En los últimos años, la impresión 3D se ha desarrollado significativamente y ahora puede desempeñar funciones cruciales en muchas aplicaciones, siendo las más comunes la fabricación, la medicina, la arquitectura, el arte y el diseño personalizados, y pueden variar desde aplicaciones totalmente funcionales hasta aplicaciones puramente estéticas.
Los procesos de impresión 3D finalmente están alcanzando su máximo potencial y actualmente se están utilizando en las industrias manufactureras y médicas, así como en sectores socioculturales que facilitan la impresión 3D con fines comerciales. [1] En la última década, se ha hablado mucho de las posibilidades que podemos lograr al adoptar la impresión 3D como una de las principales tecnologías de fabricación . El uso de esta tecnología reemplazaría los métodos tradicionales que pueden ser costosos y consumir mucho tiempo. Se han realizado estudios de casos que describen cómo las capacidades de personalización de la impresión 3D a través de archivos modificables han sido beneficiosas para la rentabilidad y la rentabilidad en aplicaciones de atención médica. [2] [3] [4] [5] [6] [7]
Existen diferentes tipos de impresión 3D, como la fabricación de filamentos fundidos (FFF), la estereolitografía (SLA), la sinterización selectiva por láser (SLS), la impresión polyjet, la fusión multichorro (MJF), la sinterización directa por láser de metal (DMLS) y la fusión por haz de electrones (EBM).
Durante mucho tiempo, el problema de la impresión 3D ha sido que exige costos iniciales muy altos, lo que no permite una implementación rentable para los fabricantes en masa en comparación con los procesos estándar. Sin embargo, las tendencias de mercado detectadas recientemente han demostrado que esto finalmente está cambiando. El mercado de la impresión 3D ha mostrado uno de los crecimientos más rápidos dentro de la industria manufacturera en los últimos años. [8] Las aplicaciones de la impresión 3D son amplias debido a la capacidad de imprimir piezas complejas con el uso de una amplia gama de materiales. Los materiales pueden variar desde plástico y polímeros como filamentos termoplásticos, hasta resinas e incluso células madre. [4]
La impresión tridimensional permite fabricar artículos individuales tan baratos como producir miles de ellos, lo que socava las economías de escala . Puede tener un impacto tan profundo en el mundo como el que tuvo la aparición de la fábrica (...) Así como nadie podría haber predicho el impacto de la máquina de vapor en 1750 —o de la imprenta en 1450 , o del transistor en 1950— , es imposible prever el impacto a largo plazo de la impresión tridimensional. Pero la tecnología está llegando y es probable que altere todos los campos que toque.
— The Economist , en un editorial del 10 de febrero de 2011 [9]
Las tecnologías AM encontraron aplicaciones a partir de la década de 1980 en el desarrollo de productos , visualización de datos , creación rápida de prototipos y fabricación especializada. Su expansión a la producción ( producción por encargo , producción en masa y fabricación distribuida ) ha estado en desarrollo en las décadas posteriores. Los roles de producción industrial dentro de las industrias metalúrgicas [10] alcanzaron una escala significativa por primera vez a principios de la década de 2010. Desde principios del siglo XXI ha habido un gran crecimiento en las ventas de máquinas AM, y su precio ha bajado sustancialmente. [11] Según Wohlers Associates, una consultora, el mercado de impresoras 3D y servicios valía 2.200 millones de dólares en todo el mundo en 2012, un 29% más que en 2011. [12] McKinsey predice que la fabricación aditiva podría tener un impacto económico de 550.000 millones de dólares anuales para 2025. [13] Hay muchas aplicaciones para las tecnologías AM, incluidas la arquitectura, la construcción (AEC), el diseño industrial , la automoción, la industria aeroespacial , [14] militar, la ingeniería , la industria dental y médica, la biotecnología (reemplazo de tejido humano), la moda, el calzado, la joyería, las gafas, la educación, los sistemas de información geográfica, la alimentación y muchos otros campos.
Las primeras aplicaciones de la fabricación aditiva se han producido en el extremo de la sala de herramientas del espectro de la fabricación. Por ejemplo, el prototipado rápido fue una de las primeras variantes aditivas, y su misión era reducir el tiempo de entrega y el coste de desarrollo de prototipos de nuevas piezas y dispositivos, que antes sólo se hacía con métodos de sala de herramientas sustractivos, como el fresado y torneado CNC y el rectificado de precisión, mucho más precisos que la impresión 3D con una precisión de hasta 0,00005" y que crean piezas de mejor calidad más rápido, pero a veces demasiado caros para piezas de prototipos de baja precisión. [15] Sin embargo, con los avances tecnológicos en la fabricación aditiva y la difusión de esos avances en el mundo empresarial, los métodos aditivos están avanzando cada vez más en el extremo de producción de la fabricación de formas creativas y, a veces, inesperadas. [15] Las piezas que antes eran el ámbito exclusivo de los métodos sustractivos ahora se pueden fabricar de forma más rentable en algunos casos mediante métodos aditivos. Además, los nuevos desarrollos en la tecnología RepRap permiten que el mismo dispositivo realice tanto la fabricación aditiva como la sustractiva intercambiando cabezales de herramientas montados magnéticamente. [16]
La fabricación aditiva en combinación con tecnologías de computación en la nube permite una producción distribuida descentralizada y geográficamente independiente. [17] La fabricación aditiva basada en la nube se refiere a un modelo de fabricación en red orientado a servicios en el que los consumidores de servicios pueden construir piezas a través de Infraestructura como Servicio (IaaS), Plataforma como Servicio (PaaS), Hardware como Servicio (HaaS) y Software como Servicio (SaaS). [18] [19] [20] La fabricación distribuida como tal es realizada por algunas empresas; también hay servicios como 3D Hubs que ponen a las personas que necesitan impresión 3D en contacto con los propietarios de impresoras. [21]
Algunas empresas ofrecen servicios de impresión 3D en línea tanto a clientes comerciales como privados, [22] trabajando a partir de diseños 3D cargados en el sitio web de la empresa. Los diseños impresos en 3D se envían al cliente o se recogen del proveedor de servicios. [23]
Existen muchos sitios web de código abierto que tienen archivos STL descargables que se pueden modificar o imprimir tal como están. Hay archivos disponibles para el público en general que van desde herramientas funcionales hasta figuras estéticas. Los archivos de código abierto pueden ser beneficiosos para el usuario, ya que el objeto impreso puede ser más rentable que sus contrapartes comerciales. [24]
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Las empresas han creado servicios donde los consumidores pueden personalizar objetos utilizando un software de personalización simplificado basado en la web y ordenar los artículos resultantes como objetos únicos impresos en 3D. [25] [26] Esto ahora permite a los consumidores crear cosas como fundas personalizadas para sus teléfonos móviles o escaneos de sus cerebros. [27] [28] Nokia ha lanzado los diseños 3D para su funda para que los propietarios puedan personalizar su propia funda e imprimirla en 3D. [29]
Los avances en la tecnología RP han permitido introducir materiales adecuados para la fabricación final, lo que a su vez ha permitido fabricar directamente componentes terminados. Una ventaja de la impresión 3D para la fabricación rápida reside en la producción relativamente rápida y económica de pequeñas cantidades de piezas.
