Imprimiendo en dimensiones

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Por: Roberto Alejandro Espí Muñoz (Tomado de Cachivache Media)

Estamos rodeados por un mundo físico, en el que las experiencias sensoriales, especialmente a través del tacto y la vista, rigen nuestro día a día. No es de extrañar entonces que, en un mundo que aparentemente saturado por productos innovadores y creativos, la tecnología de la impresión 3D esté acaparando la atención de muchos entusiastas, al continuar sorprendiéndonos con cada milímetro que avanza en la larga conquista de la perfección. 

Según el Diccionario de la Real Academia Española, imprimir es:

(Del lat. imprimĕre): “Introducir o hincar con fuerza algo en otra cosa

Aunque tiene una milenaria tradición, desde que el hombre descubrió cómo publicar información legible en tinta sobre papel la idea de imprimir se ha asociado a objetos como libros, periódicos, manuscritos y murales, pero hoy en día la impresión ha proliferado en diversos soportes y materiales, expandiendo numerosos campos y potencialidades de la actividad humana. A una de esas áreas está dedicado este material.

¿Con cuántos tipos de materiales interactuamos en el mundo? Millones seguramente. ¿Cómo llegan a convertirse en los productos que consumimos y vemos diariamente?

La industria ha perfeccionado sus mecanismos para lograr moldear y adaptar cada uno en un estilo tan específico para cada aplicación que hemos aprendido a ver los materiales en ocasiones como versátiles. ¿Hasta qué grado de flexibilidad se ha logrado llegar para que un grupo de personas pueda verdaderamente innovar con sustancias con las que en otro momento fueron casi imposibles lograr creaciones tan arriesgadas? Cada día las respuestas a esas preguntas cambian, y abarcan materias primas tan diversas como el cemento, la madera, el metal, el plástico, y hasta la comida.

Estructura

Aplicando el concepto de imprimir anteriormente expuesto, podemos entender entonces que una impresora 3D es aquella máquina que logra sintetizar un objeto tridimensional a través de alguna técnica aditiva o de construcción sucesiva.

La construcción de estas estructuras nos permite explorar variantes que se deben tomar en cuenta para que el producto final quede de la mejor manera posible. Por poner un ejemplo: como las máquinas que llevan a cabo esta tarea construyen algo a partir de una base donde no existe soporte previo (a diferencia de los moldes de inyección de plástico por ejemplo), el objeto que se construya según su diseño quedará tan robusto como las estructuras que lo rodeen y permitan su correcta sujeción y afianzamiento. ¿Qué podría ocurrir si imprimiéramos una esfera perfecta?

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En la imagen anterior la esfera de la izquierda se aproxima seguramente más a lo que esperamos que logre hacer una impresora 3D. Sin embargo, es la imagen de la derecha la que con certeza será el resultado obtenido. Si notan el material verde en la imagen, ese es el material que soporta la estructura principal, la esfera blanca. Luego de concluir la impresión, ese material se remueve de toda la estructura, quedando un objeto físico similar al diseño que ideamos. Otro aspecto a tomar en cuenta es el acabado de la pieza; al ser este tipo de impresoras máquinas que construyen de manera aditiva, cada capa nueva se sustenta sobre la anterior, creando surcos o estrías que luego podemos mejorar con técnicas de acabado específicas para cada material.

Ahora, ¿por qué siempre debemos pensar en el tipo de figura u objeto que queremos lograr? ¿qué diseño tienen las impresoras que nos permiten construirlos?

Toda impresora debe tener un armazón que garantiza que un cabezal se mueva con cierto grado de libertad a través del espacio depositando material sobre una base. Mientras más ejes, y mejor alineados estén estos, más libertad de movimiento y mejores terminaciones tendrán los objetos. Las dimensiones de la base donde se deposita el objeto y el grado de movimiento vertical del cabezal definen las dimensiones máximas de cualquier pieza que se imprima. En las siguientes imágenes de dos tipos de impresoras 3D de mesa, se puede observar cómo con diferentes configuraciones o estilos se logran construir objetos tridimensionales.

La Spiderbot , se mueve libremente por el espacio y logra precisiones en objetos curvos u ondulados con mayor especificidad que la K8200 de 3 ejes ortogonales (90 grados entre ellos), que logra mejores objetos cuadrados o con puntas. Ambas tienen cabezales que van depositando lentamente capa a capa material fundido sobre la base, a medida que se construye el objeto.

