La impresión 3D o fabricación aditiva es la construcción de un objeto tridimensional a partir de un modelo CAD o un modelo 3D digital . [1] [2] [3] Se puede realizar en una variedad de procesos en los que el material se deposita, une o solidifica bajo control por computadora , [4] agregando el material (como plásticos, líquidos o granos de polvo). fusionados), generalmente capa por capa.
En la década de 1980, las técnicas de impresión 3D se consideraban adecuadas sólo para la producción de prototipos funcionales o estéticos, y un término más apropiado en ese momento era creación rápida de prototipos . [5] A partir de 2019 [actualizar], la precisión, la repetibilidad y la gama de materiales de la impresión 3D han aumentado hasta el punto de que algunos procesos de impresión 3D se consideran viables como tecnología de producción industrial; En este contexto, el término fabricación aditiva puede utilizarse como sinónimo de impresión 3D . [6] Una de las ventajas clave de la impresión 3D [7] es la capacidad de producir formas o geometrías muy complejas que de otro modo serían inviables de construir a mano, incluidas piezas huecas o piezas con estructuras internas de armadura para reducir el peso y al mismo tiempo crear menos material. desperdiciar. El modelado por deposición fundida (FDM), que utiliza un filamento continuo de un material termoplástico , es el proceso de impresión 3D más común en uso a partir de 2020 [actualizar]. [8]
El término general fabricación aditiva (AM) ganó popularidad en la década de 2000, [9] inspirado en el tema de la suma de materiales ( de diversas formas ). Por el contrario, el término fabricación sustractiva apareció como un retrónimo de la gran familia de procesos de mecanizado cuyo proceso común era la eliminación de material. En la mayoría de las mentes, el término impresión 3D todavía se refería solo a las tecnologías de polímeros, y era más probable que el término AM se usara en contextos de trabajo de metales y producción de piezas de uso final que entre los entusiastas de los polímeros, la inyección de tinta o la estereolitografía.
A principios de la década de 2010, los términos impresión 3D y fabricación aditiva evolucionaron en sentidos en los que se convirtieron en términos genéricos alternativos para las tecnologías aditivas, uno utilizado en el lenguaje popular por las comunidades de consumidores-fabricantes y los medios de comunicación, y el otro utilizado más formalmente por los industriales finales. Utilice productores de piezas, fabricantes de máquinas y organizaciones de normas técnicas globales. Hasta hace poco, el término impresión 3D se ha asociado con máquinas de bajo precio o capacidad. [10] La impresión 3D y la fabricación aditiva reflejan que las tecnologías comparten el tema de la adición o unión de materiales en todo un entorno de trabajo 3D bajo control automatizado. Peter Zelinski, editor en jefe de la revista Additive Manufacturing , señaló en 2017 que los términos siguen siendo a menudo sinónimos en el uso informal, [11] pero algunos expertos de la industria manufacturera están tratando de hacer una distinción según la cual la fabricación aditiva comprende la impresión 3D más otras tecnologías u otros aspectos de un proceso de fabricación . [11]
Otros términos que se han utilizado como sinónimos o hiperónimos incluyen fabricación de escritorio , fabricación rápida (como el sucesor lógico a nivel de producción de la creación rápida de prototipos ) y fabricación bajo demanda (que se hace eco de la impresión bajo demanda en el sentido 2D de impresión ). El hecho de que la aplicación de los adjetivos rápido y bajo demanda al sustantivo fabricación fuera novedosa en la década de 2000 revela el modelo mental predominante durante mucho tiempo de la era industrial anterior, durante la cual casi toda la producción de fabricación había implicado largos plazos de entrega para el laborioso desarrollo de herramientas. Hoy en día, el término sustractivo no ha sustituido al término mecanizado , sino que lo complementa cuando se necesita un término que abarque cualquier método de remoción. Las herramientas ágiles son el uso de medios modulares para diseñar herramientas que se producen mediante fabricación aditiva o métodos de impresión 3D para permitir la creación rápida de prototipos y respuestas a las necesidades de herramientas y accesorios. Las herramientas ágiles utilizan un método rentable y de alta calidad para responder rápidamente a las necesidades de los clientes y del mercado, y pueden usarse en hidroconformado , estampado , moldeo por inyección y otros procesos de fabricación.
El concepto general y el procedimiento que se utilizará en la impresión 3D fueron descritos por primera vez por Murray Leinster en su cuento de 1945 "Things Pass By": "Pero este constructor es eficiente y flexible. Yo alimento plásticos magnetrónicos, el material con el que se fabrican las casas". y los barcos de hoy en día, en este brazo en movimiento. Hace dibujos en el aire siguiendo dibujos que escanea con fotocélulas, pero el plástico sale del extremo del brazo de dibujo y se endurece a medida que llega... sólo siguiendo los dibujos" [12 ]
También fue descrito por Raymond F. Jones en su historia, "Tools of the Trade", publicada en la edición de noviembre de 1950 de la revista Astounding Science Fiction . En esa historia se refirió a él como un "spray molecular".
En 1971, Johannes F Gottwald patentó el Liquid Metal Recorder, patente estadounidense 3596285A, [13] un dispositivo de material metálico de inyección de tinta continua para formar una fabricación de metal removible sobre una superficie reutilizable para uso inmediato o recuperada para imprimir nuevamente mediante refundición. Esta parece ser la primera patente que describe la impresión 3D con creación rápida de prototipos y fabricación controlada de patrones bajo demanda.
La patente dice:
Tal como se utiliza en el presente documento, el término impresión no pretende tener un sentido limitado, sino que incluye escritura u otros símbolos, formación de caracteres o patrones con una tinta. El término tinta, tal como se utiliza en, pretende incluir no sólo materiales que contienen tintes o pigmentos, sino cualquier sustancia o composición fluida adecuada para su aplicación a la superficie para formar símbolos, caracteres o patrones de inteligencia mediante marcado. La tinta preferida es del tipo termofusible. Actualmente no se conoce la gama de composiciones de tinta disponibles comercialmente que podrían cumplir los requisitos de la invención. Sin embargo, se ha conseguido una impresión satisfactoria según la invención con la aleación metálica conductora como tinta.
Pero en términos de requisitos materiales para pantallas tan grandes y continuas, si se consumen a tasas conocidas hasta ahora, pero aumentan en proporción al aumento de tamaño, el alto costo limitaría severamente cualquier disfrute generalizado de un proceso o aparato que satisfaga los objetivos anteriores.
Por lo tanto, un objeto adicional de la invención es minimizar el uso de materiales en un proceso de la clase indicada.
Otro objeto de la invención es que los materiales empleados en dicho proceso se recuperen para su reutilización.
Según otro aspecto de la invención, una combinación para escribir y similares comprende un soporte para mostrar un patrón de inteligencia y una disposición para retirar el patrón del soporte.
En 1974, David EH Jones expuso el concepto de impresión 3D en su columna habitual Ariadne en la revista New Scientist . [14] [15]
Los primeros equipos y materiales de fabricación aditiva se desarrollaron en la década de 1980. [dieciséis]
En abril de 1980, Hideo Kodama del Instituto Municipal de Investigación Industrial de Nagoya inventó dos métodos aditivos para fabricar modelos plásticos tridimensionales con polímero termoestable fotoendurecible , donde el área de exposición a los rayos UV se controla mediante un patrón de máscara o un transmisor de fibra de escaneo. [17] Presentó una patente para este trazador XYZ, que se publicó el 10 de noviembre de 1981 (JP S56-144478). [18] Los resultados de su investigación como artículos de revistas se publicaron en abril y noviembre de 1981. [19] [20] Sin embargo, no hubo reacción a la serie de sus publicaciones. Su dispositivo no fue muy evaluado en el laboratorio y su jefe no mostró ningún interés. Su presupuesto de investigación era de sólo 60.000 yenes o 545 dólares al año. Se abandonó la adquisición de los derechos de patente del trazador XYZ y se dio por terminado el proyecto.
Una patente estadounidense 4323756, método de fabricación de artículos mediante deposición secuencial , concedida el 6 de abril de 1982 a Raytheon Technologies Corp, describe el uso de cientos o miles de "capas" de metal en polvo y una fuente de energía láser y representa una referencia temprana a la formación de "capas" y la fabricación de artículos sobre un sustrato.
El 2 de julio de 1984, el empresario estadounidense Bill Masters presentó una patente para su sistema y proceso de fabricación automatizado por computadora (US 4665492). [21] Esta presentación está registrada en la USPTO como la primera patente de impresión 3D de la historia; Fue la primera de tres patentes pertenecientes a Masters que sentaron las bases de los sistemas de impresión 3D que se utilizan en la actualidad. [22] [23]
El 16 de julio de 1984, Alain Le Méhauté , Olivier de Witte y Jean Claude André presentaron su patente para el proceso de estereolitografía . [24] La solicitud de los inventores franceses fue abandonada por la compañía francesa General Electric (ahora Alcatel-Alsthom) y CILAS (The Laser Consortium). [25] El motivo alegado fue "la falta de perspectiva empresarial". [26]
En 1983, Robert Howard fundó RH Research, más tarde llamada Howtek, Inc. en febrero de 1984 para desarrollar una impresora 2D de inyección de tinta en color, Pixelmaster, comercializada en 1986, que utiliza tinta plástica termoplástica (fusible en caliente). [27] Se formó un equipo, 6 miembros [27] de Exxon Office Systems, Danbury Systems Division, una startup de impresoras de inyección de tinta y algunos miembros del grupo Howtek, Inc que se convirtieron en figuras populares en la industria de la impresión 3D. Un miembro de Howtek, Richard Helinski (patente US5136515A, Método y medios para construir artículos tridimensionales mediante deposición de partículas, solicitud del 7/11/1989 concedida el 4/8/1992) formó una empresa en New Hampshire, CAD-Cast, Inc, cuyo nombre cambió posteriormente. a Visual Impact Corporation (VIC) el 22/8/1991. Un prototipo de la impresora 3D VIC para esta empresa está disponible con una presentación en vídeo que muestra un modelo 3D impreso con un chorro de tinta de un solo inyector. Otro empleado, Herbert Menhennett, formó una empresa HM Research en New Hampshire en 1991 e introdujo Howtek, Inc, tecnología de inyección de tinta y materiales termoplásticos a Royden Sanders de SDI y Bill Masters of Ballistic Particle Manufacturing (BPM), donde trabajó durante varios años. Tanto las impresoras 3D BPM como las impresoras 3D SPI utilizan chorros de tinta estilo Howtek, Inc y materiales estilo Howtek, Inc. Royden Sanders obtuvo la licencia de la patente de Helinksi antes de fabricar Modelmaker 6 Pro en Sanders prototipo, Inc (SPI) en 1993. James K. McMahon, quien fue contratado por Howtek, Inc para ayudar a desarrollar el chorro de tinta, luego trabajó en Sanders Prototype y ahora opera Layer Grown Model Technology, un proveedor de servicios 3D que se especializa en soporte para impresoras SDI y de inyección de tinta de boquilla única Howtek. James K. McMahon trabajó con Steven Zoltan, inventor del chorro de tinta de gota a demanda en 1972, en Exxon y tiene una patente en 1978 que amplió la comprensión de los chorros de tinta con diseño de boquilla única (chorros Alpha) y ayudó a perfeccionar el sistema de fusión en caliente de Howtek, Inc. chorros de tinta. Esta tecnología termoplástica termofusible de Howtek es popular en la fundición a la cera perdida de metales, especialmente en la industria de la joyería con impresión 3D. [28] El primer cliente de Modelmaker 6Pro de Sanders (SDI) fue Hitchner Corporations, Metal Casting Technology, Inc en Milford, NH, a una milla de las instalaciones de SDI, a finales de 1993-1995 fundiendo palos de golf y piezas de motores de automóviles.