La fabricación rápida es un nuevo método de fabricación y muchos de sus procesos siguen sin probarse. La impresión 3D está entrando ahora en el campo de la fabricación rápida y muchos expertos la identificaron como una tecnología de "siguiente nivel" en un informe de 2009. [30] Uno de los procesos más prometedores parece ser la adaptación de la sinterización selectiva por láser (SLS) o la sinterización directa por láser de metal (DMLS), algunos de los métodos de creación rápida de prototipos mejor establecidos. Sin embargo, en 2006 [actualizar], estas técnicas todavía estaban en sus primeras etapas y había muchos obstáculos que superar antes de que la RM pudiera considerarse un método de fabricación realista. [31]
Se han presentado demandas por patentes relacionadas con la impresión 3D para la fabricación. [32]
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Las impresoras 3D industriales existen desde principios de los años 80 y se han utilizado ampliamente para la creación rápida de prototipos y con fines de investigación. Por lo general, se trata de máquinas de mayor tamaño que utilizan metales en polvo patentados, medios de fundición (por ejemplo, arena), plásticos, papel o cartuchos, y las utilizan universidades y empresas comerciales para la creación rápida de prototipos .
La impresión 3D puede ser particularmente útil en los laboratorios de investigación debido a su capacidad de crear geometrías especializadas y personalizadas. En 2012, un proyecto de prueba de principio en la Universidad de Glasgow , Reino Unido, demostró que es posible utilizar técnicas de impresión 3D para ayudar en la producción de compuestos químicos . Primero imprimieron recipientes de reacción química y luego utilizaron la impresora para depositar reactivos en ellos. [33] Han producido nuevos compuestos para verificar la validez del proceso, pero no han buscado nada con una aplicación particular.
Por lo general, el proceso FDM se utiliza para imprimir recipientes de reacción huecos o microrreactores. [33] Si la impresión 3D se realiza dentro de una atmósfera de gas inerte , los recipientes de reacción se pueden llenar con sustancias altamente reactivas durante la impresión. Los objetos impresos en 3D son herméticos al aire y al agua durante varias semanas. Mediante la impresión de recipientes de reacción en la geometría de cubetas o tubos de medición comunes, se pueden realizar mediciones analíticas de rutina como espectroscopia UV/VIS , IR y RMN directamente en el recipiente impreso en 3D. [34]
Además, la impresión 3D se ha utilizado en laboratorios de investigación como método alternativo para fabricar componentes para su uso en experimentos, como blindaje magnético y componentes de vacío, con un rendimiento demostrado comparable al de las piezas producidas tradicionalmente. [35]
La fabricación aditiva de alimentos se está desarrollando mediante la compresión de los alimentos, capa por capa, hasta formar objetos tridimensionales. Una gran variedad de alimentos son candidatos apropiados, como el chocolate y los dulces, y alimentos planos como las galletas saladas, la pasta [36] y la pizza. [37] [38] La NASA ha considerado la versatilidad del concepto y ha adjudicado un contrato a la Consultoría de Investigación de Sistemas y Materiales para estudiar la viabilidad de imprimir alimentos en el espacio. [39] La NASA también está estudiando la tecnología para crear alimentos impresos en 3D para limitar el desperdicio de alimentos y fabricar alimentos diseñados para satisfacer las necesidades dietéticas de un astronauta. [40] Una empresa emergente de tecnología alimentaria, Novameat, de Barcelona, imprimió en 3D un filete a partir de guisantes, arroz, algas y algunos otros ingredientes que se colocaron de forma entrecruzada, imitando las proteínas intracelulares. [41] Uno de los problemas con la impresión de alimentos es la naturaleza de la textura de un alimento. Por ejemplo, los alimentos que no son lo suficientemente fuertes como para ser limados no son apropiados para la impresión 3D.
El utillaje ágil es el proceso de utilizar medios modulares para diseñar utillaje producido mediante métodos de fabricación aditiva o impresión 3D para permitir la creación rápida de prototipos y respuestas a las necesidades de utillaje y fijación. El utillaje ágil utiliza un método rentable y de alta calidad para responder rápidamente a las necesidades de los clientes y del mercado. Se puede utilizar en hidroconformado , estampado , moldeo por inyección y otros procesos de fabricación.
