¿Qué es la impresión 3D? transformando ideas en realidad

Te contamos todo lo que tienes que quieres saber sobre la impresión 3D y nunca te atreviste a preguntar.

¿Qué es la impresión 3D?

Así como una impresora tradicional puede imprimir imágenes en dos dimensiones (letras, dibujos, fotos, etc.) en papel, acetato u otra superficie plana, las impresoras 3D son una tecnología que permite crear objetos con volumen utilizando distintos materiales. Los objetos creados mediante esta tecnología pueden tener una gran variedad de usos, desde recreativos hasta industriales. La tecnología básica de depósito de capas para crear un objeto tridimensional existe desde los años 80, y desde entonces ha habido grandes avances y una significativa reducción de costos, hasta el punto de que hoy en día una persona promedio en el primer mundo puede adquirir una.

¿Por qué tener una impresora 3D?

Los entusiastas las adquieren como un hobby, para explorar su potencial en términos de retos artísticos o para crear herramientas simples, adornos o regalos personalizados cargados de individualidad y significado. Algo que un objeto comprado en una tienda no puede igualar. También hay personas que las ven como una herramienta de trabajo o una fuente de ingresos adicionales, e incluso como un negocio en sí mismo. Los mercados para este tipo de productos incluyen juguetes para niños, miniaturas para adultos, adornos, memorabilia, detalles personalizados y publicidad.

Comparando la tecnología de producción tridimensional vs. tecnología tradicional se obtienen las siguientes ventajas:

• Personalización: Permite crear objetos personalizados con gran precisión.
• Eficiencia: Se evita el desperdicio de material, ya que solo se utiliza lo necesario.
• Prototipos rápidos: Es ideal para el desarrollo de prototipos rápidos y modelos preliminares.

La impresión 3D está revolucionando el mundo de la manufactura dentro de la Industria 4.0, y aquí te contamos por qué:

impresión 3D en la industria 4.0

Un nuevo paradigma en la fabricación: Tradicionalmente, la manufactura ha sido un proceso sustractivo: se comienza con un bloque de material y se va quitando lo que no se necesita. La fabricación aditiva, por otro lado, es aditiva: añade capas de material para construir un objeto desde cero. Esta tecnología rompe con los esquemas tradicionales, permitiendo crear formas complejas sin desperdicio de material. ¡Imagínate la cantidad de posibilidades creativas que esto abre!

Versatilidad en los materiales: Una de las grandes ventajas de la impresión 3D es que puede utilizar una variedad enorme de materiales, desde plásticos hasta metales como el titanio o el acero, e incluso materiales biológicos. Este amplio rango de opciones le permite entrar en sectores tan diversos como la industria aeroespacial o la biomedicina, donde ya se están desarrollando aplicaciones para imprimir órganos y tejidos humanos. ¡El futuro de la medicina podría estar a un clic de distancia!

Producción local y bajo demanda: La fabricación aditiva también permite descentralizar la producción. Esto significa que las empresas pueden fabricar productos localmente, reduciendo la necesidad de largas cadenas de suministro. Además, al poder producir bajo demanda, se reducen los tiempos y los costos de transporte, lo que es un gran alivio tanto para los fabricantes como para los consumidores.

Innovación más rápida: Gracias al prototipado rápido, las empresas pueden crear y probar diseños de productos de forma mucho más ágil. Esto acelera el ciclo de desarrollo y permite que las innovaciones lleguen al mercado más rápido que nunca.

La impresión 3D es una tecnología disruptiva dentro de la Industria 4.0 porque reinventa la manera de fabricar. No solo es más eficiente y personalizada, sino que también reduce el impacto ambiental, alineándose perfectamente con los principios de automatización y conectividad que definen esta nueva era industrial.

Tipos de impresoras 3D

Aunque la base de esta tecnología existe desde la década de los 80, hoy en día las tecnologías más utilizadas son:

• FDM (Modelado por Deposición Fundida): Utiliza filamentos termoplásticos, como ABS o PLA, que se calientan y extruyen capa por capa para formar un objeto tridimensional.
• SLS (Sinterizado Selectivo por Láser): Usa polvo como material base, que es calentado con un láser justo por debajo de su punto de fusión para formar un objeto sólido.
• SLA (Estereolitografía): Utiliza una resina líquida fotopolimerizable que se solidifica capa por capa mediante un láser UV.
• LOM (Manufactura de Objetos Laminados): Une capas sucesivas de materiales como papel, plástico o metal, que luego son cortadas con un láser para formar la figura deseada.
• SDL (Laminación por Depósito Selectivo): Utiliza hojas de papel que se adhieren con pegamento selectivo para crear objetos tridimensionales.

Aunque no todas las tecnologías están al alcance del consumidor común, las más asequibles son FDM y SLA.