El 8 de agosto de 1984 se presentó una patente, US4575330, asignada a UVP, Inc., posteriormente asignada a Chuck Hull de 3D Systems Corporation [29] , su propia patente para un sistema de fabricación de estereolitografía , en el que se añaden láminas o capas individuales mediante curado. fotopolímeros con radiación incidente, bombardeo de partículas, reacción química o simplemente láseres de luz ultravioleta . Hull definió el proceso como un "sistema para generar objetos tridimensionales mediante la creación de un patrón de sección transversal del objeto a formar". [30] [31] La contribución de Hull fue el formato de archivo STL (estereolitografía) y las estrategias de corte y relleno digitales comunes a muchos procesos actuales. En 1986, a Charles "Chuck" Hull se le concedió una patente para este sistema, y se formó su empresa, 3D Systems Corporation, que lanzó la primera impresora 3D comercial, la SLA-1, [32] más tarde, en 1987 o 1988.
La tecnología utilizada por la mayoría de impresoras 3D hasta la fecha -especialmente los modelos aficionados y orientados al consumidor- es el modelado por deposición fundida , una aplicación especial de extrusión de plástico , desarrollada en 1988 por S. Scott Crump y comercializada por su empresa Stratasys , que comercializó su primer FDM. máquina en 1992. [28]
Poseer una impresora 3D en la década de 1980 costaba más de 300.000 dólares (650.000 dólares en dólares de 2016). [33]
Los procesos de fabricación aditiva para sinterizar o fundir metales (como sinterización selectiva por láser , sinterización directa por láser de metales y fusión selectiva por láser) generalmente recibían sus propios nombres individuales en las décadas de 1980 y 1990. En aquella época, todo el trabajo de los metales se realizaba mediante procesos que ahora se denominan no aditivos ( fundición , fabricación , estampado y mecanizado ); Aunque se aplicó mucha automatización a esas tecnologías (como mediante soldadura robótica y CNC ), la idea de una herramienta o cabezal que se mueve a través de un entorno de trabajo 3D transformando una masa de materia prima en una forma deseada con una trayectoria de herramienta se asoció solo en el trabajo con metales. con procesos que eliminaban metal (en lugar de agregarlo), como fresado CNC , electroerosión CNC y muchos otros. Sin embargo, las técnicas automatizadas que añadían metal, lo que más tarde se llamaría fabricación aditiva, estaban empezando a cuestionar esa suposición. A mediados de la década de 1990, se desarrollaron nuevas técnicas para la deposición de materiales en Stanford y la Universidad Carnegie Mellon , incluida la microfusión [34] y los materiales pulverizados. [35] Los materiales de sacrificio y de apoyo también se habían vuelto más comunes, lo que permitió nuevas geometrías de objetos. [36]
El término impresión 3D originalmente se refería a un proceso de lecho de polvo que emplea cabezales de impresión de inyección de tinta estándar y personalizados, desarrollado en el MIT por Emanuel Sachs en 1993 y comercializado por Soligen Technologies, Extrude Hone Corporation y Z Corporation . [ cita necesaria ]
El año 1993 también vio el inicio de una empresa de impresoras 3D de inyección de tinta inicialmente llamada Sanders Prototype, Inc y luego llamada Solidscape , introduciendo un sistema de fabricación de chorro de polímero de alta precisión con estructuras de soporte solubles (categorizado como una técnica de "punto sobre punto"). ). [28]
En 1995, la Sociedad Fraunhofer desarrolló el proceso de fusión selectiva por láser .
A principios de la década de 2000, las impresoras 3D todavía se utilizaban principalmente en las industrias de fabricación y de investigación, ya que la tecnología aún era relativamente joven y demasiado cara para que la mayoría de los consumidores pudieran tenerla en sus manos. La década de 2000 fue cuando se comenzó a ver el uso a mayor escala de la tecnología en la industria, más a menudo en las industrias de arquitectura y medicina, aunque generalmente se usaba para modelado y pruebas de baja precisión, en lugar de la producción de bienes manufacturados comunes o prototipos pesados. [37]
En 2005 los usuarios comenzaron a diseñar y distribuir planos para impresoras 3D que podían imprimir alrededor del 70% de sus propias piezas, cuyos planos originales fueron diseñados por Adrian Bowyer en la Universidad de Bath en 2004, siendo el nombre del proyecto RepRap ( Replicación de prototipos rápidos). [38]
De manera similar, en 2006, Evan Malone y Hod Lipson iniciaron el proyecto Fab@Home , otro proyecto cuyo propósito era diseñar un sistema de fabricación de código abierto y de bajo costo que los usuarios pudieran desarrollar por su cuenta y publicar comentarios sobre él, lo que hacía que el proyecto fuera muy útil. colaborativo. [39]
Gran parte del software para impresión 3D disponible para el público en ese momento era de código abierto y, como tal, muchos usuarios individuales lo distribuyeron y mejoraron rápidamente. En 2009 expiraron las patentes del proceso de impresión de modelado por deposición fundida (FDM). Esto abrió la puerta a una nueva ola de empresas emergentes, muchas de las cuales fueron establecidas por importantes contribuyentes de estas iniciativas de código abierto, con el objetivo de muchas de ellas de comenzar a desarrollar impresoras 3D FDM comerciales que fueran más accesibles para el público en general. [40]
A medida que los diversos procesos aditivos maduraron, quedó claro que pronto la eliminación de metal ya no sería el único proceso de trabajo de metales realizado mediante una herramienta o cabezal que se movía a través de una envoltura de trabajo 3D, transformando una masa de materia prima en una forma deseada capa por capa. La década de 2010 fue la primera década en la que las piezas metálicas de uso final, como soportes de motor [41] y tuercas grandes [42], se cultivarían (ya sea antes o en lugar del mecanizado) en la producción laboral en lugar de mecanizarse obligatoriamente a partir de barras o placas. . Sigue siendo cierto que la fundición, la fabricación, el estampado y el mecanizado son más frecuentes que la fabricación aditiva en el trabajo de metales, pero la fabricación aditiva ahora está comenzando a hacer avances significativos y, con las ventajas del diseño para la fabricación aditiva , está claro para los ingenieros que mucho más está por venir.
Un lugar donde la AM está haciendo un avance significativo es en la industria de la aviación. Con casi 3.800 millones de viajeros aéreos en 2016, [43] la demanda de motores a reacción de bajo consumo de combustible y fáciles de producir nunca ha sido tan alta. Para los grandes OEM (fabricantes de equipos originales) como Pratt and Whitney (PW) y General Electric (GE), esto significa mirar hacia la AM como una forma de reducir costos, reducir la cantidad de piezas no conformes, reducir el peso de los motores para aumentar la eficiencia del combustible y encontrar formas nuevas y altamente complejas que no serían factibles con los métodos de fabricación anticuados. Un ejemplo de integración de AM con el sector aeroespacial fue en 2016, cuando Airbus entregó el primero de los motores LEAP de GE . Este motor cuenta con boquillas de combustible impresas en 3D integradas, lo que reduce las piezas de 20 a 1, una reducción de peso del 25% y tiempos de montaje reducidos. [44] Una boquilla de combustible es el avance perfecto para la fabricación aditiva en un motor a reacción, ya que permite un diseño optimizado de los complejos componentes internos y es una pieza no giratoria y de baja tensión. De manera similar, en 2015, PW entregó sus primeras piezas AM en el PurePower PW1500G a Bombardier. Siguiendo con piezas no giratorias y de baja tensión, PW seleccionó los estatores del compresor y los soportes del anillo de sincronización [45] para implementar esta nueva tecnología de fabricación por primera vez. Si bien la fabricación aditiva sigue desempeñando un pequeño papel en el número total de piezas del proceso de fabricación de motores a reacción, el retorno de la inversión ya se puede ver en la reducción de piezas, la rápida capacidad de producción y el "diseño optimizado en términos de rendimiento y coste". ". [46]
A medida que la tecnología maduró, varios autores comenzaron a especular que la impresión 3D podría ayudar al desarrollo sostenible en el mundo en desarrollo. [47]
En 2012, Filabot desarrolló un sistema para cerrar el bucle [48] con plástico y permite que cualquier impresora 3D FDM o FFF pueda imprimir con una gama más amplia de plásticos.
En 2014, Benjamin S. Cook y Manos M. Tentzeris demostraron la primera plataforma de fabricación aditiva de productos electrónicos impresos (VIPRE) integrada verticalmente y con múltiples materiales que permitió la impresión 3D de productos electrónicos funcionales que funcionan hasta 40 GHz. [49]
A medida que el precio de las impresoras comenzó a bajar, las personas interesadas en esta tecnología tuvieron más acceso y libertad para hacer lo que querían. En 2014, el precio de las impresoras comerciales todavía era alto y el costo superaba los 2000 dólares. [50]
El término "impresión 3D" originalmente se refería a un proceso que depositaba un material aglutinante sobre un lecho de polvo con cabezales de impresora de inyección de tinta capa por capa. Más recientemente, la lengua vernácula popular ha comenzado a utilizar el término para abarcar una variedad más amplia de técnicas de fabricación aditiva, como la fabricación aditiva por haz de electrones y la fusión selectiva por láser. Los estándares técnicos estadounidenses y mundiales utilizan el término oficial fabricación aditiva para este sentido más amplio.
El proceso de impresión 3D más utilizado (46% a partir de 2018 [actualizar]) es una técnica de extrusión de material llamada modelado por deposición fundida o FDM. [8] Si bien la tecnología FDM se inventó después de las otras dos tecnologías más populares, la estereolitografía (SLA) y la sinterización selectiva por láser (SLS), la FDM suele ser la más económica de las tres por un amplio margen, [ cita necesaria ], lo que se presta a la popularidad del proceso.