Los usos quirúrgicos de las terapias centradas en la impresión 3D tienen una historia que comienza a mediados de la década de 1990 con el modelado anatómico para la planificación de la cirugía reconstructiva ósea. [42] Al practicar en un modelo táctil antes de la cirugía, los cirujanos estaban más preparados y los pacientes recibían una mejor atención. Los implantes adaptados al paciente fueron una extensión natural de este trabajo, lo que llevó a implantes verdaderamente personalizados que se adaptan a un individuo único. [43] La planificación virtual de la cirugía y la guía utilizando instrumentos personalizados impresos en 3D se han aplicado a muchas áreas de la cirugía, incluido el reemplazo total de articulaciones y la reconstrucción craneomaxilofacial con gran éxito. [ aclaración necesaria ] [44] Un estudio más profundo del uso de modelos para la planificación de la cirugía cardíaca y de órganos sólidos ha llevado a un mayor uso en estas áreas. [45] La impresión 3D en el hospital ahora es de gran interés y muchas instituciones están buscando agregar esta especialidad dentro de los departamentos de radiología individuales. [46] [47] La tecnología se está utilizando para crear dispositivos únicos y adaptados al paciente para enfermedades raras. Un ejemplo de ello es la férula traquial biorreabsorbible para tratar a los recién nacidos con traqueobroncomalacia [48] desarrollada en la Universidad de Michigan. Varios fabricantes de dispositivos también han comenzado a utilizar la impresión 3D para guías quirúrgicas adaptadas a los pacientes (polímeros). El uso de la fabricación aditiva para la producción en serie de implantes ortopédicos (metales) también está aumentando debido a la capacidad de crear de manera eficiente estructuras de superficie porosas que facilitan la osteointegración. Los yesos impresos para huesos rotos pueden ajustarse a medida y abrirse, lo que permite al usuario rascarse cualquier picazón, lavar y ventilar el área dañada. También se pueden reciclar.
La fabricación con filamentos fusionados (FFF) se ha utilizado para crear microestructuras con una geometría interna tridimensional. No se necesitan estructuras de sacrificio ni materiales de soporte adicionales. La estructura que utiliza ácido poliláctico (PLA) puede tener una porosidad totalmente controlable en el rango del 20 % al 60 %. Estos andamios podrían servir como plantillas biomédicas para el cultivo de células o implantes biodegradables para la ingeniería de tejidos. [49]
La impresión 3D se ha utilizado para imprimir implantes y dispositivos específicos para cada paciente para uso médico. Entre las operaciones exitosas se incluyen una pelvis de titanio implantada en un paciente británico, una mandíbula inferior de titanio trasplantada a un paciente holandés [50] y una férula traqueal de plástico para un bebé estadounidense [51] . Se espera que las industrias de los audífonos y la odontología sean las mayores áreas de desarrollo futuro utilizando la tecnología de impresión 3D personalizada [52] . 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 [53] . También se están realizando investigaciones sobre métodos para bioimprimir reemplazos para el tejido perdido debido a la artritis y el cáncer [ cita requerida ] .
La tecnología de impresión 3D ahora se puede utilizar para hacer réplicas exactas de órganos. La impresora utiliza imágenes de resonancias magnéticas o tomografías computarizadas de los pacientes como plantilla y coloca capas de goma o plástico. Estos modelos se pueden utilizar para planificar operaciones difíciles, como fue el caso en mayo de 2018, cuando los cirujanos utilizaron una réplica impresa en 3D de un riñón para practicar un trasplante de riñón en un niño de tres años. [54]
Se ha estudiado la degradación térmica durante la impresión 3D de polímeros reabsorbibles, al igual que en las suturas quirúrgicas , y se pueden ajustar los parámetros para minimizar la degradación durante el procesamiento. Se pueden imprimir estructuras de andamiaje blandas y flexibles para cultivos celulares. [55]
En la impresión 3D, las microestructuras simuladas por ordenador se utilizan habitualmente para fabricar objetos con propiedades que varían espacialmente. Esto se consigue dividiendo el volumen del objeto deseado en subceldas más pequeñas utilizando herramientas de simulación asistidas por ordenador y rellenando después estas celdas con microestructuras adecuadas durante la fabricación. Se comparan varias estructuras candidatas diferentes con comportamientos similares y el objeto se fabrica cuando se encuentra un conjunto óptimo de estructuras. Se utilizan métodos avanzados de optimización topológica para garantizar la compatibilidad de las estructuras en celdas adyacentes. Este enfoque flexible de la fabricación 3D se utiliza ampliamente en diversas disciplinas, desde las ciencias biomédicas , donde se utilizan para crear estructuras óseas complejas [56] y tejido humano [57], hasta la robótica , donde se utilizan en la creación de robots blandos con partes móviles. [58] [59] La impresión 3D también encuentra cada vez más aplicaciones en el diseño y la fabricación de aparatos de laboratorio . [60]
La tecnología de impresión 3D también se puede utilizar para producir equipos de protección personal, también conocidos como EPP, que usan los profesionales médicos y de laboratorio para protegerse de las infecciones cuando tratan a los pacientes. Algunos ejemplos de EPP son las mascarillas, los protectores faciales, los conectores, las batas y las gafas protectoras. Las formas más populares de EPP impresos en 3D son las mascarillas, los protectores faciales y los conectores. [61]
En la actualidad, la fabricación aditiva también se emplea en el campo de las ciencias farmacéuticas para crear medicamentos impresos en 3D . Se utilizan diferentes técnicas de impresión 3D (por ejemplo, FDM, SLS, impresión por inyección de tinta, etc.) según sus respectivas ventajas e inconvenientes para diversas aplicaciones relacionadas con la administración de medicamentos.
En 2006, investigadores de la Universidad de Cornell publicaron algunos de los trabajos pioneros en impresión 3D para la fabricación de tejidos, imprimiendo con éxito biotintas de hidrogel. [62] El trabajo en Cornell se amplió utilizando bioimpresoras especializadas producidas por Seraph Robotics, Inc., una empresa derivada de la universidad, que ayudó a catalizar un interés global en la investigación de impresión 3D biomédica.
