin
de diferentes tipos de archivos. Tanto es as, que para la
exportacin de dibujos 2D desde AutoCAD a Blender, son muchos los
profesionales que utilizan el Sketch-Up.El fcil manejo se debe
principalmente a que tiene una cantidad de herramientas y opciones
reducidas, en comparacin con otros programas de diseo en 3D.A este
aspecto, que puede sernos ventajoso inicialmente, se le unen una
serie de detalles muy interesantes a la hora de trabajar por
primera vez en tres dimensiones: Se aportan dibujados en el espacio
de trabajo los tres ejes tridimensionales, cada uno de un color.
Cuando dibujamos una lnea el programa, en funcin de la direccin de
movimiento del ratn, entiende que buscas paralelismo a uno otro
eje, indicndotelo para que puedas confirmarlo en caso de que as
sea. Aparece tambin reflejada la lnea del horizonte, aspecto muy
til para la comprensin inicial de los modelos generados y sobre
todo para no perdernos en las perspectivas una vez que hemos girado
las piezas. Como en muchos otros programas de 3D, todas las lneas
coplanarias que al dibujarse se encuentren formando polgonos
cerrados, generan efectivamente un rea o superficie. As pues, si en
una superficie ya creada dibujamos otras lneas que corten al
permetro inicial, se crearn nuevas reas unidas a la anterior. Es
compatible con muchos otros programas de diseo, permitiendo generar
modelos 3D de muchos tipos que sern reconocibles por la mayora de
las impresoras 3D del mercado.El principal inconveniente de este
programa parece ser su simplicidad, probablemente ya corregida en
la versin profesional.Antes de la decisin final de trabajo con este
programa (el Sketch-up), se desarroll el mismo detalle constructivo
(una cimentacin) con el programa Blender. El resultado fu muy
positivo, dndo el Blender muchas ms opciones para la resolucin de
los mismos problemas.
PRINCIPIOS GENERALESEl aditivo de fabricacin se lleva a planos
virtuales de diseo asistido por ordenador(CAD) o el software de
modelado y animacin, se encuentran en secciones digitales para la
mquina para utilizar sucesivamente como una gua para la impresin.
Dependiendo de la mquina que se utiliza, el material o un material
de unin se deposita sobre el lecho de construccin o de la
plataforma hasta que el material de estratificacin / aglutinante es
completa y el modelo 3D final ha sido "impreso". Una interfaz
estndar de datos entre el software CAD y de las mquinas es el
formato de archivo STL. Un archivo STL se aproxima a la forma de
una pieza o un ensamblaje utilizando facetas triangulares. Facetas
ms pequeas producen una superficie de mayor calidad. CAPA es un
formato de archivo de entrada analizador generado, y VRML (WRL) o
archivos a menudo se utilizan como entrada para las tecnologas de
impresin 3D que son capaces de imprimir a todo color.
METODOS DE IMPRESIN 3DUn gran nmero de tecnologas en competencia
estn disponibles para la impresin 3D; sus principales diferencias
se encuentran en la forma en la que las diferentes capas son usadas
para crear piezas. Algunos mtodos usan fundido o ablandamiento del
material para producir las capas, por ejemplo sinterizado de lser
selectivo (SLS) y modelado por deposicin fundida (FDM), mientras
que otros depositan materiales lquidos que son curados con
diferentes tecnologas. En el caso de manufactura de objetos
laminados, delgadas capas son cortadas para ser moldeadas y unidas
juntas.
Cada mtodo tiene sus propias ventajas e inconvenientes; por
ello, algunas compaas ofrecen elegir entre polvos y polmero como
material de fabricacin de la pieza segn sean las prioridades del
cliente. Generalmente las consideraciones principales son
velocidad, coste del prototipo impreso, coste de la impresora 3D,
eleccin y coste de materiales, as como capacidad para elegir el
color.
TipoTecnologasMateriales
ExtrusinModelado por deposicin fundida(FDM)Termoplsticos(por
ejemploPLA,ABS),HDPE, metaleseutcticos, materiales comestibles
HiladoFabricacin por haz de electrones(EBF3)Casi
cualquieraleacin
GranuladoSinterizado directo de metal por lser(DMLS)Casi
cualquieraleacin
Fusin por haz de electrones(EBM)Aleacionesde titanio
Sinterizado selectivo por calor(SHS)Polvo termoplstico
Sinterizado selectivo por lser(SLS)Termoplsticos, polvos
metlicos, polvos cermicos
Proyeccin aglutinante(DSPC)Yeso
LaminadoLaminado de capas(LOM)Papel, papel de aluminio, capa de
plstico
FotoqumicosEstereolitografa(SLA)fotopolmero
Impresin por inyeccinUn mtodo de impresin 3D consiste en el
sistema de impresin por inyeccin. La impresora crea el modelo de
capa en capa esparciendo una capa de polvo (plstico o resinas) e
inyecta un coaligante por inyeccin en la seccin de la pieza. El
proceso es repetido hasta que todas las capas han sido impresas.