A partir de 2020, las impresoras 3D han alcanzado el nivel de calidad y precio que permite a la mayoría de personas adentrarse en el mundo de la impresión 3D. En 2020 se podrán encontrar impresoras de calidad decente por menos de 200 dólares para máquinas de nivel básico. Estas impresoras más asequibles suelen ser impresoras de modelado por deposición fundida (FDM). [51]
En noviembre de 2021, un paciente británico llamado Steve Verze recibió la primera prótesis de ojo totalmente impresa en 3D del mundo en el Moorfields Eye Hospital de Londres . [52] [53]
En abril de 2024, se presentó en la Universidad de Maine la impresora 3D más grande del mundo, la Factory of the Future 1.0 . Es capaz de fabricar objetos de 96 pies de largo o 29 metros. [54]
En 2024, los investigadores utilizaron el aprendizaje automático para mejorar la construcción de hueso sintético [55] y establecieron un récord de absorción de impactos. [56]
La fabricación aditiva o impresión 3D ha ganado rápidamente importancia en el campo de la ingeniería debido a sus múltiples beneficios. La visión de la impresión 3D es la libertad de diseño, la individualización, [57] la descentralización [58] y la ejecución de procesos que antes eran imposibles mediante métodos alternativos. [59] Algunos de estos beneficios incluyen permitir la creación de prototipos más rápidos, reducir los costos de fabricación, aumentar la personalización del producto y mejorar la calidad del producto. [60]
Además, las capacidades de la impresión 3D se han extendido más allá de la fabricación tradicional, como la construcción liviana [61] o la reparación y el mantenimiento [62] con aplicaciones en prótesis, [63] bioimpresión, [64] industria alimentaria, [65] construcción de cohetes, [ 66] diseño y arte [67] y sistemas de energías renovables. [68] La tecnología de impresión 3D se puede utilizar para producir sistemas de almacenamiento de energía en baterías, que son esenciales para la generación y distribución de energía sostenible.
Otro beneficio de la impresión 3D es la capacidad de la tecnología para producir geometrías complejas con alta precisión y exactitud. [69] Esto es particularmente relevante en el campo de la ingeniería de microondas, donde la impresión 3D se puede utilizar para producir componentes con propiedades únicas que son difíciles de lograr utilizando métodos de fabricación tradicionales. [70]
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Los modelos imprimibles en 3D se pueden crear con un paquete de diseño asistido por computadora (CAD), mediante un escáner 3D o mediante una cámara digital simple y un software de fotogrametría . Los modelos impresos en 3D creados con CAD generan relativamente menos errores que otros métodos. Los errores en los modelos imprimibles en 3D se pueden identificar y corregir antes de imprimir. [71] El proceso de modelado manual de preparación de datos geométricos para gráficos por computadora en 3D es similar a las artes plásticas como la escultura. El escaneo 3D es un proceso de recopilación de datos digitales sobre la forma y apariencia de un objeto real y la creación de un modelo digital basado en ellos.
Los modelos CAD se pueden guardar en formato de archivo de estereolitografía (STL) , un formato de archivo CAD de facto para fabricación aditiva que almacena datos basados en triangulaciones de la superficie de los modelos CAD. STL no está diseñado para la fabricación aditiva porque genera archivos de gran tamaño de piezas y estructuras reticulares con topología optimizada debido a la gran cantidad de superficies involucradas. En 2011 se introdujo un formato de archivo CAD más nuevo, el formato de archivo de fabricación aditiva (AMF) , para resolver este problema. Almacena información mediante triangulaciones curvas. [72]
Antes de imprimir un modelo 3D a partir de un archivo STL , primero se debe examinar si hay errores. La mayoría de las aplicaciones CAD producen errores en los archivos STL de salida, [73] [74] de los siguientes tipos:
Un paso en la generación de STL conocido como "reparación" soluciona estos problemas en el modelo original. [77] [78] Generalmente, los STL que se han producido a partir de un modelo obtenido mediante escaneo 3D a menudo tienen más de estos errores [79] ya que el escaneo 3D a menudo se logra mediante adquisición/mapeo punto a punto. La reconstrucción 3D suele incluir errores. [80]
Una vez completado, el archivo STL debe ser procesado por un software llamado " slicer ", que convierte el modelo en una serie de capas delgadas y produce un archivo de código G que contiene instrucciones adaptadas a un tipo específico de impresora 3D ( FDM ). impresoras ). [81] Este archivo de código G se puede imprimir con un software cliente de impresión 3D (que carga el código G y lo utiliza para indicar a la impresora 3D durante el proceso de impresión 3D).
La resolución de la impresora describe el espesor de la capa y la resolución X–Y en puntos por pulgada (ppp) o micrómetros (μm). El espesor de capa típico es de alrededor de 100 μm (250 DPI ), aunque algunas máquinas pueden imprimir capas tan delgadas como 16 μm (1600 DPI). [82] La resolución X–Y es comparable a la de las impresoras láser . Las partículas (puntos 3D) tienen alrededor de 0,01 a 0,1 μm (2.540.000 a 250.000 DPI) de diámetro. [83] Para esa resolución de impresora, especificar una resolución de malla de 0,01 a 0,03 mm y una longitud de cuerda ≤ 0,016 mm genera un archivo de salida STL óptimo para un archivo de entrada de modelo determinado. [84] Al especificar una resolución más alta se obtienen archivos más grandes sin aumentar la calidad de impresión.
La construcción de un modelo con métodos contemporáneos puede llevar desde varias horas hasta varios días, según el método utilizado y el tamaño y la complejidad del modelo. Los sistemas de aditivos normalmente pueden reducir este tiempo a unas pocas horas, aunque varía mucho según el tipo de máquina utilizada y el tamaño y la cantidad de modelos que se producen simultáneamente.
Aunque la resolución y el acabado superficial producidos por la impresora son suficientes para algunas aplicaciones, los métodos de posprocesamiento y acabado permiten beneficios como una mayor precisión dimensional, superficies más suaves y otras modificaciones como la coloración.
El acabado superficial de una pieza impresa en 3D se puede mejorar utilizando métodos sustractivos como el lijado y el granallado. Al alisar piezas que requieren precisión dimensional, es importante tener en cuenta el volumen del material que se elimina. [85]
Algunos polímeros imprimibles, como el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), permiten alisar y mejorar el acabado de la superficie mediante procesos químicos de vapor [86] basados en acetona o disolventes similares.
Algunas técnicas de fabricación aditiva pueden beneficiarse del recocido como paso posterior al procesamiento. El recocido de una pieza impresa en 3D permite una mejor unión de las capas internas debido a la recristalización de la pieza. Permite un aumento de las propiedades mecánicas, algunas de las cuales son tenacidad a la fractura , [87] resistencia a la flexión , [88] resistencia al impacto , [89] y resistencia al calor . [89] El recocido de un componente puede no ser adecuado para aplicaciones donde se requiere precisión dimensional, ya que puede introducir deformaciones o contracción debido al calentamiento y enfriamiento. [90]
La fabricación híbrida aditiva o sustractiva (ASHM) es un método que implica producir una pieza impresa en 3D y utilizar mecanizado (fabricación sustractiva) para eliminar material. [91] Las operaciones de mecanizado se pueden completar después de cada capa o después de que se haya completado toda la impresión 3D, según los requisitos de la aplicación. Estos métodos híbridos permiten que las piezas impresas en 3D logren mejores acabados superficiales y precisión dimensional. [92]
La estructura en capas de los procesos tradicionales de fabricación aditiva produce un efecto escalonado en superficies parciales que están curvadas o inclinadas con respecto a la plataforma del edificio. El efecto depende en gran medida de la altura de la capa utilizada, así como de la orientación de la superficie de la pieza dentro del proceso de construcción. [93] Este efecto se puede minimizar utilizando "alturas de capa variables" o "alturas de capa adaptables". Estos métodos reducen la altura de la capa en lugares donde se necesita mayor calidad. [94]
Pintar una pieza impresa en 3D ofrece una variedad de acabados y apariencias que pueden no lograrse con la mayoría de las técnicas de impresión 3D. El proceso suele implicar varios pasos, como preparación de la superficie, imprimación y pintura. [95] Estos pasos ayudan a preparar la superficie de la pieza y a garantizar que la pintura se adhiera correctamente.
Algunas técnicas de fabricación aditiva son capaces de utilizar varios materiales simultáneamente. Estas técnicas permiten imprimir en múltiples colores y combinaciones de colores simultáneamente y pueden producir piezas que no necesariamente requieren pintura.
Algunas técnicas de impresión requieren que se construyan soportes internos para soportar los elementos sobresalientes durante la construcción. Estos soportes deben eliminarse o disolverse mecánicamente si se utiliza un material de soporte soluble en agua como PVA después de completar una impresión.
Algunas impresoras 3D de metal comerciales implican cortar el componente metálico del sustrato metálico después de la deposición. Un nuevo proceso para la impresión 3D GMAW permite modificaciones de la superficie del sustrato para eliminar aluminio [96] o acero . [97]
Tradicionalmente, la impresión 3D se centraba en polímeros para imprimir, debido a la facilidad de fabricación y manipulación de los materiales poliméricos. Sin embargo, el método ha evolucionado rápidamente no solo para imprimir varios polímeros [99] sino también metales [100] [101] y cerámicas , [102], lo que hace que la impresión 3D sea una opción versátil para la fabricación. La fabricación capa por capa de modelos físicos tridimensionales es un concepto moderno que "surge de la industria CAD en constante crecimiento, más específicamente del lado del modelado sólido de CAD. Antes de que se introdujera el modelado sólido a fines de la década de 1980, los modelos tridimensionales fueron creados con marcos y superficies de alambre." [103] pero en todos los casos las capas de materiales están controladas por la impresora y las propiedades del material. La capa de material tridimensional está controlada por la tasa de deposición establecida por el operador de la impresora y almacenada en un archivo de computadora. El primer material impreso patentado fue una tinta termofusible para imprimir patrones utilizando una aleación de metal calentada.