La impresión 3D ha sido considerada como un método para implantar células madre capaces de generar nuevos tejidos y órganos en seres humanos vivos. [63] Con su capacidad de transformarse en cualquier otro tipo de célula en el cuerpo humano, las células madre ofrecen un enorme potencial en la bioimpresión 3D. [64] El profesor Leroy Cronin de la Universidad de Glasgow propuso en una charla TED de 2012 que era posible utilizar tintas químicas para imprimir medicamentos. [65] En 2015, la FDA aprobó Spritam ®, un fármaco impreso en 3D también conocido como levetiracetam. [66] Actualmente, hay tres métodos de impresión 3D que se han explorado para la producción de fármacos: sistemas de escritura basados en láser , sistemas de inyección de tinta basados en impresión y sistemas basados en boquillas. [66] [67]
A partir de 2012 , las empresas de biotecnología y el mundo académico han estudiado la tecnología de bioimpresión[actualizar] 3D para su posible uso en aplicaciones de ingeniería de tejidos en las que se construyen órganos y partes del cuerpo utilizando técnicas de inyección de tinta. En este proceso, se depositan capas de células vivas sobre un medio de gel o una matriz de azúcar y se acumulan lentamente para formar estructuras tridimensionales que incluyen sistemas vasculares. [68] El primer sistema de producción para la impresión 3D de tejidos se entregó en 2009, basado en la tecnología de bioimpresión de NovoGen . [69] Se han utilizado varios términos para referirse a este campo de investigación: impresión de órganos, bioimpresión, impresión de partes del cuerpo, [70] e ingeniería de tejidos asistida por computadora , entre otros. [71] También se está explorando la posibilidad de utilizar la impresión 3D de tejidos para crear arquitecturas de tejidos blandos para cirugía reconstructiva. [72]
En 2013, los científicos chinos comenzaron a imprimir orejas, hígados y riñones con tejido vivo. Los investigadores en China han podido imprimir con éxito órganos humanos utilizando bioimpresoras 3D especializadas que utilizan células vivas en lugar de plástico [ cita requerida ] . Los investigadores de la Universidad Hangzhou Dianzi diseñaron la "bioimpresora 3D" bautizada como "Regenovo". Xu Mingen, el desarrollador de Regenovo, dijo que puede producir una muestra en miniatura de tejido hepático o cartílago de la oreja en menos de una hora, y predijo que los órganos impresos completamente funcionales podrían tardar entre 10 y 20 años en desarrollarse. [73] [74]
El 24 de octubre de 2014, una niña de cinco años que nació sin dedos completamente formados en su mano izquierda se convirtió en el primer niño en el Reino Unido en tener una mano protésica hecha con tecnología de impresión 3D. Su mano fue diseñada por e-NABLE, una organización de diseño de código abierto con sede en EE. UU. que utiliza una red de voluntarios para diseñar y fabricar prótesis principalmente para niños. La mano protésica se basó en un molde de yeso hecho por sus padres. [75] Un niño llamado Alex también nació con un brazo faltante justo por encima del codo. El equipo pudo usar la impresión 3D para cargar un brazo mioeléctrico e-NABLE que funciona con servos y baterías que son accionados por el músculo de electromiografía. Con el uso de impresoras 3D, e-NABLE hasta ahora ha distribuido miles de manos de plástico a niños. Otro ejemplo es Open Bionics , una empresa que fabrica brazos biónicos completamente funcionales a través de la tecnología de impresión 3D. La impresión 3D permite a Open Bionics crear diseños personalizados para sus clientes, ya que puede haber diferentes colores, texturas, patrones e incluso “Hero Arms” que emulan a superhéroes como Ironman o personajes de Star Wars .
Las prótesis impresas se han utilizado en la rehabilitación de animales lisiados. En 2013, un pie impreso en 3D permitió que un patito lisiado volviera a caminar. [76] Los caparazones de cangrejo ermitaño impresos en 3D permitieron que los cangrejos ermitaños habitaran un nuevo estilo de hogar. [77] Un pico protésico fue otra herramienta desarrollada mediante el uso de la impresión 3D para ayudar a un águila calva llamada Beauty, cuyo pico quedó gravemente mutilado por un disparo en la cara. Desde 2014, se han utilizado implantes de rodilla de titanio disponibles comercialmente fabricados con impresora 3D para perros para restaurar la movilidad de los animales. Más de 10.000 perros en Europa y Estados Unidos han sido tratados después de solo un año. [78]
En febrero de 2015, la FDA aprobó la comercialización de un perno quirúrgico que facilita una cirugía de pie menos invasiva y elimina la necesidad de perforar el hueso. El dispositivo de titanio impreso en 3D, 'FastForward Bone Tether Plate', está aprobado para su uso en cirugía de corrección para tratar el juanete . [79] En octubre de 2015, el grupo del profesor Andreas Herrmann en la Universidad de Groningen ha desarrollado las primeras resinas imprimibles en 3D con propiedades antimicrobianas . Empleando estereolitografía , se incorporan grupos de amonio cuaternario en aparatos dentales que matan las bacterias al contacto. Este tipo de material se puede aplicar más en dispositivos médicos e implantes. [80]
La impresión 3D ha sido especialmente beneficiosa para la creación de prótesis específicas para cada paciente en cirugías grandes o invasivas. En un estudio de caso publicado en 2020 sobre los beneficios de la impresión 3D para prótesis de cadera, tres pacientes con defectos acetabulares necesitaban revisiones de artroplastia total de cadera (ATC). Se utilizó la impresión 3D para producir prótesis específicas para cada uno de los tres pacientes y su defecto óseo complejo, lo que resultó en una mejor recuperación posterior al procedimiento y un mejor pronóstico del individuo. [5]
En un estudio de caso sobre las aplicaciones de la impresión 3D en terapia ocupacional, se aprovechó el aspecto de la personalización y la fabricación rápida a bajo costo en diferentes herramientas, como mangos de tijeras y abrebotellas personalizados para personas con complicaciones motoras en las manos. Se diseñaron portavasos, guías de escritura, fortalecedores de agarre y otros artículos de terapia ocupacional, se imprimieron y se compararon con sus contrapartes disponibles comercialmente en un análisis de costos. Se descubrió que los artículos impresos en 3D eran, en promedio, 10,5 veces más rentables que las alternativas comerciales. [6]
La impresión 3D para dispositivos médicos puede abarcar desde aplicaciones protésicas humanas, hasta prótesis animales y máquinas herramienta médicas: el 6 de junio de 2011, la empresa Xilloc Medical junto con investigadores de la Universidad de Hasselt , en Bélgica, imprimieron con éxito una nueva mandíbula para una mujer holandesa de 83 años de la provincia de Limburgo. [81] La impresión 3D se ha utilizado para producir picos protésicos para águilas, un ganso brasileño llamado Victoria y un tucán costarricense llamado Grecia . [82] En marzo de 2020, la empresa Isinnova en Italia imprimió 100 válvulas de respirador en 24 horas para un hospital que carecía de ellas en medio del brote de coronavirus. [83] Está claro que la tecnología de impresión 3D es beneficiosa en muchas áreas de la atención médica.