Esta tecnologa es la nica que permite la impresin de prototipos a
todo color, permitiendo, adems, extraplanos o salientes. P Y V
*13*
Modelado por deposicin de fundenteEl modelado por deposicin de
fundente, una tecnologa desarrollada por Stratasys6 que es usada en
prototipado rpido tradicional, usa una tobera para depositar
polmero fundido sobre una estructura soporte, capa a capa. Otro
enfoque es fundir de manera selectiva el medio de impresin sobre
una base granular. En esta variacin el medio no fundido sirve de
soporte para los resaltes y paredes delgadas de la pieza a
producir, reduciendo as la necesidad de soportes auxiliares
temporales. Tpicamente un lser es usado para sinterizar el medio y
formar el slido. Ejemplos de esto son el sinterizado selectivo por
lser y el sinterizado directo de metal por lser (DMLS) usando
metales. Una ltima variacin consiste en usar una resina sinttica
que se solidifica usando la luz de LEDs.
FotopolimerizacinEstereolitografaLa tecnologa SLA utiliza
resinas lquidas fotopolimricas que se solidifican cuando son
expuestas a la luz emitida por un lser ultravioleta. De esta forma
se van creando capas superpuestas de resina slida que van creando
el objeto.
Fotopolimerizacin por luz ultravioletaEn la fotopolimerizacin
por luz ultravioleta, SGC, un recipiente de polmero lquido es
expuesto a la luz de un proyector DLP bajo condiciones controladas.
El polmero lquido expuesto endurece; la placa de montaje se mueve
hacia abajo en incrementos pequeos y el polmero es expuesto de
nuevo a la luz. El proceso se repite hasta que el modelo es
construido. El polmero lquido restante es entonces extrado del
recipiente, dejando nicamente el modelo slido. El ZBuilder Ultra es
un ejemplo de sistema DLP de prototipado rpido.
Fotopolimerizacin por absorcin de fotonesCaractersticas ultra
pequeas pueden ser conseguidas a travs de la tcnica de la
microfabricacin 3D, mediante el mecanismo de fotopolimerizacin por
absorcin de fotones. En esta variacin, el objeto 3D deseado es
trazado en un bloque de gel con un lser. El gel es curado y se
solidifica slo en los lugares en donde el lser es enfocado debido a
la nolinealidad ptica de la fotoexcitacin; despus de la etapa de
lser, el gel restante es lavado. Esta tcnica ofrece tamaos de menos
de 100 nm siendo fcilmente fabricables tanto en estructuras
complejas de partes mviles como en fijas.Impresin con
hieloRecientemente se han desarrollado tcnicas que por medio de un
enfriamiento controlado de agua tratada, son capaces de producir
una autntica impresin 3D con hielo como material.9 Aunque es una
tecnologa en desarrollo y sus ventajas a largo plazo estn an por
ver, el ahorro de material especfico para llevar a cabo la
impresin, independientemente del coste del proceso, parece una de
ellas.AcabadosA diferencia de la estereolitografa, la impresin 3D
por inyeccin est optimizada para obtener velocidad, coste bajo y
facilidad de uso, todo lo cual hace de ella una tcnica muy til para
etapas tempranas de diseo en ingeniera. No son necesarios
materiales qumicos txicos como los usados en estereolitografa y
mnimo trabajo de post-impresin es requerido para el acabado; la
nica necesidad es el soplado del polvo sobrante despus del proceso
de impresin, o la retirada de material de soporte en otras tcnicas.
Las impresiones de polvo coaligado pueden ser endurecidas en el
futuro por cera, o por impregnacin de polmeto termoplstico. Las
piezas FDM pueden ser endurecidas mediante filtrado de otro metal
en la pieza.
Resolucin y tolerancia de impresinLos conceptos de resolucin y
tolerancia de impresin aparecen a menudo mezclados, superpuestos e
incluso intercambiados. Algunos fabricantes prefieren usar un
trmino que englobe a ambos conceptos, tal como precisin
dimensional.
Parece ms razonable referir la resolucin de una impresora 3D a
la capacidad de posicionamiento o de discernimiento de distancias
antes de la inyeccin o depsito de material, mientras que la
tolerancia de impresin depender, adems, del proceso de
solidificacin o de acabado. Una buena prueba de que pueden ser
tomados como conceptos diferentes es que a menudo la tolerancia de
impresin suele presentar valores ms desfavorables que la
resolucin.