Charles Hull presentó la primera patente el 8 de agosto de 1984 para utilizar una resina acrílica curada con rayos UV utilizando una fuente de luz con máscara UV en UVP Corp para construir un modelo simple. El SLA-1 fue el primer producto SL anunciado por 3D Systems en Autofact Exposition, Detroit, noviembre de 1978. El SLA-1 Beta se envió en enero de 1988 a Baxter Healthcare, Pratt and Whitney, General Motors y AMP. La primera producción de SLA-1 se envió a Precision Castparts en abril de 1988. El material de resina UV cambió rápidamente a una resina de material a base de epoxi. En ambos casos, los modelos SLA-1 necesitaron curado en horno UV después de enjuagarse con un limpiador solvente para eliminar la resina límite no curada. Se vendió un aparato de poscurado (PCA) con todos los sistemas. Los primeros impresores de resina requerían una cuchilla para mover resina fresca sobre el modelo en cada capa. El espesor de la capa era de 0,006 pulgadas y el modelo de láser HeCd del SLA-1 era de 12 vatios y barría la superficie a 30 pulgadas por segundo. UVP fue adquirida por 3D Systems en enero de 1990. [104]
Una revisión de la historia muestra que en la década de 1980 se utilizaron varios materiales (resinas, polvo plástico, filamento plástico y tinta plástica termofusible) para patentes en el campo de la creación rápida de prototipos. Itzchak Pomerantz de Cubital también introdujo la resina curada por UV con lámpara enmascarada en el Soldier 5600, los polvos termoplásticos sinterizados por láser de Carl Deckard (DTM) y el papel cortado con láser adhesivo (LOM) apilado para formar objetos por Michael Feygin antes de que 3D Systems hiciera su primera anuncio. Scott Crump también estaba trabajando con el modelado de filamentos de plástico extruidos "fundidos" (FDM) y la deposición por caída había sido patentada por William E Masters una semana después de la patente de Hull en 1984, pero tuvo que descubrir los chorros de tinta termoplásticos, introducidos por la impresora 3D de Visual Impact Corporation en 1992, utilizando impresoras de inyección de tinta de Howtek, Inc., antes de formar BPM para lanzar su propia impresora 3D en 1994. [104]
Los esfuerzos para lograr la impresión 3D multimaterial van desde procesos mejorados similares a FDM, como VoxelJet, hasta novedosas tecnologías de impresión basadas en voxel, como el ensamblaje en capas. [105]
Un inconveniente de muchas tecnologías de impresión 3D existentes es que solo permiten imprimir un material a la vez, lo que limita muchas aplicaciones potenciales que requieren la integración de diferentes materiales en el mismo objeto. La impresión 3D multimaterial resuelve este problema al permitir que se fabriquen objetos con disposiciones de materiales complejas y heterogéneas utilizando una sola impresora. Aquí, se debe especificar un material para cada vóxel (o elemento de píxel de impresión 3D) dentro del volumen del objeto final.
Sin embargo, el proceso puede estar plagado de complicaciones debido a los algoritmos aislados y monolíticos. Algunos dispositivos comerciales han intentado resolver estos problemas, como la creación de un traductor Spec2Fab, pero el progreso aún es muy limitado. [106] No obstante, en la industria médica, se ha presentado un concepto de píldoras y vacunas impresas en 3D. [107] Con este nuevo concepto, se pueden combinar múltiples medicamentos, lo que se espera que reduzca muchos riesgos. Con cada vez más aplicaciones de impresión 3D multimaterial, los costos de la vida diaria y el desarrollo de alta tecnología serán inevitablemente menores.
También se están investigando materiales metalográficos de impresión 3D. [108] Al clasificar cada material, CIMP-3D puede realizar impresión 3D sistemáticamente con múltiples materiales. [109]
El uso de la impresión 3D y estructuras multimaterial en la fabricación aditiva ha permitido diseñar y crear lo que se llama impresión 4D. La impresión 4D es un proceso de fabricación aditiva en el que el objeto impreso cambia de forma con el tiempo, la temperatura o algún otro tipo de estimulación. La impresión 4D permite la creación de estructuras dinámicas con formas, propiedades o funcionalidades ajustables. Los materiales inteligentes/que responden a estímulos que se crean mediante la impresión 4D se pueden activar para crear respuestas calculadas como el autoensamblaje, la autorreparación, la multifuncionalidad, la reconfiguración y el cambio de forma. Esto permite la impresión personalizada de materiales que cambian de forma y con memoria de forma. [110]
La impresión 4D tiene el potencial de encontrar nuevas aplicaciones y usos para materiales (plásticos, compuestos, metales, etc.) y tiene el potencial de crear nuevas aleaciones y compuestos que antes no eran viables. La versatilidad de esta tecnología y materiales puede conducir a avances en múltiples campos de la industria, incluidos los campos espacial, comercial y médico. La repetibilidad, la precisión y la gama de materiales para la impresión 4D deben aumentar para permitir que el proceso sea más práctico en todas estas industrias.
Para convertirse en una opción de producción industrial viable, existen algunos desafíos que la impresión 4D debe superar. Los desafíos de la impresión 4D incluyen el hecho de que las microestructuras de estos materiales inteligentes impresos deben ser cercanas o mejores que las piezas obtenidas mediante procesos de mecanizado tradicionales. Es necesario desarrollar materiales nuevos y personalizables que tengan la capacidad de responder consistentemente a diversos estímulos externos y cambiar a la forma deseada. También existe la necesidad de diseñar nuevo software para los distintos tipos de técnicas de impresión 4D. El software de impresión 4D deberá tener en cuenta el material inteligente base, la técnica de impresión y los requisitos estructurales y geométricos del diseño. [111]
ISO/ASTM52900-15 define siete categorías de procesos de fabricación aditiva (AM) dentro de su significado. [112] [113] Son:
Las principales diferencias entre procesos están en la forma en que se depositan las capas para crear piezas y en los materiales que se utilizan. Cada método tiene sus propias ventajas y desventajas, por lo que algunas empresas ofrecen una variedad de polvos y polímeros para el material utilizado para construir el objeto. [114] Otros a veces utilizan papel comercial estándar disponible en el mercado como material de construcción para producir un prototipo duradero. Las principales consideraciones a la hora de elegir una máquina son generalmente la velocidad, los costes de la impresora 3D, del prototipo impreso, la elección y el coste de los materiales y las capacidades de color. [115] Las impresoras que trabajan directamente con metales son generalmente caras. Sin embargo, se pueden utilizar impresoras menos costosas para fabricar un molde, que luego se utiliza para fabricar piezas metálicas. [116]
El primer proceso en el que se deposita material tridimensional para formar un objeto se realizó mediante chorro de material [28] o como se llamaba originalmente deposición de partículas. La deposición de partículas mediante inyección de tinta comenzó con la tecnología de inyección de tinta continua (CIT) (década de 1950) y más tarde con la tecnología de inyección de tinta por gota (década de 1970) utilizando tintas termofusibles. Las tintas de cera fueron los primeros materiales tridimensionales inyectados y, más tarde, se inyectaron metales de aleación de baja temperatura con CIT. A continuación, el DOD arrojó cera y termoplásticos termofusibles. Los objetos eran muy pequeños y comenzaban con caracteres de texto y números para señalización. Un objeto debe tener forma y poder manipularse. Los caracteres de cera se desprenden de los documentos en papel e inspiraron una patente de grabadora de metal líquido para crear caracteres metálicos para señalización en 1971. Se imprimieron tintas de color termoplásticas (CMYK) con capas de cada color para formar los primeros objetos en capas formados digitalmente en 1984. La idea de inversión La fundición con imágenes o patrones inyectados con tinta sólida en 1984 condujo a la primera patente para formar artículos a partir de la deposición de partículas en 1989, emitida en 1992.
Algunos métodos funden o ablandan el material para producir las capas. En la fabricación de filamentos fundidos , también conocida como modelado por deposición fundida (FDM), el modelo o pieza se produce extruyendo pequeñas cuentas o corrientes de material que se endurecen inmediatamente para formar capas. Un filamento de termoplástico , alambre metálico u otro material se introduce en un cabezal de boquilla de extrusión ( extrusora de impresora 3D ), que calienta el material y activa y desactiva el flujo. FDM está algo restringido en la variación de formas que se pueden fabricar. Otra técnica fusiona partes de la capa y luego se mueve hacia arriba en el área de trabajo, agregando otra capa de gránulos y repitiendo el proceso hasta que la pieza se haya formado. Este proceso utiliza los medios no fundidos para soportar voladizos y paredes delgadas en la pieza que se está produciendo, lo que reduce la necesidad de soportes auxiliares temporales para la pieza. [117] Recientemente, FFF/FDM se ha ampliado a la impresión 3D directamente a partir de pellets para evitar la conversión a filamento. Este proceso se llama fabricación de partículas fundidas (FPF) (o fabricación granular fundida (FGF) y tiene el potencial de utilizar más materiales reciclados. [118]
Las técnicas de fusión en lecho de polvo, o PBF, incluyen varios procesos como DMLS , SLS , SLM, MJF y EBM . Los procesos de fusión en lecho de polvo se pueden utilizar con una variedad de materiales y su flexibilidad permite estructuras geométricamente complejas, [119] lo que los convierte en una buena opción para muchos proyectos de impresión 3D. Estas técnicas incluyen la sinterización láser selectiva , tanto con metales como con polímeros, y la sinterización láser directa de metales . [120] La fusión selectiva por láser no utiliza sinterización para la fusión de gránulos de polvo, pero derretirá completamente el polvo utilizando un láser de alta energía para crear materiales completamente densos en un método de capas que tiene propiedades mecánicas similares a las de los metales fabricados convencionales. . La fusión por haz de electrones es un tipo similar de tecnología de fabricación aditiva para piezas metálicas (por ejemplo, aleaciones de titanio ). EBM fabrica piezas fundiendo polvo metálico capa por capa con un haz de electrones en alto vacío. [121] [122] Otro método consiste en un sistema de impresión 3D por inyección de tinta , que crea el modelo capa a capa extendiendo una capa de polvo ( yeso o resinas ) e imprimiendo un aglutinante en la sección transversal de la pieza mediante un Proceso similar al chorro de tinta. Con la fabricación de objetos laminados , se cortan capas finas para darles forma y se unen. Además de los métodos mencionados anteriormente, HP ha desarrollado Multi Jet Fusion (MJF), que es una técnica a base de polvo, aunque no utiliza láseres. Una matriz de inyección de tinta aplica agentes de fusión y detalles que luego se combinan mediante calentamiento para crear una capa sólida. [123]
La técnica de impresión 3D por inyección de aglutinante implica la deposición de un agente adhesivo aglutinante sobre capas de material, generalmente en polvo, y luego esta parte en estado "verde" puede curarse e incluso sinterizarse. Los materiales pueden ser de base cerámica, metal o plástico. Este método también se conoce como impresión 3D por inyección de tinta . Para producir una pieza, el impresor construye el modelo utilizando un cabezal que se mueve sobre la base de la plataforma para esparcir o depositar capas alternas de polvo ( yeso y resinas ) y aglutinante. La mayoría de las impresoras de inyección de aglutinante modernas también curan cada capa de aglutinante. Estos pasos se repiten hasta que se hayan impreso todas las capas. Esta parte verde generalmente se cura en un horno para eliminar el gas de la mayor parte del aglutinante antes de sinterizarla en un horno con una curva de tiempo-temperatura específica para los materiales dados.