Impresión 3D para todos

Las impresoras más accesibles para el público son las de filamento (FDM) y las de resina (SLA). En Amazon, las puedes encontrar con precios que van desde los 100 hasta los 3000 dólares, según el modelo y las características.

Los entusiastas de la impresión 3D suelen recomendar empezar con una impresora de filamento, ya que es más sencilla de usar y requiere menos espacio. La calidad de los acabados depende en gran medida del trabajo manual que se realice con herramientas como masilla, lija y lima. Aunque para obtener objetos de alto detalle a alta velocidad no es la mejor opción, es perfecta para iniciarse en esta tecnología.

Por otro lado, las impresoras de resina requieren de un espacio dedicado, con ventilación adecuada debido a los vapores peligrosos que liberan los químicos utilizados. Además, se necesitan equipos de seguridad como guantes, batas y máscaras con filtros. Sin embargo, ofrecen un nivel de detalle increíble, llegando a resoluciones de hasta 8K, aunque su manejo es más complejo.

Qué debe saber un principiante

Con una impresora 3D puedes crear un objeto prácticamente de la nada. La tecnología de filamento funciona utilizando un rollo de material plástico que se derrite capa por capa para formar el objeto deseado. Para los principiantes, lo más recomendable es comenzar con una impresora de filamento. El tipo de filamento más común es el PLA, un plástico versátil que no presenta grandes complicaciones y está disponible en varios colores.

La impresora de filamento y el material PLA son más accesibles y económicos que las impresoras de resina, además de que no requieren de químicos adicionales. El precio del filamento ronda entre 15 y 25 dólares estadounidenses por kilogramo. Para empezar, también necesitas contar con una computadora de gama media, el filamento y una tarjeta SD para transferir los archivos a la impresora.

Modelos de impresora 3D para iniciar

Existen diferentes modelos de impresoras 3D accesibles a través de plataformas como Amazon o Mercado Libre. Algunos modelos recomendados para principiantes incluyen la Ender 3 de Creality o la Kobra 2 Neo de Anycubic. Si ya tienes algo de experiencia y deseas aventurarte con impresoras de resina, la Photon Mono 2 de Anycubic también es una buena opción.

Es importante elegir un modelo que tenga buena documentación disponible para su ensamblaje y uso, por eso la Ender 3 es una excelente elección para principiantes. Además, la tecnología FFF (Fabricación con Filamento Fundido) con la que trabaja es de código abierto, lo que significa que muchas personas contribuyen al desarrollo y mejoramiento de esta tecnología.

Para obtener modelos de objetos a imprimir, puedes explorar sitios como Thingiverse, donde encontrarás modelos gratuitos y de pago. También puedes visitar Cults3D para obtener archivos de impresión en formato “.STL”.

Una vez que tengas el archivo STL, necesitarás un programa slicer para dividir el modelo en capas que la impresora pueda procesar. Uno de los programas más recomendados por la comunidad es Cura Ultimaker, que puedes descargar desde aquí. En Internet y YouTube encontrarás muchos tutoriales sobre cómo instalarlo y usarlo.

Dentro de Cura, puedes cargar tu archivo STL, especificar qué impresora y filamento estás utilizando, y hacer clic en el botón “slice” para segmentar el modelo en capas. El archivo procesado se transfiere a la impresora mediante una tarjeta SD.

Finalmente, antes de comenzar a imprimir, debes montar el filamento (que generalmente viene en un rollo de 1 kg) y calibrar la impresora. Ten paciencia, ya que dependiendo del tamaño y complejidad del objeto, el proceso de impresión puede tardar varias horas o incluso días.

Si quieres informarte más sobre cómo imprimir usando una impresora 3D, mira este tutorial de nuestro amigo EREXIT3D.

¿Qué objetos se pueden hacer?

Con una impresora 3D, una persona común puede crear un sinfín de objetos que combinan utilidad y creatividad, transformando ideas abstractas en piezas tangibles. En el hogar, por ejemplo, se pueden imprimir organizadores de escritorio que ayuden a poner orden en el caos diario o elegantes perchas y ganchos que añadan un toque personalizado a las paredes. También es posible fabricar soportes para teléfonos o tablets, esos pequeños detalles que hacen la vida más cómoda.

Pero la impresora 3D no se limita solo a lo práctico. Las posibilidades estéticas son infinitas: desde pequeñas figuras decorativas que embellecen cualquier espacio hasta portavelas y marcos de fotos, cada diseño es una oportunidad para imprimir un sello personal en la decoración.

Más allá de lo decorativo, la impresora 3D se convierte en una herramienta poderosa al permitir la creación de utensilios cotidianos. Desde llaveros personalizados hasta sujetadores de cables o piezas de repuesto que solucionan problemas domésticos, el poder de fabricar lo que se necesita, cuando se necesita, es verdaderamente revolucionario.