En cualquier caso, la resolucin puede estar dada en espesor de
capa, mientras que en el plano X-Y, puede estarlo por puntos por
pulgada (ppp). El espesor tpico de capa es del orden de 100 micras
(0,1 mm), aunque algunas mquinas tales como el Objet Connex
imprimen capas tan delgadas como 16 micras. La resolucin X-Y es
comparable a la de las impresoras lser convencionales. En el caso
de que el proceso las use, las partculas son del orden de 50 a 100
micras (0,05-0,1 mm) de dimetro.
La tolerancia final de pieza depender profundamente, adems de la
resolucin antes descrita, de la tecnologa y del material
utilizados. Es uno de los parmetros ms importantes en la eleccin de
proceso de impresin y del dispositivo, ya que no slo determinar la
propia tolerancia dimensional de la pieza, sino si, en caso de
espesores pequeos, dicha pieza es realizable o no.El lmite actual
de tolerancia para dispositivos DIY o de bajo coste estn en torno a
0,1 - 0,2 mm.Para trabajos de ms demanda dimensional, algunos
fabricantes son capaces de garantizar tolerancias del orden de las
decenas de micras.
APLICACIONES DE IMPRESORAS 3DMedicinaLa impresin 3D es un tema
fascinante en el que ya nos encontramos tomando la ola para
integrarla a la vida diaria. Es comn que haya noticias de nuevos
avances, aplicaciones y tipos de impresoras que comienzan a ser
accesibles para todos los bolsillos. En el caso de la Medicina, la
impresin 3D, tambin se beneficia de los avances tecnolgicos de esta
peculiar forma de impresin.La Medicina tambin se beneficia del
avance tecnolgico de la impresin 3DAs pues, en la Medicina las
aplicaciones de la impresin 3D se extiende cada vez ms, alimentos
impresos en 3D para personas con disfagia, fajas para la escoliosis
por citar un par de ejemplos. Pero al revisar las dems incursiones
de la impresin 3D en la Medicina encontr 3 grandes reas, de las
cuales hay ejemplos y estudios que se trabajan en este momento que
bien vale la pena conocer.
ModelosHay casos en la Medicina que son complicados como el de
tumores que se encuentran en lugares muy delicados en el cuerpo
humano. La impresin 3D puede proporcionar un modelo exacto del rea
a operar y con esto los mdicos pueden practicar con escalas reales,
con mayor probabilidad de realizar con xito las intervenciones.Es
el caso de Marc, un pequeo nio en Espaa que sus mdicos y el apoyo
de Fundacin CIM de la Universidad Politcnica de Catalua, fue capaz
de disear una copia exacta del tumor y el rea circundante con dos
materiales distintos, de plstico duro para los vasos sanguneos,
rin, y la columna vertebral y una resina blanda para el tumor en s.
El equipo de mdicos practic con esos modelos y el tumor de Marc
pudo ser removido con xito.
PrtesisLas prtesis han potencializado su evolucin con la
impresin 3D, sin duda. Desde muletas mucho ms anatmicas por la
posibilidad de las impresiones curvas y adaptadas al tamao
adecuado. Cubiertas para prtesis que permiten el diseo
personalizado. Prtesis de manos con movimientos ms naturales e
intuitivos a travs de conjuntar impresin 3D, robtica y
electrnica.
Uno de los casos que ms me impresion es el del video siguiente
del caso de Amanda Boxtel, que con la ayuda de nuevas tecnologas y
la impresin 3D cambi la calidad de su vida significativamente. Ella
haba pasado ms de 20 aos en sillas de ruedas, as que ha de ser
indescriptible contar con la tecnologa que le devuelva la
movilidad. Sin duda un gran caso.
OrganosEl proceso emergente de la impresin 3D, que utiliza
modelos digitales creados por computadora para crear objetos
reales, produjo todo desde juguetes hasta joyera y comida.Sin
embargo, pronto, las impresoras 3D podrn sacar algo mucho ms
complejo y controversial: los rganos humanos.Durante aos, los
investigadores mdicos reproducen clulas humanas en laboratorios a
mano para crear vasos sanguneos, catteres, tejido de la piel y
otras partes corporales. Pero disear rganos completos, con sus
estructuras celulares complicadas, es mucho ms difcil.Aqu estn las
impresoras 3D, que debido a su proceso preciso puede reproducir los
sistemas vasculares requeridos para hacer viables a los rganos. Los
cientficos ya utilizan las mquinas para imprimir tiras diminutas de
tejido de rganos. Y aunque imprimir rganos humanos completos para
trasplantes quirrgicos todava est a aos de distancia, la tecnologa
se desarrolla rpidamente."El proceso mecnico no es tan complicado.