Esta tecnología permite la impresión de prototipos, voladizos y piezas de elastómero a todo color. La resistencia de las impresiones en polvo adheridas se puede mejorar impregnando los espacios entre la matriz de polvo sinterizada o con cuello con otros materiales compatibles dependiendo del material en polvo, como cera, polímero termoestable o incluso bronce. [124] [125]
Otros métodos curan materiales líquidos utilizando diferentes tecnologías sofisticadas, como la estereolitografía . La fotopolimerización se utiliza principalmente en estereolitografía para producir una parte sólida a partir de un líquido. Los sistemas de impresoras de inyección de tinta, como el sistema Objet PolyJet, rocían materiales fotopolímeros sobre una bandeja de construcción en capas ultrafinas (entre 16 y 30 μm) hasta que se completa la pieza. [126] Cada capa de fotopolímero se cura con luz ultravioleta después de inyectarla, lo que produce modelos completamente curados que pueden manipularse y usarse inmediatamente, sin poscurado. Se pueden crear características ultrapequeñas con la técnica de microfabricación 3D utilizada en la fotopolimerización multifotónica . Debido a la naturaleza no lineal de la fotoexcitación, el gel se cura hasta convertirse en un sólido sólo en los lugares donde se enfocó el láser, mientras que el gel restante luego se elimina por lavado. Se producen fácilmente tamaños de características de menos de 100 nm, así como estructuras complejas con partes móviles y entrelazadas. [127] Otro enfoque más utiliza una resina sintética que se solidifica mediante LED . [128]
En la estereolitografía basada en proyección de imágenes de máscara, un modelo digital 3D se divide en un conjunto de planos horizontales. Cada sector se convierte en una imagen de máscara bidimensional. Luego, la imagen de la máscara se proyecta sobre una superficie de resina líquida fotocurable y se proyecta luz sobre la resina para curarla con la forma de la capa. [129] La producción continua de interfaz líquida comienza con un conjunto de resina de fotopolímero líquido . Parte del fondo de la piscina es transparente a la luz ultravioleta (la "ventana"), lo que hace que la resina se solidifique. El objeto se eleva lo suficientemente lento como para permitir que la resina fluya hacia abajo y mantenga contacto con la parte inferior del objeto. [130] En la deposición de energía dirigida alimentada por polvo, se utiliza un láser de alta potencia para fundir el polvo metálico suministrado al foco del rayo láser. El proceso de energía dirigida alimentado por polvo es similar a la sinterización selectiva por láser, pero el polvo metálico se aplica sólo donde se está añadiendo material a la pieza en ese momento. [131] [132]
La litografía axial computarizada es un método de impresión 3D basado en tomografías computarizadas para crear impresiones en resina fotocurable. Fue desarrollado gracias a una colaboración entre la Universidad de California, Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . [133] [134] [135] A diferencia de otros métodos de impresión 3D, no construye modelos depositando capas de material como el modelado por deposición fundida y la estereolitografía , sino que crea objetos utilizando una serie de imágenes 2D proyectadas sobre un cilindro de resina. [133] [135] Se destaca por su capacidad para construir un objeto mucho más rápido que otros métodos utilizando resinas y la capacidad de incrustar objetos dentro de las impresiones. [134]
La fabricación aditiva líquida (LAM) es una técnica de impresión 3D que deposita un material líquido o de alta viscosidad (por ejemplo, caucho de silicona líquido) sobre una superficie de construcción para crear un objeto que luego se vulcaniza usando calor para endurecer el objeto. [136] [137] [138] El proceso fue creado originalmente por Adrian Bowyer y luego fue desarrollado por German RepRap. [136] [139] [140]
Una técnica llamada herramientas programables utiliza la impresión 3D para crear un molde temporal, que luego se llena mediante un proceso de moldeo por inyección convencional y luego se disuelve inmediatamente. [141]
En algunas impresoras, se puede utilizar papel como material de construcción, lo que resulta en un menor costo de impresión. Durante la década de 1990, algunas empresas comercializaron impresoras que cortaban secciones transversales de papel recubierto de adhesivo especial utilizando un láser de dióxido de carbono y luego las laminaban.
En 2005, Mcor Technologies Ltd desarrolló un proceso diferente utilizando hojas comunes de papel de oficina, una hoja de carburo de tungsteno para cortar la forma y deposición selectiva de adhesivo y presión para unir el prototipo. [142]
En la deposición de energía dirigida alimentada por polvo (también conocida como deposición de metal por láser ), se utiliza un láser de alta potencia para fundir el polvo metálico suministrado al foco del rayo láser. El rayo láser normalmente viaja a través del centro del cabezal de deposición y se enfoca en un pequeño punto mediante una o más lentes. La construcción se produce en una mesa XY que es impulsada por una trayectoria de herramienta creada a partir de un modelo digital para fabricar un objeto capa por capa. El cabezal de deposición se mueve hacia arriba verticalmente a medida que se completa cada capa. Algunos sistemas incluso utilizan sistemas de 5 ejes [143] [144] o 6 ejes [145] ( es decir, brazos articulados ) capaces de entregar material sobre el sustrato (una cama de impresión o una pieza preexistente [146] ) con pocas o ninguna restricción de acceso espacial. El polvo metálico se entrega y distribuye alrededor de la circunferencia del cabezal o se puede dividir mediante un colector interno y distribuir a través de boquillas dispuestas en varias configuraciones alrededor del cabezal de deposición. A menudo se utiliza una cámara herméticamente sellada llena de gas inerte o un gas inerte local (a veces ambos combinados) para proteger el baño de fusión del oxígeno atmosférico, limitar la oxidación y controlar mejor las propiedades del material. El proceso de energía dirigida alimentado por polvo es similar a la sinterización selectiva por láser, pero el polvo metálico se proyecta sólo donde se está añadiendo el material a la pieza en ese momento. Con el rayo láser se calienta y se crea un "charco de fusión" sobre el sustrato, en el que se inyecta casi simultáneamente el nuevo polvo. El proceso admite una amplia gama de materiales, incluidos titanio, acero inoxidable, aluminio, tungsteno y otros materiales especiales, así como compuestos y materiales funcionalmente clasificados. El proceso no solo puede construir completamente nuevas piezas metálicas, sino que también puede agregar material a piezas existentes, por ejemplo para recubrimientos, reparación y aplicaciones de fabricación híbrida. El modelado de redes con ingeniería láser (LENS), desarrollado por Sandia National Labs, es un ejemplo del proceso de deposición de energía dirigida alimentado por polvo para la impresión 3D o la restauración de piezas metálicas. [147] [148]
Los sistemas de alimentación de alambre basados en láser, como el alambre de deposición de metal por láser (LMD-w), alimentan el alambre a través de una boquilla que se funde mediante un láser utilizando una protección de gas inerte en un ambiente abierto (gas que rodea al láser) o en una cámara sellada. La fabricación de forma libre por haz de electrones utiliza una fuente de calor por haz de electrones dentro de una cámara de vacío.
También es posible utilizar soldadura por arco metálico con gas convencional conectada a una plataforma 3D para imprimir metales en 3D como acero, bronce y aluminio. [149] [150] Las impresoras 3D estilo RepRap de código abierto y de bajo costo han sido equipadas con sensores basados en Arduino y demostraron propiedades metalúrgicas razonables a partir del alambre de soldadura convencional como materia prima. [151]
En la deposición selectiva de polvo, los polvos de construcción y de soporte se depositan selectivamente en un crisol, de modo que el polvo de construcción tome la forma del objeto deseado y el polvo de soporte llene el resto del volumen en el crisol. Luego se aplica un material de relleno, de modo que entre en contacto con el polvo de construcción. Luego, el crisol se cuece en un horno a una temperatura superior al punto de fusión del relleno pero inferior a los puntos de fusión de los polvos. Cuando el relleno se derrite, empapa el polvo de construcción. Pero no empapa el polvo de soporte, porque el polvo de soporte se elige de tal manera que el relleno no lo humedezca. Si a la temperatura de cocción, los átomos del material de relleno y el polvo de construcción son mutuamente desactivables, como en el caso del polvo de cobre y el relleno de zinc, entonces el material resultante será una mezcla uniforme de esos átomos, en este caso, bronce. . Pero si los átomos no son mutuamente desactivables, como en el caso del tungsteno y el cobre a 1100 °C, entonces el material resultante será un compuesto. Para evitar la distorsión de la forma, la temperatura de cocción debe estar por debajo de la temperatura de solidus de la aleación resultante. [152]
La impresión 3D criogénica es un conjunto de técnicas que forman estructuras sólidas congelando materiales líquidos mientras se depositan. A medida que se aplica cada capa líquida, la baja temperatura de la capa anterior y el entorno de impresión la enfrían, lo que da como resultado la solidificación. A diferencia de otras técnicas de impresión 3D, la impresión 3D criogénica requiere un entorno de impresión controlado. La temperatura ambiente debe estar por debajo del punto de congelación del material para garantizar que la estructura permanezca sólida durante la fabricación y la humedad debe permanecer baja para evitar la formación de escarcha entre la aplicación de capas. [153] Los materiales suelen incluir agua y soluciones a base de agua, como salmuera , lodos e hidrogeles . [154] [155] Las técnicas de impresión 3D criogénica incluyen prototipos de congelación rápida (RFP), [154] fabricación por deposición a baja temperatura (LDM), [156] y fabricación por extrusión en forma de congelación (FEF). [157]
La impresión 3D o la fabricación aditiva se han utilizado en los sectores manufacturero, médico, industrial y sociocultural (por ejemplo, el patrimonio cultural) para crear tecnología comercial exitosa. [158] Más recientemente, la impresión 3D también se ha utilizado en el sector humanitario y de desarrollo para producir una variedad de artículos médicos, prótesis, repuestos y reparaciones. [159] La primera aplicación de la fabricación aditiva se produjo en el extremo del espectro de fabricación de la sala de herramientas . Por ejemplo, la creación rápida de prototipos fue una de las primeras variantes aditivas, y su misión era reducir el tiempo de entrega y el costo del desarrollo de prototipos de nuevas piezas y dispositivos, lo que antes solo se hacía con métodos sustractivos de herramientas como el fresado, torneado y mecanizado CNC. rectificado de precisión. [160] En la década de 2010, la fabricación aditiva entró en producción en mucha mayor medida.
