Título	Informe: Impresora 3D/ Cecilia Pérez Villarroel
Asignatura	Taller de Fabricación
Del Curso	Taller de Fabricación 2022
Carreras	Diseño, Diseño Industrial"Diseño Industrial" is not in the list (Arquitectura, Diseño, Magíster, Otra) of allowed values for the "Carreras Relacionadas" property.
Nº	5
Alumno(s)	Cecilia Pérez

Impresora 3D

¿Qué es una impresora 3D?

Una impresora 3D es una máquina capaz de reproducir objetos tridimensionales creados a partir de un programa de computadora. Esta imprime logra imprimir objetos sólidos, es decir, que tienen volumen, por lo tanto, trabaja en los ejes x,y,z (ancho, largo y alto).

Por lo tanto, si se hace un diseño desde cualquier programa CAD (diseño asistido por computadora), este se puede reproducir y traer al mundo material mediante la impresión 3D. Generalmente, se utilizan distintos tipos de plástico para lograr el resultado deseado, pero en los últimos años también se han implementado otro tipo de materiales, según el fin que se estime conveniente.

El modo de trabajo que utiliza esta máquina es mediante la fabricación aditiva, añadiendo el material correspondiente capa por capa, desde abajo hacia arriba, hasta llegar al tope del objeto deseado. Aunque la forma especifica en la que funciona, varia entre los distintos tipos, pero principalmente siguen el mismo principio de la adición del material.

Historia

1980

La primera patente relacionada con la tecnología fue presentada en 1980 por el Dr. Hideo Kodama, que describe un sistema de creación rápida de prototipos de fotopolímero. La idea de Kodama consiste en utilizar una tina de material de fotopolímero, expuesta a la luz UV, para endurecer una pieza. Lamentablemente, nunca consiguió los fondos para hacerla realidad, pero dejó la plataforma sobre la cual se comenzarán a colocar las primeras capas de la historia de la impresión 3D.

1986

Chuck Hull inventa el primer aparato de Estereolitografía (SLA). Esta técnica de impresión 3D se refiere a un método de impresión de objetos capa por capa mediante un proceso en el que los láseres hacen que las cadenas de moléculas se unan de manera selectiva, formando polímeros. Hull funda 3D Systems Corporation, y presenta el primer sistema de impresión 3D comercial del mundo, el SLA-1.

1987

Carl Deckard de la Universidad de Texas es pionero en un método alternativo de impresión 3D, que convierte el polvo suelto en un sólido, en lugar del proceso de resina líquida de Chuck Hall. El enfoque de Deckard para la impresión 3D implica el uso de un láser para unir el polvo como un sólido. Hasta 2006 hasta que las primeras impresoras SLS son comercialmente viables, lo que abre nuevas oportunidades en la fabricación.

1989

S. Scott Crump, junto a Lisa Crump, inventa y patenta un nuevo método de fabricación aditivo llamado modelado de deposición fundida. Esta técnica consiste en fundir un filamento de polímero y depositarlo en un sustrato, capa por capa, para crear un objeto 3D. Crump más tarde pasa a ser co-fundador de Stratasys, que sigue siendo una de las compañías de fabricación de máquinas 3D más prominentes del mundo en la actualidad.

1999

El uso de órganos impresos en 3D se vuelve algo real cuando una vejiga urinaria desarrollada en laboratorio se trasplanta con éxito a un paciente. La vejiga artificial se crea mediante una tomografía computarizada de la vejiga del paciente y luego se imprime una estructura tipo andamio biodegradable utilizando la información. Utilizando una muestra de tejido de la vejiga del paciente, se cultivan células y se colocan en capas sobre el andamio, antes de que se trasplante.

2004

Adrian Bowyer, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Bath de los EE. UU., funda el proyecto RepRap, un proyecto de código abierto que apunta a construir una impresora 3D que pueda imprimir la mayoría de sus componentes mediante la colaboración global de miles de individuos. La idea fue democratizar la impresión 3D al expandir la tecnología a personas de todo el mundo, ya que era muy simple poder usar elementos de ferretería e imprimir más impresoras 3D.