La parte complicada es la de los materiales, que son biolgicos en
naturaleza, dijo Mike Titsch, editor en jefe de 3D Printer World,
que cubre la industria. No es como imprimir en 3D plstico o metal.
El plstico no se muere si lo dejas en un estante al que le entra
aire a temperatura abierta durante mucho tiempo.La idea de imprimir
un rin o hgado humano en un laboratorio puede parecer
incomprensible, incluso aterrador.Pero para muchos cientficos en el
rea, la bioimpresin promete mucho. Los rganos impresos autnticos
podran utilizarse para pruebas de medicamentos o vacunas, liberar a
los investigadores de mtodos menos precisos como pruebas en
animales o en modelos sintticos.Luego est la esperanza de que las
impresoras 3D en algn da puedan producir rganos muy necesitados
para trasplantes. Entre ms aumenta la esperanza de vida, nuestros
rganos fallan ms.En Mxico alrededor de 18,170 personas estn en
espera de un transplante de rgano, 10,500 de ellos estn en espera
de un rin segn cifras del Centro Nacional de Transplantes.Un rea
nueva y emocionante de la medicinaLa bioimpresin funciona as: los
cientficos cosechan clulas humanas de biopsias o clulas madre, para
despus permitir que se multipliquen en una placa de Petri, un
recipiente redondo de cristal. La mezcla resultante, una clase de
tinta biolgica, se introduce a la impresora 3D, que a su vez es
programada para acomodar diferentes tipos de clulas, junto con
otros materiales, en figuras precisas de tres dimensiones. Doctores
esperan que cuando esta pieza se introduzca al cuerpo, las clulas
impresas 3D se integren a los tejidos existentes.El proceso ya est
viendo algo de xito. El ao pasado, un nia de dos aos en Illinois
que naci sin trquea recibi un sustituto hecho a partir de sus
propias clulas madre. El gobierno de Estados Unidos ha financiado
un proyecto cuerpo en un chip universitario que imprime muestras de
tejidos que imitan las funciones del corazn, hgado, pulmones y
otros rganos. Estas muestras se colocan en un microchip y
conectados a un sustituto de sangre para mantener las clulas vivas,
lo cual permite a los doctores hacer pruebas para tratamientos
especficos y monitorear su efectividad.Esta es una emocionante y
nueva rea en la medicina. Tiene el potencial para convertirse en un
progreso muy importante, dice el Dr. Jorge Rakela, una
gastroenterlogo en la Mayo Clinic de Phoenix, Arizona, y miembro
del comit asesor mdico de la American Liver Foundation. La impresin
3D nos permite acercarnos a lo que pasa en la vida real, donde se
tienen mltiples capas de clulas, dijo. Con los modelos actuales de
2D, si creces ms de una o dos capas, las clulas de abajo se
empiezan a asfixiar por falta de oxgeno.Para acelerar el desarrollo
de los rganos bioimpresos, una fundacin de Virginia que apoya la
investigacin de medicina regenerativa anunci en diciembre que la
fundacin que imprima un hgado funcional recibir un premio de un
milln de dlares.Un contendiente inicial para este premio es
Organovo, una empresa de California dedicada a la bioimpresin de
partes humanas para fines comerciales. Al utilizar clulas de
tejidos y clulas madres que han sido donadas, Organovo se encuentra
desarrollando lo que esperan sern modelos autnticos de rganos
humanos, principalmente hgados, para anlisis de drogas.La compaa ha
impreso tiras de tejidos de hgados humanos en sus laboratorios,
aunque siguen siendo muy pequeos: cuatro por cuatro por un
milmetro. Cada tira toma alrededor de 45 minutos en imprimir, y
toma otros dos das para que las clulas puedan crecer y madurar,
dijo el CEO de Organovo, Keith Murphy. Despus de este proceso, los
modelos pueden vivir por alrededor de 40 das.De acuerdo con Murphy,
Organovo tambin ha creado modelos para riones, huesos, cartlago,
msculo, vasos sanguneos y tejidos de pulmones.
Bsicamente, te permite construir tejidos de la misma manera en
la que uno crea algo con legos, dijo Murphy. As puedes poner las
clulas correctas en los lugares indicados. No es como si las
derramaras en un molde.
Glosario.Manufactura:Fundente:Acotaje: Extrusion:CAD:
ReferenciasWilliams, Holly (28/08/2011). Object lesson: How the
world of decorative art is being revolutionised by 3D printing. The
Independent. Consultado el 15 de noviembre de 2011.
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https://www.google.com.mx/?gfe_rd=cr&ei=qMQQVaDLEKbE8gf0wIGQBw&gws_rd=ssl#q=impresoras+3d+medicinahttp://mexico.cnn.com/tecnologia/2014/04/03/el-proximo-paso-en-la-impresion-en-3d-los-organos-humanos