En mayo de 2015 se produjo la primera formulación fabricada mediante impresión 3D. [84] En agosto de 2015, la FDA aprobó la primera tableta impresa en 3D. La inyección de aglutinante en un lecho de polvo del fármaco permite producir tabletas muy porosas, lo que permite altas dosis del fármaco en una única formulación que se disuelve rápidamente y se absorbe fácilmente. [85] Esto se ha demostrado para Spritam, una reformulación del levetiracetam para el tratamiento de la epilepsia . [86]
La fabricación aditiva ha sido cada vez más utilizada por los científicos en el campo farmacéutico. Sin embargo, después de la primera aprobación de la FDA de una formulación impresa en 3D, el interés científico por las aplicaciones 3D en la administración de fármacos creció aún más. Grupos de investigación de todo el mundo están estudiando diferentes formas de incorporar fármacos dentro de una formulación impresa en 3D, por ejemplo, incorporando fármacos poco solubles en agua en sistemas autoemulsionantes o geles de emulsión. La tecnología de impresión 3D permite a los científicos desarrollar formulaciones con un enfoque personalizado, es decir, formas de dosificación adaptadas específicamente a un paciente individual. Además, de acuerdo con las ventajas de las diversas técnicas utilizadas, se pueden lograr formulaciones con diversas propiedades. Estas pueden contener múltiples fármacos en una única forma de dosificación, diseños multicompartimentales, sistemas de administración de fármacos con distintas características de liberación, etc. [87] [88] [89] [90] [91] Durante los primeros años, los investigadores se han centrado principalmente en la técnica de modelado por deposición fundida (FDM). Hoy en día, otras técnicas de impresión como la sinterización selectiva por láser (SLS), la estereolitografía (SLA) y la extrusión semisólida (SSE) también están ganando terreno y se están utilizando para aplicaciones farmacéuticas. [87] [92]
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La impresión 3D ha entrado en el mundo de la ropa y los diseñadores de moda han experimentado con bikinis , zapatos y vestidos impresos en 3D. [93] En la producción comercial, Nike utilizó la impresión 3D para crear prototipos y fabricar el calzado de fútbol Vapor Laser Talon 2012 para jugadores de fútbol americano, y New Balance fabrica en 3D zapatos personalizados para atletas. [93] [94]
La impresión 3D ha llegado a un punto en el que las empresas imprimen gafas de consumo con un ajuste y un estilo personalizados a pedido (aunque no pueden imprimir los lentes). La personalización a pedido de las gafas es posible con la creación rápida de prototipos. [95]
Sin embargo, en círculos académicos se han hecho comentarios sobre la posible limitación de la aceptación humana de este tipo de prendas personalizadas en masa debido a la posible reducción de la comunicación del valor de la marca. [96]
En el mundo de la alta costura, cortesanos como Karl Lagerfeld, que diseña para Chanel , Iris van Herpen y Noa Raviv, que trabajan con tecnología de Stratasys , han empleado y presentado la impresión 3D en sus colecciones. Selecciones de sus líneas y otros trabajos con impresión 3D se exhibieron en el Centro de Vestuario Anna Wintour del Museo Metropolitano de Arte de 2016 , exposición "Manus X Machina". [97] [98]
Vanessa Friedman, directora de moda y crítica de moda en jefe de The New York Times , afirma que la impresión 3D tendrá un valor significativo para las empresas de moda en el futuro, especialmente si se transforma en una herramienta de impresión en casa para los compradores. "Existe la sensación real de que esto no va a suceder en un futuro próximo", afirma, "pero sucederá, y creará un cambio radical en nuestra forma de pensar sobre la propiedad intelectual y cómo funcionan las cosas en la cadena de suministro". Y añade: "Sin duda, algunas de las fabricaciones que pueden utilizar las marcas se verán drásticamente modificadas por la tecnología". [99]
Durante la pandemia de COVID-19 , la estudiante ucraniano-estadounidense Karina Popovich fundó Markers for COVID-19, que utilizó la impresión 3D para crear protectores faciales , mascarillas y otros artículos de equipo de protección personal . [100] [101]
La impresión 3D se utiliza para fabricar moldes para hacer joyas, e incluso las propias joyas. [102] La impresión 3D se está volviendo popular en la industria de los regalos personalizables, con productos como modelos de arte y muñecas personalizados, [103] en muchas formas: en metal o plástico, o como arte consumible, como chocolate impreso en 3D. [104]
En automóviles, camiones y aviones, la fabricación aditiva está empezando a transformar tanto el diseño y la producción de carrocerías monocasco y fuselajes como el diseño y la producción de sistemas de propulsión . Por ejemplo, General Electric utiliza impresoras 3D de alta gama para fabricar piezas para turbinas . Muchos de estos sistemas se utilizan para la creación rápida de prototipos antes de emplear métodos de producción en masa.