También hay un nicho interesante en los juegos de miniaturas y juegos de rol como Calabozos y Dragones, Trench Crusade o Warhammer, donde es posible imprimir vehículos y criaturas no oficiales, así como partes de escenarios o construcciones que permiten una experiencia más inmersiva y personalizada.

Un poco de historia

La década de 2010 fue testigo del auge de lo digital, y en 2012, la tecnología de manufactura por capas se volvió viral. Aunque muchos entusiastas tecnológicos deseaban tener una impresora 3D en sus hogares, los primeros diseños quedaron en el olvido debido a la falta de funcionalidad accesible. Sin embargo, esto no marcó el final de la tecnología.

Había grandes expectativas sobre el potencial de las impresoras 3D: se pensaba que podrían crear juguetes o incluso reemplazar piezas en el hogar. Aunque inicialmente no llegaron a los hogares de manera masiva, la revolución ocurrió en el mundo empresarial. Antes del plástico, la fabricación utilizaba materiales como madera, arcilla o metal, que aunque útiles, presentaban limitaciones en cuanto a resistencia, costos y flexibilidad. El plástico cambió esta realidad al permitir la producción masiva y a un bajo costo, aunque trae consigo el problema de la contaminación.

Los inicios de la impresión 3D

Tradicionalmente, los objetos de plástico se fabricaban utilizando moldes de inyección metálicos, los cuales son pesados, costosos y solo pueden producir una forma específica. Las primeras máquinas que se asemejaban a las impresoras 3D aparecieron en los años 80, pero eran patentadas, complejas y extremadamente costosas, con precios que oscilaban entre los 50 mil y 300 mil dólares, lo que restringía su acceso.

El sueño de muchos era tener una impresora que pudiera replicarse a sí misma, es decir, una máquina autorreplicante. Para alcanzar ese sueño, se desarrollaron tecnologías como la modelación por deposición fundida (FDM), introducida por la empresa Stratasys en los años 90. Esta tecnología consiste en una punta que deposita plástico caliente capa por capa hasta crear el objeto deseado.

A finales de los 2000, el proyecto RepRap impulsó la idea de impresoras 3D accesibles, basadas en una filosofía de código abierto, permitiendo que los diseños evolucionaran y se compartieran libremente. La patente de FDM caducó en 2009, lo que provocó un boom en la venta de kits de impresoras 3D, como la Prusa y la RepRap Barcelona.

¿Para qué sirve la impresión 3D?

La impresión 3D es útil en una gran variedad de campos, desde la ingeniería hasta la repostería. Su versatilidad permite que esta tecnología sea utilizada tanto para entretenimiento como para aplicaciones más técnicas y complejas. Algunos de los campos donde ha encontrado gran utilidad incluyen:

Industrias futuristas donde aplica la impresión 3D

• Aeroespacial: Permite crear piezas ligeras y de formas complejas, reduciendo la necesidad de materiales y energía, lo que a su vez genera ahorros en costos y eficiencia en el consumo de combustible. También se utiliza para fabricar componentes de aeronaves difíciles de producir mediante métodos tradicionales.
• Alimentaria: La impresión 3D también está explorando nuevas formas de producir alimentos con texturas y formas específicas que no serían posibles mediante métodos de cocción convencionales.
• Medicina: La manufactura por capas permite fabricar implantes y dispositivos médicos personalizados basados en modelos obtenidos mediante tomografías computarizadas. Esto es especialmente útil en la creación de prótesis adaptadas a las necesidades específicas de los pacientes.
• Electrónica y dispositivos flexibles: Se utiliza para crear dispositivos electrónicos flexibles y piezas para ensamblajes, permitiendo diseños más innovadores y funcionales en menos tiempo.
• Construcción: Aunque todavía en desarrollo, la impresión tridimensional se está utilizando en la construcción para imprimir componentes estructurales como columnas y vigas. Sin embargo, aún enfrenta desafíos relacionados con la resistencia de los materiales impresos y la precisión en las dimensiones.

Industrias contemporáneas donde aplica la impresión 3D

• Arquitectura: Los arquitectos están utilizando la impresión tridimensional para crear maquetas y modelos a escala de sus proyectos, lo que les permite presentar ideas de manera más tangible y precisa.
• Construcción: Aunque todavía en desarrollo, la impresión tridimensional se está utilizando en la construcción para imprimir componentes estructurales como columnas y vigas. Sin embargo, aún enfrenta desafíos relacionados con la resistencia de los materiales impresos y la precisión en las dimensiones
• Automotriz: La Manufactura por capas ha revolucionado la fabricación de vehículos, permitiendo la creación de estructuras complejas y ligeras en menos tiempo. Ejemplos notables incluyen el primer vehículo eléctrico impreso en 3D y autobuses como el “OLLI”, impulsando la innovación en la industria automotriz.
• Moda y joyería: Ha encontrado aplicaciones en la moda, especialmente en la creación de piezas de joyería complejas y personalizadas, así como en el diseño de accesorios únicos.
• Entretenimiento: En el mundo del cine, la televisión y los videojuegos, la impresión 3D facilita la creación de modelos, escenografías y accesorios detallados a bajo costo y de manera rápida.