La fabricación aditiva de alimentos se está desarrollando exprimiendo los alimentos, capa por capa, hasta convertirlos en objetos tridimensionales. Una gran variedad de alimentos son candidatos apropiados, como el chocolate y los dulces, y alimentos planos como galletas saladas, pasta [161] y pizza. [162] [163] La NASA está investigando la tecnología para crear alimentos impresos en 3D para limitar el desperdicio de alimentos y producir alimentos que estén diseñados para satisfacer las necesidades dietéticas de un astronauta. [164] En 2018, el bioingeniero italiano Giuseppe Scionti desarrolló una tecnología que permite la producción de análogos fibrosos de carne a base de plantas utilizando una bioimpresora 3D personalizada , imitando la textura de la carne y los valores nutricionales. [165] [166]
La impresión 3D ha entrado en el mundo de la ropa, y los diseñadores de moda experimentan con bikinis, zapatos y vestidos impresos en 3D. [167] En la producción comercial, Nike utilizó la impresión 3D para crear prototipos y fabricar el zapato de fútbol Vapor Laser Talon 2012 para jugadores de fútbol americano, y New Balance ha fabricado zapatos personalizados en 3D para atletas. [167] [168] La impresión 3D ha llegado al punto en el que las empresas están imprimiendo gafas de consumo con ajuste y estilo personalizados bajo demanda (aunque no pueden imprimir las lentes). La personalización de gafas bajo demanda es posible mediante la creación rápida de prototipos. [169]
En automóviles, camiones y aviones, la fabricación aditiva está empezando a transformar tanto el diseño y la producción de monocascos y fuselajes como el diseño y la producción de sistemas de propulsión . Por ejemplo, General Electric utiliza impresoras 3D de alta gama para construir piezas de turbinas . [170] Muchos de estos sistemas se utilizan para la creación rápida de prototipos antes de que se empleen métodos de producción en masa. Otros ejemplos destacados incluyen:
El impacto de la AM en las armas de fuego involucra dos dimensiones: nuevos métodos de fabricación para empresas establecidas y nuevas posibilidades para la fabricación de armas de fuego por parte del usuario . En 2012, el grupo estadounidense Defense Distributed reveló planes para diseñar un arma de fuego impresa en 3D de plástico funcional "que podría ser descargada y reproducida por cualquier persona con una impresora 3D". [179] [180] Después de que Defense Distributed publicó sus planes, surgieron preguntas sobre los efectos que la impresión 3D y el mecanizado CNC generalizado a nivel de consumidor [181] [182] pueden tener sobre la eficacia del control de armas . [183] [184] [185] [186] Además, las estrategias de diseño de armaduras se pueden mejorar inspirándose en la naturaleza y creando prototipos de esos diseños fácilmente, utilizando AM. [187]
Los usos quirúrgicos de las terapias centradas en la impresión 3D comenzaron a mediados de la década de 1990 con el modelado anatómico para la planificación de la cirugía reconstructiva ósea. Los implantes compatibles con los pacientes fueron una extensión natural de este trabajo, lo que condujo a implantes verdaderamente personalizados que se adaptan a un individuo único. [188] La planificación virtual de la cirugía y la orientación mediante instrumentos personalizados impresos en 3D se han aplicado con gran éxito a muchas áreas de la cirugía, incluido el reemplazo total de articulaciones y la reconstrucción craneomaxilofacial. [189] [190] Un ejemplo de esto es la férula traqueal bioabsorbible para tratar a recién nacidos con traqueobroncomalacia [191] desarrollada en la Universidad de Michigan. El uso de la fabricación aditiva para la producción serializada de implantes ortopédicos (metales) también está aumentando debido a la capacidad de crear eficientemente estructuras de superficie porosas que facilitan la osteointegración . Se espera que las industrias dental y de audífonos sean las áreas más importantes de desarrollo futuro utilizando tecnología de impresión 3D personalizada. [192]
La impresión 3D no se limita sólo a materiales inorgánicos; Ha habido una serie de avances biomédicos posibles gracias a la impresión 3D. A partir de 2012 , las empresas de biotecnología y el mundo académico han estudiado la tecnología de bioimpresión[update] 3D para su posible uso en aplicaciones de ingeniería de tejidos en las que se construyen órganos y partes del cuerpo mediante técnicas de impresión por inyección de tinta . En este proceso, se depositan capas de células vivas sobre un medio de gel o una matriz de azúcar y se van acumulando lentamente para formar estructuras tridimensionales, incluidos los sistemas vasculares. [193] La impresión 3D se ha considerado como un método para implantar células madre capaces de generar nuevos tejidos y órganos en seres humanos vivos. [194] En 2018, la tecnología de impresión 3D se utilizó por primera vez para crear una matriz para la inmovilización celular en la fermentación. Se eligió como estudio modelo la producción de ácido propiónico por parte de Propionibacterium acidipropionici inmovilizado en perlas de nailon impresas en 3D. Se demostró que esas perlas impresas en 3D eran capaces de promover la unión celular de alta densidad y la producción de ácido propiónico, que podría adaptarse a otros bioprocesos de fermentación. [195]
La impresión 3D también ha sido utilizada por investigadores del campo farmacéutico. Durante los últimos años, ha habido un aumento en el interés académico sobre la administración de fármacos con la ayuda de técnicas de AM. Esta tecnología ofrece una forma única de utilizar materiales en formulaciones novedosas. [196] La fabricación de FA permite el uso de materiales y compuestos en el desarrollo de formulaciones, en formas que no son posibles con técnicas convencionales/tradicionales en el campo farmacéutico, por ejemplo, la formación de tabletas, el moldeo por fundición, etc. Las ventajas de la impresión 3D, especialmente en el caso del modelado por deposición fundida (FDM), es la personalización de la forma farmacéutica que se puede lograr, atendiendo así a las necesidades específicas del paciente. [197] En un futuro no muy lejano, se espera que las impresoras 3D lleguen a hospitales y farmacias para proporcionar producción bajo demanda de formulaciones personalizadas de acuerdo con las necesidades de los pacientes. [198]
La impresión 3D también se ha utilizado para equipos médicos. Durante la pandemia de COVID-19, se utilizaron impresoras 3D para complementar el suministro limitado de EPP a través de voluntarios que utilizaron sus impresoras de propiedad personal para producir diversas piezas de equipo de protección personal (es decir, marcos para protectores faciales).
La impresión 3D y las impresoras 3D de código abierto, en particular, son las últimas tecnologías que están incursionando en el aula. [199] [200] [201] La educación superior ha demostrado ser un importante comprador de impresoras 3D profesionales y de escritorio, lo que los expertos de la industria generalmente ven como un indicador positivo. [202] Algunos autores han afirmado que las impresoras 3D ofrecen una "revolución" sin precedentes en la educación STEM . [203] [204] La evidencia de tales afirmaciones proviene tanto de la capacidad de bajo costo para que los estudiantes creen rápidamente prototipos en el aula, como también de la fabricación de equipos científicos de alta calidad y bajo costo a partir de diseños de hardware abiertos que forman laboratorios de código abierto. . [205] Además, las bibliotecas de todo el mundo también se han convertido en lugares para albergar impresoras 3D más pequeñas para acceso educativo y comunitario. [206] Las aplicaciones futuras de la impresión 3D podrían incluir la creación de equipos científicos de código abierto. [205] [207]
En la década de 2010, la impresión 3D se utilizó intensivamente en el campo del patrimonio cultural con fines de preservación, restauración y difusión. [208] Muchos museos europeos y norteamericanos han comprado impresoras 3D y recrean activamente piezas faltantes de sus reliquias [209] y monumentos arqueológicos como Tiwanaku en Bolivia . [210] El Museo Metropolitano de Arte y el Museo Británico han comenzado a utilizar sus impresoras 3D para crear recuerdos de museo que están disponibles en las tiendas del museo. [211] 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 apto para impresión 3D, que todos pueden Impresión 3D en casa. [212] Morehshin Allahyari , una artista estadounidense nacida en Irán, considera su uso de procesos de escultura en 3D para reconstruir tesoros culturales iraníes como activismo feminista. Allahyari utiliza un software de modelado 3D para reconstruir una serie de artefactos culturales que fueron demolidos por militantes de ISIS en 2014. [213]
La aplicación de la impresión 3D para la representación de activos arquitectónicos plantea muchos retos. En 2018, la estructura del Banco Nacional de Irán se revisó y modeló tradicionalmente en software de gráficos por computadora (específicamente, Cinema4D ) y se optimizó para la impresión 3D. El equipo probó la técnica para la construcción de la pieza y tuvo éxito. Después de probar el procedimiento, los modeladores reconstruyeron la estructura en Cinema4D y exportaron la parte frontal del modelo a Netfabb. La entrada del edificio se eligió debido a las limitaciones de la impresión 3D y al presupuesto del proyecto para realizar la maqueta. La impresión 3D fue solo una de las capacidades habilitadas por el modelo 3D producido del banco, pero debido al alcance limitado del proyecto, el equipo no continuó modelando para la representación virtual u otras aplicaciones. [214] En 2021, Parsinejad et al. comparó exhaustivamente el método de reconocimiento manual para la reconstrucción 3D lista para la impresión 3D con la grabación digital (adopción del método de fotogrametría). [214]
Los actuadores blandos impresos en 3D son una aplicación creciente de la tecnología de impresión 3D que ha encontrado su lugar en las aplicaciones de impresión 3D. Estos actuadores blandos se están desarrollando para tratar estructuras y órganos blandos, especialmente en sectores biomédicos y donde la interacción entre humanos y robots es inevitable. La mayoría de los actuadores blandos existentes se fabrican mediante métodos convencionales que requieren la fabricación manual de los dispositivos, posprocesamiento/ensamblaje e iteraciones prolongadas hasta que se logra la madurez de la fabricación. En lugar de los aspectos tediosos y lentos de los procesos de fabricación actuales, los investigadores están explorando un enfoque de fabricación apropiado para la fabricación eficaz de actuadores blandos. Por lo tanto, se introducen actuadores blandos impresos en 3D para revolucionar el diseño y la fabricación de actuadores blandos con propiedades geométricas, funcionales y de control personalizadas en un enfoque más rápido y económico. También permiten la incorporación de todos los componentes del actuador en una única estructura, eliminando la necesidad de utilizar juntas , adhesivos y sujetadores externos .
