Formacion, empleo: Una revolución de impresión: Impresoras 3d (1) |
| Nuestra civilización se mueve al ritmo de las revoluciones tecnológicas. Desde el descubrimiento del método para controlar el fuego o la rueda hasta nuestros días, cada salto tecnológico ha originado cambios profundos en la sociedad humana y en sus modos de vida.
Grandes revoluciones originaron grandes cambios, pero estos días estamos conociendo un hecho sorprendente, un pequeño cambio tecnológico está provocando una gran revolución.
Las revoluciones mueven a las sociedades
Lo más asombroso de esta transformación, es comprobar la aceleración con la que evolucionan las revoluciones tecnológicas que se han sucedido desde que el género Homo está sobre la Tierra.
Desde la aparición de los primeros homínidos hasta el uso de las primeras herramientas de piedra pasaron casi un millón de años, y durante miles de siglos la tecnología estuvo basada en el uso de la piedra.
Centenares de miles de años más transcurrirían para que el género Homo aprendiera dominar el fuego, tan solo hace unos 11.000 años desde que el hombre desarrolla la agricultura y la ganadería y funda las primeras ciudades.
Aún deberían transcurrir 4000 años más para entrar en la era de los metales y otros 3000 años para descubrir la rueda.
Casi mil años después, el uso de la primera escritura dio comienzo a la Historia, se utilizó el ladrillo, se descubrió el arco y la bóveda y en un periodo de tiempo semejante se empezó a utilizar los acueductos, las calzadas y el hormigón romano.
En pocas centurias el Renacimiento nos trae la invención del telescopio, el microscopio, el termómmetro, los descubrimientos del sistema solar, el método científico, la imprenta, la circulación de la sangre impulsada por el corazón y ya en el siglo XVII, la ley de la gravitación universal, de Newton y el nacimiento de la Química.
La ilustración del siglo XVIII aportó la revolución quimica con Lavoisier, el pararayos, la pila de eléctrica de Volta, el globo aerostático o la rueca.
Las cosas van cada vez más deprisa: en el siglo XIX con el desarrollo de la máquina de vapor, el tren y el barco de vapor, el motor de explosión, el coche, el submarino, la teoría de la evolución el control de la energía eléctrica, la máquina de escribir, el teléfono, el telégrafo, el cine, el electrón, el dirigible, el ascensor, el motor de corriente alterna de Tesla, la fotografía y las vacunas.
Por fin, en el siglo XX, en solo intervalos de décadas, se suceden los rayos X, el avión, el descubrimiento la estructura del átomo, la electrónica, el helicóptero, la radio, la televisión, la penicilina, la televisión, el circuito integrado, el microprocesador, el descubrimiento de la molécula del ADN, el computador, los trasplantes, el rayo Laser, los viajes espaciales, los satélites artificiales, el transistor, la llegada a la Luna, Internet, el teléfono móvil, la World Wide Web, la nanotecnología, la primera clonación de un mamífero, los superconductores y tantos otros.
Y esta aceleración, como la de la expansión del universo, parece ir en aumento sin nada que la pueda frenar.
En la primera fracción del siglo XXI que estamos viviendo: la decodificación del genoma humano, la llegada a Marte, la salida del hombre del sistema solar, el descubrimiento del Grafeno, la reprogramación de células madre, la puesta en marcha del LHC, el descubrimiento del Boson de Higgs, el aterrizaje en un cometa a 500 millones de kilómetros, el cultivo de los primeros órganos humanos, el descubrimiento de miles de exo-planetas. Todos estos descubrimientos se han ido desvelando con una separación de años o de solo meses.
Una sorpresa en la revolución
Entre este bosque de avances tecnológicos que está cambiando profundamente nuestras costumbres y modos de vida, además de multiplicar por dos nuestra esperanza de vida en menos de 100 años, aparece un humilde desarrollo tecnológico que solo parecía destinado a reducir los gastos de los procesos informáticos y que, de pronto, inicia una autentica y desenfrenada revolución: las impresoras de inyección de tinta.