Promesas para el futuro

La impresión 3D es considerada disruptiva porque tiene el potencial de transformar las cadenas de valor existentes, permitiendo una economía circular a través de la producción local utilizando materiales reciclados, como los plásticos. Esta tecnología altera los modelos tradicionales de producción al reducir la necesidad de grandes fábricas centralizadas y al favorecer la producción localizada y personalizada, lo que a su vez disminuye costos de transporte, emisiones de carbono y residuos.

Economía circular: La impresión tridimensional puede habilitar la producción de bienes a partir de desechos plásticos reciclados, lo que reduce la dependencia de materias primas vírgenes y promueve la reutilización de materiales.

Producción localizada: Permite manufacturar productos directamente en los lugares donde se necesitan, lo que disminuye la necesidad de transportar mercancías a largas distancias, reduciendo la huella de carbono y mejorando la eficiencia en la cadena de suministro.

Flexibilidad en la producción: La impresión 3D reduce las barreras de entrada al mercado, permitiendo que pequeñas empresas puedan fabricar productos personalizados y adaptados a las demandas locales sin necesidad de inversiones en infraestructura masiva.

Créditos

Autor: Esp. Ingeniero Químico. Miguel Leonardo Zuluaga Botero

Editor: Mg. Ing. Carlos Iván Pinzón Romero

Código: UAMGO

Universidad: Fundación Universidad de América

Fuentes

Bongomin, O., Ocen, G. G., Nganyi, E. O., Musinguzi, A., & Omara, T. (2020). Exponential disruptive technologies and the required skills of industry 4.0. Journal of Engineering, 2020, Article ID 4280156. https://doi.org/10.1155/2020/4280156

Garmulewicz, A., Holweg, M., Veldhuis, H., & Yang, A. (2018). Disruptive technology as an enabler of the circular economy: What potential does 3D printing hold? California Management Review, 60(3), 112–132. https://doi.org/10.1177/0008125617752695

Jadhav, A., & Jadhav, V. S. (2022). A review on 3D printing: An additive manufacturing technology. Materials Today: Proceedings, 62, 2094–2099. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.02.558

Praveena, B. A., Lokesh, N., Buradi, A., & Santhosh, N. (2021). A comprehensive review of emerging additive manufacturing (3D printing technology): Methods, materials, applications, challenges, trends and future potential. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.11.059

Sistemas Catalunya. (n.d.). Impresora 3D [Imagen]. Sistemas Catalunya. https://www.sistemas-catalunya.com/impresoras-3d-tendencias/

Sistemas Catalunya. (n.d.). Tipos de impresora 3D y cómo funcionan. Sistemas Digitales. https://www.sistemas-catalunya.com/tipos-impresora-3d/

Electrónica Online. (n.d.). Impresión 3D [Imagen]. Electrónica Online. https://electronicaonline.net/definicion/impresion-3d/

Triwee. (n.d.). Cómo calibrar una impresora 3D [Imagen]. Triwee. https://join.triwee.shop/blog/impresion-y-diseno-3d/como-calibrar-una-impresora-3d/

Facialix. (n.d.). Aprende a diseñar e imprimir en 3D [Imagen]. Facialix. https://blog.facialix.com/aprende-a-disenar-e-imprimir-en-3d-con-este-curso-online-gratuito-de-la-universidad-de-alaska/

3D Poder. (n.d.). Problemas más comunes en la impresión 3D [Imagen]. 3D Poder. https://3dpoder.es/problemas-mas-comunes-en-la-impresion-3d/

Podiprint. (n.d.). La impresión 3D bajo demanda [Imagen]. Podiprint. https://www.podiprint.com/impresion-bajo-demanda/la-impresion-3d-bajo-demanda/

Age of Miniatures. (n.d.). Best 3D printer for terrain [Imagen]. Age of Miniatures. https://ageofminiatures.com/best-3d-printer-for-terrain/

EREXIT3D. (2022, diciembre 10). Tutorial Impresión 3D: lo que un principiante debe saber [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=81lBo0dFUnU

NightCafe Creator. (2024). [Imagen generada con IA]. NightCafe Creator. https://creator.nightcafe.studio/