A principios de 2014, el fabricante sueco de superdeportivos Koenigsegg anunció el One:1, un superdeportivo que utiliza muchos componentes impresos en 3D. En la serie limitada de vehículos que produce Koenigsegg, el One:1 tiene espejos laterales internos, conductos de aire, componentes de escape de titanio y conjuntos completos de turbocompresor que se imprimieron en 3D como parte del proceso de fabricación. [105]
Urbee es el nombre del primer automóvil del mundo fabricado mediante tecnología de impresión 3D (su carrocería y sus lunas fueron «impresas»). Creado en 2010 gracias a la colaboración entre el grupo de ingeniería estadounidense Kor Ecologic y la empresa Stratasys (fabricante de las impresoras 3D Stratasys), se trata de un vehículo híbrido de aspecto futurista. [106] [107] [108]
En 2014, Local Motors presentó Strati, un vehículo funcional que fue impreso en 3D en su totalidad con plástico ABS y fibra de carbono, excepto el tren motriz. [109] En 2015, la compañía produjo otra versión conocida como LM3D Swim que fue impresa en 3D en un 80 por ciento. [110] En 2016, la compañía utilizó la impresión 3D en la creación de piezas de automóviles, como las utilizadas en Olli, un vehículo autónomo desarrollado por la compañía. [111] [112]
En mayo de 2015, Airbus anunció que su nuevo Airbus A350 XWB incluía más de 1000 componentes fabricados mediante impresión 3D. [113]
Las fuerzas aéreas también están utilizando la impresión 3D para imprimir piezas de repuesto para aviones. En 2015, un avión de combate Eurofighter Typhoon de la Real Fuerza Aérea voló con piezas impresas. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos ha comenzado a trabajar con impresoras 3D, y la Fuerza Aérea de Israel también ha comprado una impresora 3D para imprimir piezas de repuesto. [114]
En 2017, GE Aviation reveló que había utilizado el diseño para la fabricación aditiva para crear un motor de helicóptero con 16 piezas en lugar de 900, lo que lo hacía un 40 % más ligero y un 60 % más barato. Esto también condujo a una cadena de suministro simplificada con menos apoyo de proveedores externos, ya que muchas de las piezas se podían producir internamente. [115]
El uso de la impresión 3D para producir modelos a escala en el ámbito de la arquitectura y la construcción ha aumentado de forma constante a medida que se ha reducido el coste de las impresoras 3D. Esto ha permitido una producción más rápida de dichos modelos a escala y ha permitido un aumento constante de la velocidad de producción y de la complejidad de los objetos producidos.
La impresión 3D para la construcción, la aplicación de la impresión 3D para fabricar componentes de construcción o edificios enteros, ha estado en desarrollo desde mediados de la década de 1990, el desarrollo de nuevas tecnologías ha ganado ritmo de manera constante desde 2012 y el subsector de la impresión 3D está comenzando a madurar.
En 2012, el grupo estadounidense Defense Distributed reveló planes para "diseñar una pistola de plástico funcional que pudiera ser descargada y reproducida por cualquiera con una impresora 3D". [116] [117] Defense Distributed también ha diseñado un receptor inferior de rifle tipo AR-15 imprimible en 3D (capaz de durar más de 650 balas) y un cargador de 30 balas para M16 . El AR-15 tiene múltiples receptores (tanto un receptor superior como uno inferior), pero la parte controlada legalmente es la que está serializada (la inferior, en el caso del AR-15). Poco después de que Defense Distributed lograra diseñar el primer plano funcional para producir una pistola de plástico con una impresora 3D en mayo de 2013, el Departamento de Estado de los Estados Unidos exigió que eliminaran las instrucciones de su sitio web. [118] Después de que Defense Distributed publicara sus planes, surgieron preguntas sobre los efectos que la impresión 3D y el mecanizado CNC generalizado a nivel de consumidor [119] [120] pueden tener sobre la efectividad del control de armas . [121] [122] [123] [124]
En 2014, un hombre de Japón se convirtió en la primera persona del mundo en ser encarcelada por fabricar armas de fuego impresas en 3D. [125] Yoshitomo Imura publicó videos y planos del arma en línea y fue sentenciado a dos años de prisión. La policía encontró al menos dos armas en su casa que podían disparar balas. [125]
La impresión 3D también se puede utilizar para fabricar ordenadores portátiles y otros ordenadores y carcasas. Por ejemplo, las carcasas estándar para ordenadores portátiles Novena y VIA OpenBook . Es decir, se puede comprar una placa base Novena y utilizarla en una carcasa impresa para VIA OpenBook. [126]
Los robots de código abierto se construyen utilizando impresoras 3D. Double Robotics otorga acceso a su tecnología (un SDK abierto ). [127] [128] [129] Por otro lado, 3&DBot es un robot-impresora 3D Arduino con ruedas [130] y ODOI es un robot humanoide impreso en 3D . [131]
La impresión 3D ha encontrado su lugar en la fabricación de sensores y actuadores blandos inspirada en el concepto de impresión 4D. [132] [133] La mayoría de los sensores y actuadores blandos convencionales se fabrican utilizando procesos de bajo rendimiento de varios pasos que implican fabricación manual, posprocesamiento/ensamblaje e iteraciones prolongadas con menos flexibilidad en la personalización y reproducibilidad de los productos finales. La impresión 3D ha cambiado las reglas del juego en estos campos al introducir propiedades geométricas, funcionales y de control personalizadas para evitar los aspectos tediosos y que consumen mucho tiempo de los procesos de fabricación anteriores. [134]
En 2005, se estableció un mercado de uso doméstico y para aficionados en rápida expansión con la inauguración de los proyectos de código abierto RepRap y Fab@Home . Prácticamente todas las impresoras 3D de uso doméstico lanzadas hasta la fecha tienen sus raíces técnicas en el Proyecto RepRap en curso y las iniciativas de software de código abierto asociadas. [135] En la fabricación distribuida, un estudio ha descubierto [136] que la impresión 3D podría convertirse en un producto de mercado masivo que permita a los consumidores ahorrar dinero asociado con la compra de objetos domésticos comunes. [137] Por ejemplo, en lugar de ir a una tienda a comprar un objeto fabricado en una fábrica mediante moldeo por inyección (como una taza medidora o un embudo ), una persona podría imprimirlo en casa a partir de un modelo 3D descargado.
