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¿Qué es la Impresión en 3D?

19 de febrero de 2015 Deja un comentario Go to comments

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¿Qué es la Impresión 3D?
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La impresión en 3D o fabricación aditiva es un proceso por el que los objetos sólidos tridimensionales provienen de un archivo digital. La creación de un objeto impreso en 3D se logra mediante procesos aditivos. En un proceso aditivo se crea un objeto por que se establecen las sucesivas capas de material hasta que todo el objeto es creado. Cada una de estas capas puede ser vista como una cortada en rodajas horizontales y transversales del eventual objeto.

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¿Cómo trabaja la Impresión 3D?

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Todo comienza con un diseño virtual del objeto que se desea crear. Este diseño virtual en un sistema CAD (Computer Aided Design) crea un archivo usando un programa de modelos 3D (para la creación de un nuevo objeto) en las eficacias con el uso de un escáner 3D (para copiar un objeto existente). Este escáner hace una copia digital 3D de un objeto y lo coloca en un programa de modelado 3D.

A fin de preparar el archivo digital creado en un programa de modelado en 3D para la impresión, el software divide el modelo final en cientos o miles de capas horizontales. Cuando esté preparado el archivo se carga en la impresora 3D, la impresora crea el objeto capa por capa. La impresora 3D lee todos los sectores (o imagenes 2D) y se procede a crear el objeto a través de mezcla de cada capa junto con un signo de las capas visibles, lo que da lugar a un objeto tridimensional.

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Métodos y Tecnologías de Impresión 3D

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No todas las impresoras 3D utilizan la misma tecnología para realizar sus objetos. Hay varias formas de hacerlo y todas las que están disponibles desde 2012 fueron aditivas, que difieren principalmente en la forma que las capas son construidas para crear el objetivo final. Algunos métodos utilizan fusión o ablandamiento de material para producir las capas. La sinterización selectiva láser (SLS) y el modelado por deposición fundida (FDM) son las más comunes de las las tecnologías que utilizan este tipo de impresión. Otro método de impresión es el de los materiales líquidos que se alimentan con tecnologías diferentes. La tecnología más común es utilizar el método llamado estereolitografía (SLA).

Sinterización selectiva por láser (SLS)

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Esta tecnología utiliza un láser de alta potencia para el fusible de pequeñas partículas de plástico, metal, cerámica o de polvos de vidrio en una masa que ha deseado para la forma tridimensional. El láser selectivo dispone de material en polvo mediante la exploración de los sectores (o capas) generados por el programa de modelos 3D en la superficie del polvo. Después de cada sección transversal es capturado, el polvo cama baja con un espesor de la capa. A continuación, una nueva capa de material se aplica en la parte superior y se repite el proceso hasta que el objeto se ha completado.

Todo polvo virgen permanece tal como es y se convierte en una estructura de soporte para el objeto. Por lo tanto no hay necesidad para cualquier estructura de soporte que es una ventaja sobre SLS y SLA. Todo el polvo no utilizado se puede utilizar para la siguiente impresión. SLS fue desarrollado y patentado por el Dr. Carl Deckard en la Universidad de Texas a mediados de los 80, bajo el patrocinio de la DARPA.

Modelado por deposición fundida (FDM)

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La tecnología FDM funciona utilizando un filamento de plástico o alambre de metal que se desenrolla a partir de un material en la bobina y los suministros a una boquilla de extrusión que puede convertir el flujo de encendido y apagado. La boquilla se calienta para fundir el material y se puede mover en ambas direcciones horizontal y vertical mediante un mecanismo de control numérico, controlada directamente por una fabricación asistida por ordenador (CAM) del paquete de software. El objeto se produce mediante la extrusión de material fundido para formar capas, el material se endurece inmediatamente después de la extrusión desde la boquilla.

FDM fue inventado por Scott Crump a finales de los 80. Después de patentar esta tecnología comenzó la compañía Stratasys en 1988. El software que viene con esta tecnología genera automáticamente las estructuras de apoyo si es necesario. La máquina suministra dos materiales, uno para el modelo de una forma y una estructura de soporte desechable.

El término modelado por deposición fundida y su abreviatura para FDM son propiedad de Stratasys Inc. El término exactamente equivalente, fusionado para la fabricación de filamentos (FFF), fue acuñado por los miembros del proyecto RepRap para dar una frase que sería jurídicamente sin restricciones en su uso.