Esta impresoras nacieron (Thinkjet de HP) en 1984 como una mejora de las ruidosas impresoras matriciales como periféricos capaces de eliminar el desagradable ruido de las impresoras de impacto y que además eran capaces de imprimir nuestras fotografías en color a un precio asequible, simplemente por el sencillo método de escupir finísimas gotas de tinta sobre el papel.
Y lo cierto es que no tenían un futuro muy seguro, otra tecnología de impresión, la impresora laser, amenazaba con sacarla del mercado porque podía conseguir copias de más calidad por menos precio.
Nace la impresión 3d
Pero una sencilla modificación de estas máquinas de inyeccion de tinta para hacerlas escupir diferentes materiales en capas planas superpuestas, permitia construir en el espacio cualquier tipo de forma generada en la memoria del computador, fuera real o no, es decir, estas modestas impresoras pasaron a imprimir formas en el espacio, había nacido la impresora 3d.
Y aquí se produjo el gran salto, ya solo quedaban limitadas por la imaginación y la creatividad del usuario la infinidad de nuevas e impensadas aplicaciones que podría tener este, hasta entonces, humilde periférico.
Las sorpresas de la impresión 3d
Puede parecer asombroso, pero este avance tecnológico, potenciado por la mejora de la informática de imágenes, los avances en nanotecnología, de la biología y de nuevos materiales va a dar un vuelco increíble e impensado a nuestra forma de vida, desde la fabricación de utensilios o dispositivos hasta el cultivo de órganos humanos o la exploración espacial y todo en muy pocos años.
Aunque aparece la primera impresora 3d en el año 1995, como un dispositivo curioso, desarrollado por dos estudiantes del MIT, se comienzan a implementar nuevas aplicaciones con ímpetu, en el 2012 y desde entonces hasta el fin del 2014 el número de aplicaciones de estas impresoras ha crecido de forma asombrosa y fascinante.
Algunos de estos estudios están aún en fase de prototipo, las impresoras 3d aún son lentas (pueden crear un prototipo típicamente en horas) y además todavía son caras (según la aplicación) pero como sabemos, la solución de todo esto es solo cuestión de tiempo.
El funcionamiento de la impresora 3D
El modo de funcionamiento de una impresora 3d es muy simple:
La impresora dispone de un cabezal móvil con tres movimientos según los ejes x, y o z controlados por el computador por lo que dicho cabezal puede situarse en cualquier punto del espacio (dentro de la zona de alcance de la maquina).
El dispositivo posee una boquilla que proyecta plástico liquido u otro tipo de material, o bien dispara un rayo laser cuando se lo indica el computador.
El computador secciona el objeto generado en su memoria en capas horizontales obteniendo líneas cuya información envía al cabezal de la impresora el cual literalmente, dibuja esta línea con el material proyectado.
Estas capas levantadas unas sobre otras construyen en un sólido el objeto virtual que fue diseñado en la memoria del computador.
La calidad del objeto vendrá dada por la separación entre capas, las dimensiones del chorro de material de depósito y la separación de dos puntos consecutivos que definen un segmento trazado por el cabezal.
Actualmente es normal una definición de 0,1 mm (la distancia entre capas) cuanto menor sea este valor, mayor será la calidad del producto terminado y mayor tiempo necesitará la impresora para construir un modelo 3d.
Hay dos tipos diferentes de impresoras 3D, las domesticas y las industriales.
Las domesticas tienen un precio que oscila entre 500 y 2500 euros y utilizan plásticos para la impresión.
Las industriales cuestan entre 20.000 hasta un millón de euros (alrededor de 400.000 euros vale una impresora de metal básica) y pueden imprimir en materiales muy variados: acero, oro, plata platino, titanio, cerámicas, textiles, hormigón, yeso o azúcar.