Técnicas de impresión

Cada técnica varía en cuanto al tipo de impresora y el tipo de material que se emplee:

  • Deposición de extrusión. Utiliza un cabezal que funde el material y lo deposita sobre una base sobre la cual se adhiere la pieza. Construye el objeto capa a capa, generalmente desde abajo hacia arriba aprovechando el soporte adicional del peso del material sobre la base con la ayuda de la fuerza de gravedad.
  • Unión de materiales granulados. Emplea una base sólida o semisólida compuesta por gránulos de un material base. A través de alguna técnica de síntesis como puede ser láser, construye un objeto tridimensional trazo a trazo. El grado de libertad de esta técnica es mayor ya que no se requiere material de soporte al ser el material base su propio soporte o de construcción vertical.
  • Laminación. Construye a través de láminas precortadas un objeto de la misma manera que un extrusor deposita material fundido. Es capaz de abarcar una mayor área cada vez que deposita las nuevas capas.
  • Fotopolimerización. Deposita un material en un estado maleable sobre una superficie de forma similar a la capa completa que luego se sintetiza con el uso de luz en un espectro específico (ultravioleta, por ejemplo) solidificando la estructura capa a capa.
  • Deposición de polvo con sintetización energética. Funciona de una manera similar a la anterior sólo que en este caso se deposita un polvo fino del material base del cual queremos construir el objeto. Este material se funde in situ con algún tren de impulso energético como un láser y el polvo restante se limpia y reutiliza en próximas capas.
  • Procesos con alambres y metales. Podría considerarse este como una mezcla de soldadura con extrusión ya que es típica de impresión en metales. El metal entra en estado sólido en una cámara donde se funde en las capas que se va depositando.

Software de impresión

Algo interesante de esta tecnología es la posibilidad que nos brinda el software de impresión para ubicar y personalizar los parámetros del objeto que diseñemos. Tenemos la posibilidad adicional de poder controlar el movimiento de la impresora por si queremos calibrarla o darle mantenimiento:

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Síntesis

Una vez ubicada la vista del objeto como queremos imprimirlo, debemos sintetizarlo a través de una aplicación secundaria que traduzca el diseño original de mallas, texturas y vectores a un lenguaje más simple de entender por la impresora, que habla en términos de movimiento, líneas, velocidad y paradas. Aquí es donde el operador intentará variar los parámetros de impresión, para lograr el acabado y la solidez que requiera su pieza. 

Los parámetros son específicos para cada técnica de impresión. Por ejemplo, para impresiones por extrusión pueden ser, espesor o altura de cada capa, forma de rellenar las paredes (patrones, sólido), condiciones ambientales de trabajo (temperatura de trabajo, deposición), tipo de filamento (Nylon, ABS, PLA, a base de resinas) y velocidad del cabezal (en impresión, reposo, al saltar a otra capa). Resumiendo, que a través de la detallada configuración de los parámetros se puede controlar hasta el último aspecto del proceso.

Seguimiento

Otra funcionalidad novedosa de las impresoras 3D es que son capaces de monitorizar el trabajo a medida que construyen, en una simulación que muestra la trayectoria de la máquina, el estado de terminación del trabajo e incluso cuanto material de soporte se generará. No pocos, al construir el armazón principal de la impresora, le incluyen una cámara IP, y supervisan por Internet sus trabajos de impresión.

¿Cómo hacernos de una?

Hoy en día existen numerosos diseños de impresoras de mesa con las que podemos experimentar y construir nuevos objetos. El mercado actual de impresores ofrece una amplia gama posibilidades, desde dispositivos ya fabricados con marcas reconocidas hasta diseños fácilmente construibles por entusiastas e investigadores.

Marcas como Stratasys LTD, Voxel 8, Rize 3D y muchas otras más, ofrecen soluciones en el orden de las decenas de miles de USD, mientras que las variantes construibles pueden salir en el orden de los cientos de USD.

Llegar a construir una impresora 3D puede ser una experiencia interesante, sobre todo si eres del tipo creativo que le gusta siempre estar “inventando”. ¿Qué necesitarías hacer?

Chequea tu presupuesto

Un buen punto de partida puede ser lograr algo funcional al menor costo posible, ya que eso te dará oportunidad para ir mejorando y ampliando tu dominio de estas máquinas. Es como tocar guitarra; empiezas por una de bajo costo, y si le agarras la vuelta, irás poco a poco saltando a mejores marcas.

En la actualidad, con 300 o 400 USD máximo, es probable que logres tener todas las piezas necesarias para construir una impresora 3D de mesa, para trabajar con plástico por extrusión. Quizás con un poco más logres conseguirla armada.