Estereolitografía  (SLA)

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La tecnología principal en el que la fotopolimerización se utiliza para producir una parte sólida de un líquido es SLA. Esta tecnología emplea una cuba de resina curable por radiación ultravioleta de fotopolímero líquido y un láser ultravioleta para construir las capas del objeto de una en una. Para cada capa, el rayo láser traza una sección transversal en la parte patrón en la superficie de la resina líquida. La exposición a los ultravioletas cura el luz láser y solidifica el patrón trazado en la resina y se une a la capa de abajo.

Después de que el patrón se ha trazado, el de nivel de servicio (SLA), la plataforma elevadora desciende por una distancia igual al espesor de una sola capa, normalmente 0,05 mm a 0,15 mm (0,002 pulgadas a 0,006 pulgadas).  A continuación, una resina barre la hoja de sección transversal de la pieza, el re-revestimiento con material fresco. En esta nueva superficie líquida, el siguiente esquema de capa se traza, uniéndose a la capa anterior. El objeto tridimensional completo está formado por este proyecto. La Estereolitografía requiere el uso de estructuras de apoyo que sirven para fijar la parte de la plataforma elevadora.

Esta técnica fue inventada en 1986 por Charles Hull, que también en el momento fundó la empresa, 3D Systems.

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Aplicaciones

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Las aplicaciones incluyen la visualización de diseños, prototipos / CAD, fundición de metales, la arquitectura, la educación, geoespacial, salud y entretenimiento / minorista.

Otras aplicaciones incluirían la reconstrucción de fósiles en la paleontología, la replicación de objetos antiguos y de incalculable valor en la arqueología, la reconstrucción de los huesos y partes del cuerpo en patología forense y la reconstrucción de la evidencia fuertemente dañada adquirida de las investigaciones de la escena del crimen.

En 2007 se propuso el uso de la tecnología de impresión 3D para la expresión artística. Los artistas han estado utilizando las impresoras 3D de varias maneras.

A partir de 2010 la tecnología de impresión en 3D estaba siendo estudiada por las empresas de biotecnología y de los medios académicos para su posible uso en la ingeniería de tejidos para las aplicaciones en las que los órganos y partes del cuerpo están construidos, utilizando técnicas de inyección de tinta. Las capas de células vivas son depositadas en un gel medio construido y lentamente hasta formar tres estructuras tridimensionales. Algunos términos han sido utilizados para referirse a este campo de la investigación como: impresión de órgano, bio-impresión y ayuda-computerizada para la ingeniería de tejidos.

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Impresión Industrial

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En el último par de años, el término impresión en 3D se ha vuelto más conocido y la tecnología ha llegado a un público más amplio. Todavía la mayoría de la gente ni siquiera ha oído hablar del término, mientras que la tecnología ha estado en uso durante décadas. Especialmente los fabricantes han utilizado por largo tiempo estas impresoras en su proceso de diseño para crear prototipos de fabricación tradicional y para propósitos de investigación. Con las impresoras 3D para estos fines se llama prototipado rápido.

¿Por qué utilizar las impresoras 3D en este proceso? quizás se pregunte. Ahora, las impresoras 3D se pueden tener por unas decenas de miles de dólares y salvan a las empresas muchas veces con esa cantidad de dinero en el desarrollo de prototipos. Por ejemplo, Nike utiliza las impresoras 3D para crear prototipos de color de los zapatos. Se usaban para gastar miles de dólares en un prototipo y esperar semanas para ello. Ahora, el costo es solamente de cientos de dólares, y se pueden hacer los cambios al instante en el ordenador y el prototipo será reimpreso en el mismo día.

Además el rototipado rápido, la impresión en 3D también se utiliza para el rapid manufacturing. Rapid manufacturing es un nuevo método de fabricación donde las empresas están utilizando las impresoras 3D de corto plazo para la fabricación personalizada. Conesta forma de fabricación de objetos impresos que no son prototipos pero en realidad el producto es para usuarios finales. Aquí puede esperar más disponibilidad de personal en los productos personalizados.

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Impresión Personal

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La impresión 3D Personal o de la impresión 3D doméstica es principalmente para aficionados y entusiastas y realmente comenzó a crecer en 2011. Debido al rápido desarrollo de este nuevo mercado las impresoras son cada vez más baratas, con los precios por lo general, en el rango de 250 a 2.500 $ . Esto pone a las impresoras La impresión 3D Personal o de la impresión 3D doméstica es principalmente para aficionados y entusiastas y realmente comenzó a crecer en 2011. Debido al rápido desarrollo de este nuevo mercado las impresoras son cada vez más barato, con los precios por lo general, en el rango de $250 a $2.500 . Esto pone las impresoras 3D en manos de más y más. en manos de más y más personas.