En 2005, las revistas académicas comenzaron a informar sobre las posibles aplicaciones artísticas de la tecnología de impresión 3D, [138] siendo utilizada por artistas como Martin John Callanan en la escuela de arquitectura Bartlett . En 2007, los medios de comunicación siguieron con un artículo en el Wall Street Journal [139] y la revista Time , que incluía un diseño impreso entre sus 100 diseños más influyentes del año. [140] Durante el Festival de Diseño de Londres de 2011, se realizó una instalación, comisariada por Murray Moss y centrada en la impresión 3D, en el Museo Victoria y Alberto (el V&A). La instalación se llamó Revolución industrial 2.0: cómo se materializará el mundo material . [141]
En el 3DPrintshow de Londres, que tuvo lugar en noviembre de 2013 y 2014, las secciones de arte presentaron obras realizadas con plástico y metal impresos en 3D. Varios artistas como Joshua Harker, Davide Prete , Sophie Kahn, Helena Lukasova, Foteini Setaki mostraron cómo la impresión 3D puede modificar los procesos estéticos y artísticos. [142] En 2015, ingenieros y diseñadores del Mediated Matter Group y Glass Lab del MIT crearon una impresora 3D aditiva que imprime con vidrio, llamada G3DP . Los resultados pueden ser tanto estructurales como artísticos. Los recipientes de vidrio transparente impresos en ella forman parte de algunas colecciones de museos. [143]
El uso de tecnologías de escaneo 3D permite replicar objetos reales sin el uso de técnicas de moldeo que en muchos casos pueden ser más costosas, más difíciles o demasiado invasivas para ser realizadas, particularmente para obras de arte valiosas o artefactos delicados del patrimonio cultural [144] donde el contacto directo con las sustancias de moldeo podría dañar la superficie del objeto original.
Un fotomatón 3D como el Fantasitron ubicado en Madurodam , el parque en miniatura, genera modelos de selfies en 3D a partir de fotografías en 2D de los clientes. Estos selfies suelen ser impresos por empresas especializadas en impresión 3D como Shapeways . Estos modelos también se conocen como retratos 3D, figuras 3D o figuras mini-yo.
Utilizando la tecnología de capas aditivas que ofrece la impresión 3D, se han creado dispositivos de terahercios que actúan como guías de ondas, acopladores y curvas. La forma compleja de estos dispositivos no se podría lograr utilizando técnicas de fabricación convencionales. Se utilizó la impresora de calidad profesional EDEN 260V, disponible en el mercado, para crear estructuras con un tamaño mínimo de característica de 100 μm. Las estructuras impresas se recubrieron posteriormente con oro (o cualquier otro metal) mediante pulverización catódica de CC para crear un dispositivo plasmónico de terahercios. [145] En 2016, la artista/científica Janine Carr creó la primera percusión vocal impresa en 3D (beatbox) como forma de onda, con la capacidad de reproducir la onda sonora mediante láser, junto con cuatro emociones vocalizadas que también se podían reproducir mediante láser. [146]
Algunos de los primeros ejemplos de impresión 3D para consumidores incluyen la 64DD lanzada en 1999 en Japón. [147] [148] En 2012, la impresión 3D doméstica era practicada principalmente por aficionados y entusiastas. Sin embargo, se utilizaba poco para aplicaciones domésticas prácticas, por ejemplo, objetos ornamentales. Algunos ejemplos prácticos incluyen un reloj que funciona [149] y engranajes impresos para máquinas de carpintería caseras, entre otros fines. [150] Los sitios web asociados con la impresión 3D casera tendían a incluir rascadores de espalda, ganchos para abrigos, pomos de puertas, etc. [151]
A partir de 2023, la impresión 3D de consumo se ha vuelto cada vez más común; se estima que el 85 % de las impresoras 3D que se venden ahora pertenecen al mercado personal/de escritorio. [152] Ahora, más que nunca, es cada vez más común ver la impresión 3D utilizada por las comunidades de aficionados al bricolaje y fabricantes en el hogar , ya que las impresoras 3D se han vuelto significativamente más asequibles para el público de consumidores en los últimos años.