La fabricación de placas de circuito implica múltiples pasos que incluyen imágenes, perforación, enchapado, recubrimiento de máscara de soldadura, impresión de nomenclatura y acabados de superficie. Estos pasos incluyen muchos productos químicos, como disolventes y ácidos fuertes. Las placas de circuito de impresión 3D eliminan la necesidad de muchos de estos pasos y al mismo tiempo producen diseños complejos. [215] La tinta polimérica se usa para crear las capas de la construcción, mientras que el polímero plateado se usa para crear los rastros y agujeros utilizados para permitir que fluya la electricidad. [216] La fabricación de placas de circuitos actuales puede ser un proceso tedioso dependiendo del diseño. Los materiales específicos se recopilan y envían al procesamiento de la capa interna donde se imprimen, revelan y graban las imágenes. Los núcleos de grabado generalmente se perforan para agregar herramientas de laminación. Luego se preparan los núcleos para la laminación. El apilamiento, la acumulación de una placa de circuito, se construye y se envía a laminación donde se unen las capas. Luego se miden y perforan las tablas. Muchos pasos pueden diferir de esta etapa; sin embargo, para diseños simples, el material pasa por un proceso de revestimiento para recubrir los orificios y la superficie. Luego, la imagen exterior se imprime, revela y graba. Una vez definida la imagen, el material debe recubrirse con una máscara de soldadura para su posterior soldadura. Luego se agrega la nomenclatura para que los componentes puedan identificarse más adelante. Luego se añade el acabado superficial. Las placas se pasan de la forma del panel a su forma singular o de matriz y luego se prueban eléctricamente. Además de la documentación que se debe completar y que demuestra que las placas cumplen con las especificaciones, las placas se empaquetan y envían. Los beneficios de la impresión 3D serían que el contorno final se define desde el principio, no se requieren imágenes, perforaciones ni laminación y las conexiones eléctricas se realizan con el polímero de plata, lo que elimina la perforación y el enchapado. El papeleo final también se reduciría considerablemente debido a la falta de materiales necesarios para construir la placa de circuito. Los diseños complejos que pueden tardar semanas en completarse mediante un procesamiento normal se pueden imprimir en 3D, lo que reduce en gran medida el tiempo de fabricación.
En 2005, las revistas académicas comenzaron a informar sobre las posibles aplicaciones artísticas de la tecnología de impresión 3D. [217] Las máquinas disponibles en el mercado eran cada vez más capaces de producir aplicaciones domésticas prácticas, por ejemplo, objetos ornamentales. Algunos ejemplos prácticos incluyen un reloj en funcionamiento [218] y engranajes impresos para máquinas domésticas de carpintería, entre otros fines. [219] Los sitios web asociados con la impresión 3D doméstica tendían a incluir rascadores, percheros, pomos de puertas, etc. [220] A partir de 2017, la impresión 3D doméstica estaba llegando a una audiencia de consumidores más allá de los aficionados y entusiastas. Varios proyectos y empresas están haciendo esfuerzos para desarrollar impresoras 3D asequibles para uso doméstico. Gran parte de este trabajo ha sido impulsado y dirigido a comunidades de bricolaje / creadores /entusiastas/ primeros usuarios , con vínculos adicionales con las comunidades académica y de hackers .
Acelerado por la disminución del precio y el aumento de la calidad, se [update]estima que en 2019, 2 millones de personas en todo el mundo compraron una impresora 3D para uso recreativo. [221]
La impresión 3D ha existido durante décadas en ciertas industrias manufactureras donde pueden aplicarse muchos regímenes legales, incluidas patentes , derechos de diseño industrial , derechos de autor y marcas comerciales . Sin embargo, no hay mucha jurisprudencia para decir cómo se aplicarán estas leyes si las impresoras 3D se vuelven populares y los individuos o comunidades de aficionados comienzan a fabricar artículos para uso personal, para distribución sin fines de lucro o para la venta.
Cualquiera de los regímenes legales mencionados podrá prohibir la distribución de los diseños utilizados en la impresión 3D o la distribución o venta del artículo impreso. Para poder hacer estas cosas, cuando se trata de propiedad intelectual activa, una persona tendría que ponerse en contacto con el propietario y solicitar una licencia, que puede venir con condiciones y un precio. Sin embargo, muchas leyes de patentes, diseños y derechos de autor contienen una limitación o excepción estándar para el uso "privado" o "no comercial" de invenciones, diseños u obras de arte protegidas por propiedad intelectual (PI). Esa limitación o excepción estándar puede dejar dichos usos privados y no comerciales fuera del alcance de los derechos de propiedad intelectual.
Las patentes cubren invenciones que incluyen procesos, máquinas, fabricación y composiciones de materia y tienen una duración finita que varía entre países, pero generalmente 20 años a partir de la fecha de solicitud. Por lo tanto, si se patenta un tipo de rueda, imprimir, usar o vender dicha rueda podría constituir una infracción de la patente. [222]
Los derechos de autor cubren una expresión [223] en un medio tangible y fijo y, a menudo, duran toda la vida del autor más 70 años después. [224] Por ejemplo, un escultor conserva los derechos de autor sobre una estatua, de modo que otras personas no pueden distribuir legalmente diseños para imprimir una estatua idéntica o similar sin pagar regalías, esperar a que expiren los derechos de autor o trabajar dentro de una excepción de uso legítimo .
Cuando una característica tiene méritos tanto artísticos (protegidos por derechos de autor) como funcionales (patentables) cuando la cuestión ha aparecido en un tribunal de EE. UU., los tribunales a menudo han sostenido que la característica no está protegida por derechos de autor a menos que pueda separarse de los aspectos funcionales del artículo. [224] En otros países, la ley y los tribunales pueden aplicar un enfoque diferente que permita, por ejemplo, registrar el diseño de un dispositivo útil (en su conjunto) como diseño industrial, en el entendido de que, en caso de copia no autorizada, sólo las características no funcionales pueden reivindicarse conforme a la ley de diseños, mientras que cualquier característica técnica sólo puede reivindicarse si está cubierta por una patente válida.
El Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. y el Centro Regional Conjunto de Inteligencia publicaron un memorando en el que afirman que "los avances significativos en las capacidades de impresión tridimensional (3D), la disponibilidad de archivos digitales imprimibles en 3D gratuitos para componentes de armas de fuego y la dificultad para regular el intercambio de archivos pueden representar un riesgo para la seguridad pública". riesgos de los buscadores de armas no calificados que obtienen o fabrican armas impresas en 3D" y que "la legislación propuesta para prohibir la impresión de armas en 3D puede disuadir, pero no puede impedir por completo, su producción. Incluso si la práctica está prohibida por la nueva legislación, la distribución en línea de estos productos imprimibles en 3D. Los archivos serán tan difíciles de controlar como cualquier otro archivo de música, película o software comercializado ilegalmente". [225]
El intento de restringir la distribución de planos de armas a través de Internet se ha comparado con la inutilidad de impedir la distribución generalizada de DeCSS , que permitía la extracción de DVD . [226] [227] [228] [229] Después de que el gobierno de EE. UU. hizo que Defense Distributed eliminara los planes, todavía estaban ampliamente disponibles a través de Pirate Bay y otros sitios para compartir archivos. [230] Las descargas de los planos desde el Reino Unido, Alemania, España y Brasil fueron numerosas. [231] [232] Algunos legisladores estadounidenses han propuesto regulaciones sobre impresoras 3D para evitar que se utilicen para imprimir armas. [233] [234] Los defensores de la impresión 3D han sugerido que tales regulaciones serían inútiles, podrían paralizar la industria de la impresión 3D y podrían infringir los derechos de libertad de expresión, y los primeros pioneros de la impresión 3D, el profesor Hod Lipson, sugirieron que en su lugar se podría controlar la pólvora. [235] [236] [237] [238] [239] [240]
A nivel internacional, donde los controles de armas son generalmente más estrictos que en Estados Unidos, algunos comentaristas han dicho que el impacto puede sentirse con mayor fuerza ya que no es tan fácil obtener armas de fuego alternativas. [241] Los funcionarios del Reino Unido han señalado que producir un arma impresa en 3D sería ilegal según sus leyes de control de armas. [242] Europol afirmó que los delincuentes tienen acceso a otras fuentes de armas, pero señaló que a medida que la tecnología mejore, los riesgos de un efecto aumentarían. [243] [244]
En Estados Unidos, la FAA anticipó el deseo de utilizar técnicas de fabricación aditiva y ha estado considerando la mejor manera de regular este proceso. [245] La FAA tiene jurisdicción sobre dicha fabricación porque todas las piezas de aeronaves deben fabricarse bajo la aprobación de producción de la FAA o bajo otras categorías reglamentarias de la FAA. [246] En diciembre de 2016, la FAA aprobó la producción de una boquilla de combustible impresa en 3D para el motor GE LEAP. [247] El abogado de aviación Jason Dickstein ha sugerido que la fabricación aditiva es simplemente un método de producción y debe regularse como cualquier otro método de producción. [248] [249] Ha sugerido que el enfoque de la FAA debería centrarse en una guía para explicar el cumplimiento, en lugar de cambiar las reglas existentes, y que las regulaciones y guías existentes permiten a una empresa "desarrollar un sistema de calidad sólido que refleje adecuadamente las necesidades regulatorias". para el aseguramiento de la calidad". [248]
La investigación sobre los problemas de salud y seguridad de la impresión 3D es nueva y está en desarrollo debido a la reciente proliferación de dispositivos de impresión 3D. En 2017, la Agencia Europea para la Seguridad y la Salud en el Trabajo publicó un documento de debate sobre los procesos y materiales involucrados en la impresión 3D, las posibles implicaciones de esta tecnología para la seguridad y salud en el trabajo y las vías para controlar los riesgos potenciales. [250]
El nivel de ruido se mide en decibelios (dB) y puede variar mucho en las impresoras domésticas, desde 15 dB a 75 dB. [251] Algunas fuentes principales de ruido en las impresoras de filamento son los ventiladores, motores y cojinetes, mientras que en las impresoras de resina los ventiladores suelen ser responsables de la mayor parte del ruido. [251] Algunos métodos para amortiguar el ruido de una impresora pueden ser instalar aislamiento de vibraciones , utilizar ventiladores de mayor diámetro , realizar mantenimiento y lubricación regulares o utilizar una carcasa insonorizada . [251]
La fabricación aditiva, que comienza en el período inicial actual, requiere que las empresas manufactureras sean usuarios flexibles y cada vez mejores de todas las tecnologías disponibles para seguir siendo competitivas. Los defensores de la fabricación aditiva también predicen que este arco de desarrollo tecnológico contrarrestará la globalización , ya que los usuarios finales realizarán gran parte de su propia fabricación en lugar de participar en el comercio para comprar productos de otras personas y corporaciones. [16] Sin embargo, la integración real de las nuevas tecnologías de aditivos en la producción comercial es más una cuestión de complementar los métodos sustractivos tradicionales que de desplazarlos por completo. [252]
El futurólogo Jeremy Rifkin [253] afirmó que la impresión 3D señala el comienzo de una tercera revolución industrial , [254] que sucederá al ensamblaje en línea de producción que dominó la fabricación a partir de finales del siglo XIX.