El proyecto de código de fuente abierta RepRap realmente encendió este mercado de aficionados. Por más de mil dólares ha habido personas que han podido comprar el kit RepRap y poner en común sus propias impresoras 3D, que se completa con todas las personalizaciones que eran capaces de hacer. Lo que realmente a dado velocidad al desarrollo es el open source. Todas las personas que trabajan en RepRap comparten sus conocimientos para que otras personas puedan usar y mejorar.

El rápido desarrollo de código fuente abierto para las impresoras 3D está ganando interés tanto en los países desarrollados así como en el mundo en desarrollo y permite tanto hiper-personalización y el uso de los diseños en el dominio público para fabricar tecnología apropiada open source a través de conductos como Thingiverse y Cubify. Esta tecnología también puede ayudar en el desarrollo sostenible, como este tipo de tecnologías son fáciles y económicamente de recursos fácilmente disponibles por parte de las comunidades locales, para satisfacer sus necesidades.

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Servicios de Impresión 3D

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No todo el mundo puede estar dispuesto a comprar su propia impresora 3D. ¿Significa esto que no puede disfrutar de las posibilidades de impresión en 3D? No, no hay por qué preocuparse. Hay servicios de impresión 3D como  Shapeways y Ponoko que a muy bajo costo puede imprimir y entregarle un objeto desde un archivo digital, que sólo tiene que subir a su sitio web para un fácil de usar. Puede incluso vender sus diseños en 3D en su página web y hacer un poco de dinero.

Si no diseña sus propios modelos 3D, todavía se pueden imprimir algunos objetos muy agradables. Hay repositorios como Thingiverse, y 3D Warehouse con base de datos de piezas que tienen archivos de modelo 3D y se puede descargar de forma gratuita.

También existen empresas que ofrecen sus servicios business-to-business. Cuando, por ejemplo, tiene una práctica de arquitectura y se necesitan para crear escalas del modelo, que se necesita mucho tiempo de esta manera por la vieja manera. Hay servicios en los que puede enviar el modelo digital y su impresión del edificio en escala para que las pueda usar en presentaciones a los clientes. Este tipo de servicios ya se encuentran en un montón de diferentes industrias como la dental, médica, entretenimiento y arte.

Para obtener una lista completa de servicios de impresión en 3D ir a nuestro artículo de servicios de impresión en 3D.

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Historia

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En la historia de la industria manufacturera, los métodos sustractivos a menudo han venido primero. La producción de mecanizado (generando formas exactas con alta precisión) es en general una mezcla sustractiva, a partir de la fecha de presentación mediante el fresado y torneado y rectificado.

La fabricación aditiva en las primeras aplicaciones han sido en el extremo que lleva aparejada la fabricación de espectro. Por ejemplo, la creación rápida de prototipos fue uno de los primeros modelos aditivos y su misión era la de reducir el tiempo de entrega y el costo de desarrollo de prototipos de nuevas piezas y artefactos, que anteriormente sólo se realizaban con métodos sustractivos y lleva aparejada (normalmente una producción lenta y costosa). Sin embargo, con el paso de los años y como la tecnología avanza continuamente, los métodos aditivos se alejan cada vez más en la producción final de la fabricación. Las piezas que antes eran del dominio exclusivo de métodos sustractivos ahora puede ser en algunos casos más rentable mediante aditivos.

Sin embargo, la integración real de las tecnologías de aditivos nuevos en la producción comercial es esencialmente una cuestión de complementar los métodos de sustracción en lugar de desplazar por completo. Las predicciones para el futuro de la fabricación comercial, a partir del período del principio ha comenzado ya- para hoy, son que las empresas manufactureras tendrán que ser flexibles, cada vez con mejores usuarios de todas las tecnologías disponibles con el fin de seguir siendo competitivos.

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Futuro

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Se prevé por algunos defensores de la fabricación aditiva que este desarrollo tecnológico cambiará la naturaleza del comercio, ya que los usuarios finales podrán hacer gran parte de su propia fabricación en lugar de participar en el comercio para comprar productos de otras personas y las empresas.

Existen impresoras 3D capaces de dar salida en materiales de color y múltiples opciones y seguirán mejorando a un punto en productos funcionales que podrán emitirse. Con efectos en el uso de energía, la reducción de residuos, la personalización, la disponibilidad del producto, la medicina, el arte, la construcción y las ciencias, la impresión 3D va a cambiar el mundo de la fabricación tal como la conocemos.

Si está interesado en más predicciones y especulaciones futuras sobre el futuro de la impresión en 3D, ir a visitar The Future Of Open Fabrication.

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