El proyecto de código abierto Fab@Home [153] ha desarrollado impresoras para uso general. Se han utilizado en entornos de investigación para producir compuestos químicos con tecnología de impresión 3D, incluidos algunos nuevos, inicialmente sin aplicación inmediata como prueba de concepto. [33] La impresora puede imprimir con cualquier cosa que pueda dispensarse desde una jeringa como líquido o pasta. Los desarrolladores de la aplicación química prevén un uso tanto industrial como doméstico para esta tecnología, lo que incluye permitir que los usuarios en ubicaciones remotas puedan producir sus propios medicamentos o productos químicos domésticos. [154] [155]
La impresión 3D se está abriendo camino en los hogares y cada vez más niños conocen el concepto de impresión 3D a edades más tempranas. Las perspectivas de la impresión 3D están creciendo y, a medida que más personas tengan acceso a esta nueva innovación, surgirán nuevos usos en los hogares. [156]
La cámara de película SLR OpenReflex fue desarrollada para impresión 3D como un proyecto estudiantil de código abierto. [157]
La impresión 3D, y en particular las impresoras 3D de código abierto, son la última tecnología que se está abriendo camino en el aula. [158] [159] [160] La impresión 3D permite a los estudiantes crear prototipos de artículos sin el uso de herramientas costosas que se requieren en los métodos sustractivos. Los estudiantes diseñan y producen modelos reales que pueden sostener. El entorno del aula permite a los estudiantes aprender y utilizar nuevas aplicaciones para la impresión 3D. [161] Las RepRaps, por ejemplo, ya se han utilizado para una plataforma de robótica móvil educativa. [162]
Algunos autores han afirmado que las impresoras 3D ofrecen una "revolución" sin precedentes en la educación STEM . [163] La evidencia de tales afirmaciones proviene tanto de la capacidad de bajo costo para la creación rápida de prototipos en el aula por parte de los estudiantes, como de la fabricación de equipos científicos de alta calidad y bajo costo a partir de diseños de hardware abierto que forman laboratorios de código abierto . [164] Se exploran los principios de ingeniería y diseño, así como la planificación arquitectónica. Los estudiantes recrean duplicados de elementos de museo, como fósiles y artefactos históricos, para estudiar en el aula sin dañar posiblemente colecciones sensibles. Otros estudiantes interesados en el diseño gráfico pueden construir modelos con piezas de trabajo complejas fácilmente. La impresión 3D brinda a los estudiantes una nueva perspectiva con mapas topográficos. Los estudiantes de ciencias pueden estudiar secciones transversales de órganos internos del cuerpo humano y otros especímenes biológicos. Y los estudiantes de química pueden explorar modelos 3D de moléculas y la relación dentro de los compuestos químicos. [165] La verdadera representación de la longitud de enlace y los ángulos de enlace a escala exacta en modelos moleculares impresos en 3D se puede utilizar en cursos de conferencias de química orgánica para explicar la geometría y la reactividad molecular. [166]
Según un artículo reciente de Kostakis et al., [167] la impresión y el diseño en 3D pueden electrificar diversas alfabetizaciones y capacidades creativas de los niños de acuerdo con el espíritu del mundo interconectado y basado en la información.
Las futuras aplicaciones de la impresión 3D podrían incluir la creación de equipos científicos de código abierto. [164] [168]
En la actualidad, la demanda de impresión 3D sigue aumentando para satisfacer las demandas de producción de piezas con geometría compleja a un menor costo de desarrollo. [169] La creciente demanda de piezas de impresión 3D en la industria eventualmente conducirá a la actividad de reparación de piezas impresas en 3D y al proceso secundario como la unión, el espumado y el corte. Este proceso secundario debe desarrollarse para respaldar el crecimiento de la aplicación de la impresión 3D en el futuro. A partir de la investigación, se ha demostrado que la FSW puede usarse como uno de los métodos para unir los materiales de impresión 3D de metal. Al usar las herramientas FSW adecuadas y configurar los parámetros correctamente, se puede producir una soldadura sólida y sin defectos para unir los materiales de impresión 3D de metal. [170]
En Bahréin , se ha utilizado la impresión 3D a gran escala con un material similar a la piedra arenisca para crear estructuras únicas con forma de coral , que alientan a los pólipos de coral a colonizar y regenerar los arrecifes dañados . Estas estructuras tienen una forma mucho más natural que otras estructuras utilizadas para crear arrecifes artificiales y, a diferencia del hormigón, no son ácidas ni alcalinas con un pH neutro . [171]
En los últimos años, la impresión 3D se ha utilizado intensamente en el campo del patrimonio cultural con fines de conservación, restauración y difusión. [172] Muchos museos europeos y norteamericanos han comprado impresoras 3D y recrean activamente piezas faltantes de sus reliquias. [173]
Scan the World es el archivo más grande de objetos de importancia cultural que se pueden imprimir en 3D en todo el mundo. Cada objeto, que se origina a partir de datos de escaneo 3D proporcionados por su comunidad, está optimizado para la impresión 3D y se puede descargar de forma gratuita en MyMiniFactory . Al trabajar junto con museos, como el Victoria and Albert Museum [174] y coleccionistas privados, [175] la iniciativa sirve como plataforma para democratizar el objeto artístico.
El Museo Metropolitano de Arte y el Museo Británico han comenzado a utilizar sus impresoras 3D para crear recuerdos de museos que están disponibles en las tiendas del museo. [176] Otros museos, como el Museo Nacional de Historia Militar y el Museo Histórico de Varna, han ido más allá y venden a través de la plataforma en línea Threeding modelos digitales de sus artefactos, creados utilizando escáneres 3D de Artec , en un formato de archivo compatible con la impresión 3D, que todos pueden imprimir en 3D en casa. [177]
La impresión 3D de consumo ha dado lugar a nuevos materiales desarrollados específicamente para impresoras 3D. Por ejemplo, se han desarrollado materiales de filamento para imitar la madera en su apariencia y textura. Además, las nuevas tecnologías, como la infusión de fibra de carbono [178] en plásticos imprimibles, permiten obtener un material más resistente y ligero. Además de los nuevos materiales estructurales que se han desarrollado gracias a la impresión 3D, las nuevas tecnologías han permitido aplicar patrones directamente a las piezas impresas en 3D. El polvo de cemento Portland sin óxido de hierro se ha utilizado para crear estructuras arquitectónicas de hasta 9 pies de altura. [179] [180] [181]
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