Particularidades

Tipos de Impresoras 3D

Existen 3 modelos de impresora 3D que son los principales en el mercado de hoy en día. Si bien, se diferencian en el tipo de materiales que utilizan para imprimir, todas siguen este mismo principio de trabajar dentro de los 3 ejes(x,y,z), y trabajando desde la vertical, es decir que, van imprimiendo la figura desde una plataforma que va subiendo, o bajando dependiendo del modelo.

Modelado por deposición fundida-FDM

El modelado por deposición fundida (FDM), o también conocido como fabricación con filamento fundido, es la forma de impresión más conocida para el público general y aficionados. Este tipo de impresoras construyen el volumen de los objetos al ir fundiendo un filamento de polímero mediante el extrusor que va empujando este filamento, y así se va depositando capa por capa el material fundido.

Esta técnica de impresión es la que menor resolución y precisión tiene el resultado final, en comparación a los otros modelos. Por eso suele ser utilizado para prototipado rápido y barato de piezas.

Estereolitografía-SLA

La impresión por SLA utiliza un láser para endurecer la resina líquida y así convertirla en plástico solidificado, a este proceso se le llama fotopolimerización.

La estereolitografía trabaja a partir de un recipiente, al que se le añade una cantidad necesaria de resina para trabajar. Luego, de la parte superior baja una plataforma que es la cual sostendrá el objeto impreso, y a medida que este va subiendo, el láser de la máquina va endureciendo la resina hasta tener el objeto deseado.

El resultado obtenido a partir de este proceso, tiene la mayor resolución y precisión, logrando así detalles de calidad, y un acabado mucho más liso y pulcro. Además, es una técnica que se utiliza en diversas áreas de la industria.

Sinterizado Selectivo por láser-SLS

La impresión por SLS es la fabricación aditiva más común en áreas industriales. Este tipo de impresoras utilizan un láser de alta potencia para fundir y solidificar partículas de polímero. Este polvo en el proceso de impresión, sirve para mantener la pieza que se va construyendo en equilibrio, quitando así la necesidad de utilizar estructuras de soporte. Esto hace que la impresión por SLS sea ideal para crear piezas con una geometría compleja.

Las piezas producidas por este tipo de impresión son de gran calidad,y con una excelente resistencia, por lo que es perfecta para producir piezas con características mecánicas.

Tipos de materiales

Los tipos de materiales van variando según la impresora, por un lado, los modelos para FMD utilizan polímeros para imprimir, las SLA distintos tipo de resinas, y por último las SLS utilizan polvos.

Materiales para FMD

ABS (acrilonitrilo butadieno estireno)

PLA (ácido poliláctico)

PETG (tereftalato de polietileno glicolizado)

NAILON

TPU (Poliuretano termoplástico)

PVA (alcohol polivilínico)

HIPS (poliestireno de alto impacto)

Compuestos (fibra de carbono, kevlar, fibra de vidrio)

Materiales para SLA

Resinas estándar

Clear Resin

Draft Resin

Resinas Tough y Durable

Resinas Rigid

High Temp Resin

Resinas Flexible y Elastic

Resinas médicas y odontológicas

Resinas para joyería

Ceramic Resin

Materiales para SLS

Nylon 12 Powder

Nylon 11 Powder

TPU

Compuestos de nailon

Aplicaciones de las impresoras 3D

Fabricación e Ingeniería

En el sector de la fabricación e Ingeniería, varias áreas de las industrias han incorporado la impresión láser para la fabricación de piezas. Por ejemplo, en el área automotriz lleva ya décadas trabajando con la impresión 3D. Ya que optimiza el proceso de prototipado, aminorando el tiempo de diseño, y de entrega de estos coches. Por ejemplo, en una fabrica de Pankl Racing Systems, los ingenieros usan fijaciones a medida impresas en 3D para la fabricación de engranajes de motocicletas.

Otra área que se ve beneficiada con la impresión 3D es el sector aeroespacial, quienes han logrado realizar una disminución en el peso, tanto de sus piezas como la maquinaria en general..El hecho de que el volumen de los componentes sea menor, da como resultado, una pieza de menor peso.

