¿Cómo funciona la impresión 3D?

La impresión 3D está arrasando en el mundo, un poco. No es del todo el hogar Edad del diamante fantasía que fue profetizada, pero la rápida impresión 3D es la base de algunos de los procesos industriales increíblemente eficientes que ahora disfrutamos. No se trata solo de una fabricación rápida y sencilla, sino de la creación rápida de prototipos que permite a los ingenieros resolver problemas de diseño simples en horas, donde antes podría haber llevado semanas. La impresión 3D se está abriendo camino en hospitales y laboratorios de investigación, campos de tiro y talleres de reparación de automóviles. pero como funciona?



Primero, las generalidades. Todas las impresoras 3D del mercado actual son, al menos principalmente, aditivas. Es decir, funcionan depositando con precisión cada vez más material de construcción, creando un objeto arriba Fuera de nada. Esto es opuesto al proceso de escultura, en el que afeitas un objeto existente. abajo - hay impresoras 3D que pueden tallar sobre un objeto creado recientemente, pero la escultura nunca podrá proporcionar las ventajas de la fabricación aditiva. Al construir objetos, generalmente en capas, la impresión 3D hace que los objetos huecos, o aquellos con convoluciones internas complejas, sean tan simples de fabricar físicamente como un cubo sólido y homogéneo.

Pistola M1911 impresa en 3D, dividida en partes

Pistola M1911 impresa en 3D, dividida en partes.



En este momento, solo existen unos pocos tipos generales de tecnología de fabricación aditiva, aunque hay muchas variaciones leves en estos tipos. Cada uno tiene sus propias fortalezas y debilidades, pero es probable que incluso las tecnologías más antiguas, como la deposición por extrusión, encuentren un lugar a largo plazo en el mercado a través de la simple simplicidad y la falta de gastos.

El abuelo de todas las tecnologías de impresión 3D es la estereolitografía (SLA). Este es un sistema basado en capas que usa un láser para solidificar porciones de un medio líquido, llamado fotopolímero. Una plataforma de metal se sumerge en el fotopolímero y se mantiene a una capa de espesor de la superficie, generalmente una décima de milímetro o menos. Un láser ultravioleta traza la forma de la primera capa, creando un sólido endurecido donde toca, y luego la plataforma desciende del grosor de otra capa. Una fina película de fotopolímero barre en la cubierta el objeto en crecimiento y el láser endurece la siguiente capa encima. Esta no es la forma más eficiente de imprimir, pero puede utilizar algunos materiales de construcción muy interesantes, como la cerámica, por un precio relativamente bajo.



Impresión 3d 2Sin embargo, probablemente la forma más simple de impresión 3D llegó un poco más tarde, realmente comenzando la repentina tormenta de atención proveniente del mercado masivo: la deposición por extrusión. Esta es la forma más fácil de visualizar en 3D: una boquilla de robot se mueve, exprimiendo un material de construcción de plástico como una pistola de pegamento caliente controlada con mucha precisión. Algunos plásticos deben endurecerse cuando se enfrían en el aire, otros se mezclan con un agente endurecedor cuando se depositan, pero en cualquier caso, el objetivo es crear una capa endurecida sobre otra. Si las capas son lo suficientemente delgadas y se colocan con la suficiente precisión, esto puede crear superficies que parecen bastante lisas, como un objeto de plástico moldeado tradicionalmente.

Si queremos imprimir con materiales cada vez más estudiados y diversos, como metales de alta resistencia, necesitaremos algo mejor que una pistola de pegamento caliente súper avanzada.

Buda impreso en 3D por David Cardinal

Los historiadores pueden utilizar la impresión 3D para estudiar artefactos antiguos.

La sinterización selectiva por láser (SLS) ha sido la respuesta principal, hasta ahora. Este enfoque implica liberar una pequeña nube de su material de construcción en forma de aerosol, una pequeña bocanada escupida sobre el área que estamos tratando de construir. Luego, una ráfaga láser sincronizada con precisión fusiona estas moléculas individuales de material de construcción, generalmente metales, con el objeto en crecimiento. Una versión aún más avanzada de esta tecnología llamada fusión láser selectiva (SLM) funciona de la misma manera. En lugar de usar el láser para fusionar moléculas adicionales a un objeto en crecimiento, las máquinas SLM derriten completamente sus partículas de material de construcción, esencialmente construyendo a partir de una pequeña partícula de metal fundido y potencialmente creando materiales finales mucho más fuertes y densos.



Luego, están las formas de impresión más especializadas. Un ejemplo es la fibra de carbono, que se puede utilizar para imprimir piezas de alta resistencia con baja densidad. Este tipo de materiales de construcción compuestos y especializados todavía requieren la entrada en el extremo superior del espectro de precios, pero no necesariamente en el extremo superior. Para bien poco más de $ 5,000 , un entusiasta puede imprimir en piezas de fibra de carbono que son, en muchos sentidos, mejores que las impresas en metal.

Finalmente, todo está empezando a afectar al mundo real. Compañías de aviación como Airbus están produciendo miles de piezas baratas y livianas para sus aviones con impresión 3D, mientras que los profesionales médicos ahora pueden producir rápidamente moldes y prótesis para pacientes. La mayoría de las empresas de diseño tienen al menos una pequeña impresora 3D barata en un escritorio en algún lugar, por lo que pueden captar rápidamente una idea y mirarla desde todos los ángulos.

La primera impresión lista para la misión de la NASA.

La primera impresión lista para la misión de la NASA.



Es un testimonio de la versatilidad de la fabricación aditiva el hecho de que lo estén utilizando incluso los entusiastas para todo tipo de propósitos interesantes. La gente está haciendo armas de fuego de trabajo . Están imprimiendo instrumentos musicales de réplica funcional . Este chico incluso ha fabricado una enorme impresora de cinta destinada a realizar piezas de arte corporativo a gran escala a partir, básicamente, de soldadura.

La eficiencia de la impresión 3D también es perfecta para el público científico de alto nivel. La denominada bioimpresión podría revolucionar el crecimiento de órganos a partir de células madre, ya que las nuevas impresoras pueden construir una matriz de polímero rígido con nutrientes y las células madre adecuadas. Esto permite que los órganos crezcan como organos , objetos tridimensionales estructurados, en lugar de masas homogéneas de tejido de órganos en una placa de Petri.

Un corazón en bioimpresiónLa NASA ha utilizado SLS y SLM para crear piezas listas para la misión para lanzamientos reales. El objetivo, a largo plazo, es poder imprimir en 3D misiones complejas completas, quizás incluso en el espacio. Ha habido intentos de imprimir con pegamento mezclado con polvo lunar o de Marte, lo que podría permitir que un módulo de aterrizaje construya de forma autónoma estructuras para colonos humanos posteriores. Incluso existe una iniciativa llamada SpiderFab destinada a la impresión 3D de grandes estructuras en el vacío del espacio. Ahora podemos empezar a imprimir robots blandos e incluso empezar a hacer objetos. dinámico en el tiempo .

La cantidad de posibles aplicaciones para la impresión 3D es realmente vertiginosa. Como las redes neuronales, es una de esas tecnologías que pueden cambiar el mundo sin que te des cuenta. Si la gran mayoría de los impresores permanecen detrás de la cortina, en fábricas y laboratorios de todo el mundo, entonces su impacto solo podría sentirse en la calidad de vida en constante aumento y en un costo de vida en constante disminución.

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