Lo que viene después
Este sistema de impresión abre la puerta a un sin fin de mundos nuevos, el usuario puede fabricar sus propios objetos y acabará así con una época de fabricación estándar en grandes series.
Los diseñadores pueden construir y tocar sus prototipos a bajo costo, los astronautas pueden imprimir piezas de recambio averiadas recibiendo los modelos desde la Tierra a millones de kilómetros de distancia en muy poco tiempo.
Esto no solo permite disponer de piezas que no podrían estar disponibles de oro modo en la estación espacial, en la Luna o Marte (de las que puede depender la vida de los colonos espaciales) es que además reduce drásticamente la necesidad de transportar al espacio cantidades enormes de repuestos con el ahorro de dinero y tiempo que esto supone.
Y sin salir de la Tierra podemos imaginar como en una aislada selva o desierto se puede fabricar un utensilio vital para resolver un problema, en muy poco tiempo tras una comunicación a través de Internet.
Como en todo avance, también se pueden ver los aspectos negativos, ya se han fabricado armas, funcionales aunque primitivas, usando una impresora 3d y la información precisa recogida de Internet. No es difícil imaginar que ciertas organizaciones traficarán en Internet con modelos completos de armas sofisticadas que serán fabricadas in situ.
Nuevos aspectos de nuevos productos
Pero aparecen nuevos e interesantes aspectos en impresión 3d, hasta ahora los elementos constructivos de piezas de máquinas o paredes de edificios, debían estar definidas por formas geométricas muy simples: paralelepípedos, cilindros, conos o esferas.
Las formas complejas eran imposibles o muy caras de fabricar, esto ha cambiado radicalmente, con la impresión 3d cuesta lo mismo la construcción de cualquier tipo de forma geométrica.
Esto no solo abre la puerta a la realización de paredes alabeadas imposibles en los proyectos de los arquitectos sino que hace posible nuevas formas de piezas de máquinas antes inviables, económica y técnicamente.
Otra nueva característica muy interesante es la posibilidad de utilizar varios materiales, con diferentes propiedades físicas, en la construcción de la misma pieza, algo impensable por los métodos de fabricación clásicos.
O incluso la posibilidad de la construcción de piezas de máquina híbridas, es decir conformadas con una parte mecánica y una parte inteligente formada por un circuito electrónico que puede ser impres en la superficie o en el interior de cualquiera de las capas que forman la pieza.
La verdadera revolución de la impresión 3d es la personalización del producto, el usuario dejará de adaptarse a productos fabricados en serie y llegará la adaptación de un producto único a un usuario único.
Nike ya fabrica suelas de sus deportivos para los atletas de élite escaneando sus pies e imprimiendo en 3d las suelas para ese deportista.
Pronto, el consumidor podrá comprar bien productos fabricados en serie o un producto personalizado a algo más de precio impreso en 3d.
En medicina esto es vital por lo que la impresión 3D será definitiva para la fabricación de prótesis, huesos o aparatos dentales.
Aplicaciones de las impresoras 3d
Vamos ver una panorámica de las actuales aplicaciones de las impresoras 3d y de sus posibilidades de cara al futuro.
Impresoras 3d para prototipos de diseño.
Esta es la primera aplicación y al alcance prácticamente de cualquiera.
Usando una aplicación de diseño 3d como Sketchup (la popular aplicación de modelado 3d) el diseñador puede construir cualquier objeto que su imaginación sea capaz de crear, luego mediante un pequeño plugin la aplicación puede exportar el fichero que la impresora 3d necesita para construir el objeto capa a capa.
En las empresas, las impresoras 3d suponen un gran avance en el departamento de i+d.
La creación de un prototipo industrial que antes podía costar cientos o miles de euros se reduce drásticamente mediante una impresora 3d, que pueden conseguir por menos de 1.500 euros y que permite crear prototipos por un coste de 2 o 3 euros por pieza y en un tiempo de la décima o centésima parte que antes.