Desde la década de 1950, varios escritores y comentaristas sociales han especulado con cierta profundidad sobre los cambios sociales y culturales que podrían resultar del advenimiento de la tecnología de fabricación aditiva comercialmente asequible. [255] En los últimos años, la impresión 3D ha creado un impacto significativo en el sector humanitario y de desarrollo. Su potencial para facilitar la fabricación distribuida está generando beneficios en la cadena de suministro y la logística, al reducir la necesidad de transporte, almacenamiento y desperdicio. Además, se está avanzando en el desarrollo social y económico mediante la creación de economías de producción local. [159]
Otros han sugerido que a medida que más y más impresoras 3D comiencen a entrar en los hogares de las personas, la relación convencional entre el hogar y el lugar de trabajo podría erosionarse aún más. [256] Del mismo modo, también se ha sugerido que, a medida que sea más fácil para las empresas transmitir diseños de nuevos objetos en todo el mundo, la necesidad de servicios de carga de alta velocidad también podría disminuir. [257] Por último, dada la facilidad con la que ahora se pueden replicar ciertos objetos, queda por ver si se realizarán cambios en la legislación actual sobre derechos de autor para proteger los derechos de propiedad intelectual con la nueva tecnología ampliamente disponible.
A medida que las impresoras 3D se volvieron más accesibles para los consumidores, se desarrollaron plataformas sociales en línea para apoyar a la comunidad. [258] Esto incluye sitios web que permiten a los usuarios acceder a información como, por ejemplo, cómo construir una impresora 3D, así como foros sociales que discuten cómo mejorar la calidad de la impresión 3D y discuten noticias sobre impresión 3D, así como sitios web de redes sociales dedicados a compartir modelos 3D. [259] [260] [261] RepRap es un sitio web basado en wiki que se creó para contener toda la información sobre la impresión 3D y se ha convertido en una comunidad que tiene como objetivo llevar la impresión 3D a todos. Además, existen otros sitios como Pinshape , Thingiverse y MyMiniFactory , que se crearon inicialmente para permitir a los usuarios publicar archivos 3D para que cualquiera pueda imprimirlos, lo que permite reducir el costo de transacción al compartir archivos 3D. Estos sitios web han permitido una mayor interacción social entre los usuarios, creando comunidades dedicadas a la impresión 3D.
Algunos llaman la atención sobre la conjunción de la producción entre pares basada en el procomún con la impresión 3D y otras técnicas de fabricación de bajo costo. [262] [263] [264] La fantasía autoreforzada de un sistema de crecimiento eterno puede superarse con el desarrollo de economías de alcance, y aquí, la sociedad puede desempeñar un papel importante contribuyendo a elevar toda la estructura productiva a un nivel más alto de productividad más sostenible y personalizada. [262] Además, es cierto que muchas cuestiones, problemas y amenazas surgen debido a la democratización de los medios de producción, y especialmente en lo que respecta a los físicos. [262] Por ejemplo, todavía se cuestiona la reciclabilidad de los nanomateriales avanzados; la fabricación de armas podría volverse más fácil; sin mencionar las implicaciones para la falsificación [265] y la propiedad intelectual. [266] Se podría sostener que, en contraste con el paradigma industrial cuya dinámica competitiva giraba en torno a economías de escala, la impresión 3D de producción entre pares basada en el bien común podría desarrollar economías de alcance. Si bien las ventajas de escala se basan en un transporte global barato, las economías de alcance comparten los costos de infraestructura (recursos productivos tangibles e intangibles), aprovechando las capacidades de las herramientas de fabricación. [262] Y siguiendo a Neil Gershenfeld [267] en que "algunas de las partes menos desarrolladas del mundo necesitan algunas de las tecnologías más avanzadas", la producción entre pares basada en el procomún y la impresión 3D pueden ofrecer las herramientas necesarias para pensar globalmente pero actuar localmente. en respuesta a determinadas necesidades.
Larry Summers escribió sobre las "consecuencias devastadoras" de la impresión 3D y otras tecnologías (robots, inteligencia artificial, etc.) para quienes realizan tareas rutinarias. En su opinión, "ya hay más hombres estadounidenses con seguro de invalidez que trabajando en la producción manufacturera. Y todas las tendencias van en la dirección equivocada, particularmente para los menos calificados, ya que la capacidad del capital que incorpora inteligencia artificial para reemplazar a los trabajadores administrativos así como el trabajo manual aumentará rápidamente en los próximos años." Summers recomienda esfuerzos cooperativos más vigorosos para abordar los "infinidad de dispositivos" (por ejemplo, paraísos fiscales, secreto bancario, lavado de dinero y arbitraje regulatorio) que permiten a los poseedores de grandes riquezas "pagar" impuestos sobre la renta y el patrimonio, y hacerlo más Es difícil acumular grandes fortunas sin exigir "grandes contribuciones sociales" a cambio, incluidas: una aplicación más vigorosa de las leyes antimonopolio, reducciones de la protección "excesiva" de la propiedad intelectual, un mayor estímulo a los planes de participación en los beneficios que puedan beneficiar a los trabajadores y darles un interés en la acumulación de riqueza, el fortalecimiento de los acuerdos de negociación colectiva, mejoras en la gobernanza corporativa, el fortalecimiento de la regulación financiera para eliminar los subsidios a la actividad financiera, la flexibilización de las restricciones sobre el uso de la tierra que pueden hacer que los bienes raíces de los ricos sigan aumentando en valor, mejores capacitación para jóvenes y reciclaje para trabajadores desplazados, y mayor inversión pública y privada en el desarrollo de infraestructura, por ejemplo, en producción de energía y transporte. [268]
Michael Spence escribió que "Ahora llega una... poderosa ola de tecnología digital que está reemplazando la mano de obra en tareas cada vez más complejas. Este proceso de sustitución y desintermediación de la mano de obra ha estado en marcha durante algún tiempo en los sectores de servicios: piense en los cajeros automáticos, la banca en línea, planificación de recursos empresariales, gestión de relaciones con los clientes, sistemas de pago móvil y mucho más. Esta revolución se está extendiendo a la producción de bienes, donde los robots y la impresión 3D están desplazando la mano de obra". En su opinión, la gran mayoría del coste de las tecnologías digitales surge al principio, en el diseño del hardware (por ejemplo, impresoras 3D) y, más importante, en la creación del software que permite a las máquinas realizar diversas tareas. "Una vez logrado esto, el costo marginal del hardware es relativamente bajo (y disminuye a medida que aumenta la escala), y el costo marginal de replicar el software es esencialmente cero. Con un enorme mercado global potencial para amortizar los costos fijos iniciales de diseño y pruebas, los incentivos para invertir [en tecnologías digitales] son convincentes". [269]
Spence cree que, a diferencia de las tecnologías digitales anteriores, que llevaron a las empresas a desplegar reservas de mano de obra valiosa subutilizadas en todo el mundo, la fuerza motivadora en la actual ola de tecnologías digitales "es la reducción de costos mediante la sustitución de mano de obra". Por ejemplo, a medida que disminuye el costo de la tecnología de impresión 3D, es "fácil imaginar" que la producción pueda volverse "extremadamente" local y personalizada. Además, la producción puede ocurrir en respuesta a la demanda real, no a la demanda anticipada o pronosticada. Spence cree que la mano de obra, por barata que sea, se convertirá en un activo menos importante para el crecimiento y la expansión del empleo, que la fabricación intensiva en mano de obra y orientada a procesos se volverá menos efectiva, y que la relocalización aparecerá tanto en los países desarrollados como en los países en desarrollo. En su opinión, la producción no desaparecerá, pero requerirá menos mano de obra, y todos los países eventualmente necesitarán reconstruir sus modelos de crecimiento en torno a las tecnologías digitales y el capital humano que respalde su despliegue y expansión. Spence escribe que "el mundo en el que estamos entrando es uno en el que los flujos globales más poderosos serán ideas y capital digital, no bienes, servicios y capital tradicional. Adaptarse a esto requerirá cambios en la mentalidad, las políticas, las inversiones (especialmente en recursos humanos) capital), y muy posiblemente modelos de empleo y distribución". [269]
Naomi Wu considera el uso de la impresión 3D en el aula china (donde la memorización es estándar) para enseñar principios de diseño y creatividad como el desarrollo reciente más emocionante de la tecnología y, en general, considera la impresión 3D como la próxima revolución de la autoedición . [270]
El crecimiento de la fabricación aditiva podría tener un gran impacto en el medio ambiente. A diferencia de la fabricación tradicional, por ejemplo, en la que las piezas se cortan a partir de bloques más grandes de material, la fabricación aditiva crea productos capa por capa e imprime solo las piezas relevantes, desperdiciando mucho menos material y, por tanto, menos energía en producir las materias primas necesarias. . [271] Al cubrir sólo las necesidades estructurales básicas de los productos, la fabricación aditiva también podría hacer una profunda contribución al aligeramiento , reduciendo el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero de los vehículos y otras formas de transporte. [272] Un estudio de caso sobre un componente de avión fabricado mediante fabricación aditiva, por ejemplo, encontró que el uso del componente ahorra el 63% de la energía y las emisiones de dióxido de carbono relevantes durante el transcurso de la vida útil del producto. [273] Además, una evaluación anterior del ciclo de vida de la fabricación aditiva ha estimado que la adopción de la tecnología podría reducir aún más las emisiones de dióxido de carbono, ya que la impresión 3D crea una producción localizada y los productos no necesitarían ser transportados largas distancias para llegar a su destino final. [274]
Sin embargo, seguir adoptando la fabricación aditiva plantea algunas desventajas medioambientales. A pesar de que la fabricación aditiva reduce los residuos del proceso de fabricación sustractivo hasta en un 90%, el proceso de fabricación aditiva crea otras formas de residuos, como polvos de materiales (metales) no reciclables. La fabricación aditiva aún no ha alcanzado su potencial teórico de eficiencia material del 97%, pero puede acercarse a medida que la tecnología continúa aumentando la productividad. [275]
Algunas impresoras FDM grandes que funden gránulos de polietileno de alta densidad (HDPE) también pueden aceptar material reciclado suficientemente limpio, como botellas de leche desconchadas. Además, estas impresoras pueden utilizar material triturado procedente de construcciones defectuosas o versiones de prototipos fallidas, reduciendo así el desperdicio general del proyecto y la manipulación y almacenamiento de materiales. El concepto ha sido explorado en RecycleBot .
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