En otras áreas de la escena más estética, como lo sería la moda, se ha utilizado la impresión 3d para, por ejemplo, realizar joyería se ha vuelto un proceso mucho más ágil y económico al realizar un modelado de las joyas en programas CAD, para luego imprimirlos en 3d. De esta forma, se vuelve un proceso más personalizado para el cliente.

Medicina

El primer acercamiento a la impresión 3D que se tuvo en esta área fue con la impresión de órganos humanos. Mediante esta bioimpresión, en 1999 se logró realizar un trasplante de vejiga a un joven de 10 años con problemas que traía desde el nacimiento, por lo que sus riñones dejaron de funcionar por complicaciones en su vejiga. En el área de la audiología, se ha logrado usar desde hace años la impresión 3D para la personalización de los auriculares de los pacientes, cosa que antes era demasiado compleja y costosa. Gracias a la impresión 3D se pueden producir grandes cantidades de un diseño complejo a un bajo coste y con menos tiempos de producción En odontología utilizan la impresión SLA para la fabricación de guías quirúrgicas, modelos dentales, moldes para alineadores transparentes, prótesis dentales o patrones fundibles para coronas y puentes de forma rápida, con mayor precisión y a un coste más bajo que los métodos tradicionales.

Si bien, aún no se ha implementado masivamente, en el área de las prótesis se tiene la esperanza que la impresión 3D habilite el paso para mejores costos, más accesibilidad, y la producción en masa de estas. Esta puede ofrecer una terapia mucho más adaptativa al paciente, y adaptarse así a sus propias necesidades individuales.

Construcción

En el área de la arquitectura, se puede sacar mucho provecho a la impresión 3D, ya que está basada en diseños geométricos, y la constante creación de modelos a escala y prototipos. Además, se trabaja constantemente con programas CAD, directamente relacionados a la impresión 3D. Además de ahorrar en los tiempos de trabajo, los arquitectos pueden tomar consideraciones al ver los modelos a escala con todas sus características representadas fielmente.

Ventajas de las impresoras 3D

Reducción de gastos y tiempos de producción

Con la impresión 3D, se reducen tanto los costos como los tiempos de producción. Además, se puede trabajar tanto en alta como en baja demanda, ya que no hay costos agregados como en otras producciones, que por ejemplo necesitan matrices para elaborar un producto. Para esta fabricación de piezas en fabricas convencionales, se suelen utilizar distintas maquinarias para tareas especificas a la hora de ensamblar o ir armando los objetos. Imprimiendo dichas piezas no solo acorta plazos, sino que también abarata costos, consiguiendo igualmente una gran calidad con las impresoras de nueva generación.

La impresión 3D junto con la implementación de los programas CAD pueden desarrollar los diseños e ir prototipando de manera ágil y conveniente. Una tarea que duraba semanas anteriormente, se acorta a tan solos unos días. Además, al no necesitar un ensamble, ya que el volumen se imprime de manera continua, no hay necesidad de unir las partes posteriormente en otro proceso que tomaría más tiempo.

Sustentabilidad

Al contrario de otros tipos de producción, para la impresión 3D se utiliza solo el material necesaria, no existe el material sobrante que generan otros tipos de procesos. Ya que en este se va agregando el material necesario, ni más ni menos, (fabricación aditiva), se va reduciendo la cantidad de residuos generados y se ahorra el tiempo que se utilizaría desechando el material restante. Por ejemplo, en en las distintas fases de la fabricación sustractiva, como lo seria una cortadora laser o una router, se genera una gran cantidad de residuos que luego, o son reciclados, o simplemente desechados.

Personalización

Gracias a la implementación de los programas CAD, se puede lograr una fácil personalización de las piezas que se necesiten sin la necesidad de agentes externos como matrices o moldes. Aspecto muy relevante para las areas que necesitan personalizar piezas en función de las necesidades del cliente, por ejemplo con las prótesis, que pueden llegar a ser personalizadas para adaptarse al cliente.