Impresoras 3d para prototipos de edificios.
De igual manera, mediante una aplicación de diseño 3d como Sketchup el arquitecto o decorador puede construir el modelo del edificio o del mueble que ha imaginado y la aplicación exportará el fichero que la impresora 3d convertirá en una maqueta física.
La creación de maquetas mediante la impresión 3d permite reducir en meses el plazo de fabricación y entrega de maquetas de edificios y por tanto, su precio además permite realizar versiones, modificaciones o correcciones en poco tiempo.
Impresoras 3d para reparación de piezas de máquinas.
Esta es otra de las primeras y más naturales aplicaciones de las impresoras 3d.
La idea es que si un electrodoméstico se avería en casa, podemos bajar de la web del fabricante el modelo de la pieza que fabricaremos en la impresora 3d y sustituiremos en momentos.
De hecho ya hay una empresa que se ha propuesto fabricar un automóvil completo usando solo una impresora 3d.
Impresoras 3d para fabricación de piezas de aviones.
Tanto Airbus como Boeing fabrican un buen número de piezas de sus aviones mediante impresoras laser 3d revolucionando la aeronáutica con un proceso de producción mucho más barato que la fabricación tradicional.
Centenares de piezas del Airbus A350 se fabrican con un ahorro de un 70% tiempo y un 80% más baratas.
Piezas que antes se construían soldando hasta 10 tubos se realizan ahora de una vez mediante una impresora 3d con un ahorro en tiempo en costo y de peso extraordinarios.
Este ahorro de peso es un efecto secundario de la impresión 3d que es definitivo en la eficiencia de los aviones por la reducción del gasto de combustible y el aumento de velocidad que supone.
BAE Systems ha probado un caza Tornado con varias piezas (una cubierta de protección para la radio y otras del tren de aterrizaje) impresos en 3D .
La idea es abaratar el mantenimiento de los aviones fabricando in situ las piezas necesarias para la reposición.
Rolls-Royce también usará la impresión 3D para fabricar ciertas piezas de sus motores de avión, y la NASA ya ha lanzado al espacio cohetes con piezas de sus motores impresas en 3D.
Impresoras 3d en la estación espacial internacional.
En una de las últimas cargas enviadas por la ATV a la estación espacial Internacional llegó una impresora 3d con la finalidad de probar la fabricación de repuestos en el espacio.
Para entender la importancia que puede tener una impresora 3d en los viajes espaciales basta recordar la odisea del Apolo XIII cuando una avería dejó sin oxigeno al módulo de mando y los astronautas tuvieron que refugiarse en el modulo lunar con solo unas pocas horas de oxigeno disponible.
Los astronautas no pudieron usar los depósitos de repuesto porque los conectores de los conductos no podían encajar: uno era circular y el otro cuadrado.
Los ingenieros en la base de Houston resolvieron el problema en el módulo de entrenamiento en Tierra, usando elementos cotidianos disponibles en la nave, esto les permitió a los astronautas resolver el problema vital y salvar la vida.
Es obvio que de haber dispuesto de una impresora 3d a bordo el problema se habría reducido a una anécdota resuelta en minutos y sin necesidad de abortar la misión lunar.
Joyeria: Impresoras 3d para crear joyas únicas.
American Pearl una empresa norteamericana o Lolo y Galago en Europa crean joyas de lujo bajo demanda usando impresoras 3D.
Actualmente se usa la impresión 3d para obtener moldes termoplásticos, de látex o silicona en los que se fundirá el oro, la plata o el platino pero la idea es que en un futuro usarán cabezales laser capaces de fundir el polvo de los metales preciosos para obtener las piezas directamente del modelo.
El nuevo método reducirá los costes respecto a la fabricación tradicional, y a la vez conseguir piezas de una complejidad nunca vista antes y permitirá a los clientes decidir el tamaño, tipo de metal, color o la forma.
(Continua en el siguiente artículo)
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