Recomiendo, para quien se inicia, escoger una variante que vaya con sus habilidades. Si te gusta armar cosas, ahorra un poco y diviértete más. Si te impacienta demasiado empezar, compra una hecha.

Escoge un diseño

Si estás dispuesto a hacerte de una impresora 3D, habrás visto que hay cientos de modelos. Si te decantas por una pequeña impresora de mesa, existen diseños libres en Internet que puedes explorar.

Todas tienen una estructura similar y a medida que armes o trabajes con una, irás aprendiendo detalles de la impresión por extrusión.

Tiempo y paciencia

La primera vez es difícil lograr que las cosas funcionen como uno quiere. Esa máxima se aplica a casi todo, y las impresiones digitales no son la excepción. Si observan la cantidad de parámetros existentes para configurar y optimizar, notarán que tenemos un espectro amplio de posibilidades para obtener objetos que se ajusten a lo que buscamos.

Periódicamente, las máquinas requieren de calibración y mantenimiento, ya que tienen piezas móviles y que se calientan, fricción en las varillas de movimiento, posibles desniveles en la base y otros factores que influyen en que obtengamos un buen resultado.

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¿Qué podemos encontrar en Cuba?

Actualmente existe en nuestro país un mercado para objetos impresos en 3D. Muchos artesanos, artistas, diseñadores, ingenieros y obreros buscan reparar, crear e innovar con piezas creadas con impresoras de este tipo.

En la esquina de 30 y 25, en Playa, La Habana, existe un taller de creaciones 3D donde brindan servicios de impresión y modelación 3D. Es un taller especializado en creaciones a partir de filamentos diversos a base de Nylon, PLA, ABS y PETG, entre otros, que ofrecen un repertorio de objetos robustos, ligeros, flexibles, traslúcidos, todo a gusto o preferencia del cliente. Lo dirige Abel Bajuelos, uno de los pioneros del tema en La Habana. Puedes contactarlos en fabrica3dcrearte@nauta.cu.

Otra iniciativa interesante es la de LombaoEstudios, en la Inmobiliaria Azteca (1ra y 12, Playa, La Habana), especializada en diseño gráfico, servicios informáticos y programación de aplicaciones. Con el tiempo han incluido líneas de prototipaje físico para mejorar la calidad de sus soluciones. Con el uso de impresoras por extrusión, se obtienen diseños atractivos y robustos en materiales como el plástico y nylon. Uno de sus productos, LombADPro, que funciona a modo de estación multimedia, es capaz de reproducir promociones sobre cualquier soporte multimedia. Utiliza carcazas hechas enteramente en impresoras 3D y con teclas traslúcidas que ofrecen una atractiva experiencia de usuario.

En el campo de las empresas estatales, existen iniciativas como la de COMBIOMED, empresa especializada en el diseño y fabricación de equipamiento médico, formada a partir del grupo de trabajo del Instituto Central de Investigación Digital. La empresa tiene áreas especializadas de ensamblaje, producción e investigación y diseño de equipos médicos.

En el área de diseño cuentan con tecnología de impresión 3D para el prototipaje de equipos rápidos con fines de pruebas y para tiradas cortas (series cortas de equipos sin un gran volumen de producción). Su fin principal es el de la validación del diseño mecánico y electrónico de las tarjetas, las carcasas y teclados que conforman el equipo.

La principal técnica de impresión que emplean es la de fotopolimerización, que brinda mejores acabados pero se encarece por el precio del material de fabricación a utilizar. Lograr prototipos rápidos le brinda al equipo de diseño la posibilidad de optimizar la toma de decisiones antes de fabricar equipos con técnicas de tiradas largas, como son la inyección de plástico o el uso de moldes en otros países, lo que significa un ahorro considerable de recursos así como una reducción del tiempo de fabricación general de los equipos.

Por su parte, el Centro de Neurociencias de Cuba, CNEURO, es una de las instituciones dedicadas a la investigación básica y aplicada, así como al desarrollo de alta tecnología que responde al diagnóstico e intervención en los problemas relacionados con la salud mental. Este centro fue uno de los primeros grupos en el mundo que utilizó la informática para el análisis de la actividad eléctrica del cerebro.

En su proceso de diseño incluyen también impresoras 3D para prototipar con materiales a base de metales y de impresión de PCB’s (circuitos impresos). Esta línea de diseño y fabricación de hardware amplía el espectro de soluciones que pueden abarcar.

(Si quieren conocer más del asunto no dejen de visitar el sitio RepRap Wiki)

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