El presente y el futuro de la impresión 3D

Todas las tecnologías de fabricación aditiva utilizan archivos estándar en formato STL o AMF que representan el objeto digitalmente, lo que permite al usuario diseñar o modificar la pieza directamente en el ordenador. Una vez configurado el objeto con la forma deseada, el software lo divide ‘capa a capa’ y el ordenador guía la impresora 3D para materializar el objeto, sumando una capa sobre otra.

La impresión 3D está cambiando profundamente la naturaleza del proceso productivo dando una serie de ventajas sin precedentes a los creativos y a las empresas innovadoras aportando una serie de ventajas económicas, que pueden generar cambios de paradigma y modelos de negocio.

En primer lugar, para fabricar un objeto utilizamos sólo lo que necesitamos, lo que baja el coste de la materia prima y es favorable a una economía más sostenible. En una gran parte de las técnicas de impresión 3D existentes, se puede recuperar o reutilizar la materia prima para nuevos programas de fabricación. Por otra parte, una ventaja fundamental para las empresas que se orientan a series cortas o diseños personalizados, la impresión 3D representa un cambio revolucionario, puesto que cualquier cambio de diseño o modificación del CAD, no implica gasto en utillajes o modificación del molde, lo que aporta mayor flexibilidad en tiempo, adaptación al cliente, y mayor ventaja respecto a la competencia. Aunque podemos destacar todas las ventajas enunciadas anteriormente, también podemos decir que los investigadores, los diseñadores y los creativos ven en esta tecnología unas posibilidades nunca antes imaginadas. Hasta hace bien poco, las restricciones tecnológicas limitaban la formas geométricas convencionales, en cambio ahora, pueden investigar sobre nuevas formas que imitan la naturaleza y también incorporar interconexiones con distintos materiales o funcionalidades, para crear componentes de mayor valor añadido (conexiones digitales incrustadas en materiales plásticos, impresión de células vivas en materiales biocompatibles). Otra gran ventaja, es la que aprovechan las empresas que están sometidas a un nivel de personalización (fabricación de prótesis auditivas, coronas odontológicas, donde la forma del producto tiene que estar ajustada a cada usuario. En estos casos, la tecnología de fabricación aditiva ya ha ganado la batalla a las tecnologías convencionales. Una máquina de impresión 3D puede fabricar en una bandeja de fabricación, unas 200 prótesis dentales o audífonos en una sola producción, enviando después a cada laboratorio o cliente las piezas personalizadas solicitadas.

A la izq., foto cedida por Aidime. A la dcha., foto cedida por Hofmann.

Así como la revolución digital ha dado a cada uno la posibilidad de aprovechar la demanda dispersa, a través de Internet, Twitter, Facebook, Blog o Canal Youtube, etc., con la fabricación digital podemos crear contenidos que están disponibles en todo el mundo y así entrar en la casa de millones de consumidores sin haber gastado ni un solo euro. Lo que antes estaba en manos de tres o cuatro grandes grupos mediáticos hoy está en nuestras manos. No importa si el contenido interesa sólo a un 0,5% de las personas, puede representar un mercado de miles de personas. Con la impresión 3D, la revolución digital llega también a los productos físicos, dado que con las tecnologías aditivas la complejidad no tiene coste y la personalización no tiene límites, aparecen oportunidades de crear productos físicos para una multitud de nichos de mercado. La impresión 3D se posiciona para este mercado, debido a que es mucho más rápida que la producción artesanal y al mismo tiempo posee la capacidad de personalización. Por este motivo, los emprendedores se han especializado en piezas específicas y por la individualización; se están descubriendo un nuevo mundo de cientos de nichos de mercado (joyas únicas, lámparas de diseño, personalización de coches, motos de coleccionistas, o en sectores de valor añadido, prótesis especiales o componentes y cascos personalizados para deportistas).

Un gran porcentaje del coste de fabricación de un producto proviene de los recursos gastados en mover los componentes y materiales de un continente hacia otro. Aunque las impresoras 3D no pueden todavía imprimir un objeto completo, como por ejemplo un teléfono móvil, existen ya muchos productos donde no hay la necesidad de enviar físicamente el producto de un lugar a otro. La tendencia es ya la de intercambiar archivos digitales por Internet, al igual que enviamos archivos 2D con soluciones informáticas tipo ‘Dropbox’ o ‘WeTransfer’. En los países donde la calidad de impresión 3D sea suficiente para imprimir las piezas o componentes, la cadena logística puede reducirse considerablemente y en algunos casos ser eliminada. Otra gran ventaja adicional que favorece el argumento anterior, es que con el uso de las tecnologías aditivas se pueden imprimir en 3D, partes perfectamente conectadas en un solo componente. De este modo se puede imprimir solamente los componentes que se necesitan y en muchos casos no es necesario montar el producto parte por parte, sino que se pueden imprimir todas las partes integradas en un solo componente. Otro de los grandes aciertos, es que no va a ser necesario almacenar piezas o partes de componentes, sino que el catálogo de piezas estará siempre disponible digitalmente. Sólo se imprimirán repuestos cuando sea necesario, con ello la impresión 3D va a permitir acercar la producción en el punto de consumo de los mismos, como ya está pasando con los laboratorios de fabricación de implantes dentales que producen sus propios implantes en la zona de influencia más cercana, sin necesidad de recurrir a laboratorios centrales. Como consecuencia de todo ello, se puede pensar que no va tener sentido realizar la producción en lugares con mano de obra barata cómo en Asia, sino que la impresión 3D va a permitir que cada país pueda mantener su propia fabricación.

La existencia de proyectos como RepRap (Replicating Rapid-Protoyper) y otras cientos de máquinas 3D printing ‘low cost que han ido apareciendo desde el año 2008 están revolucionando el mercado y las ideas. Son un buen punto de reflexión para los gobiernos, para pensar en el impacto que va tener de la impresión 3D en el largo plazo. Estados Unidos, China y Japón han apostado ya de forma clara por potenciar la I+D+i en este ámbito y se han puesto las bases para acercar la tecnología en las escuelas. Por ahora la calidad de las impresoras 3D de uso personal —precios que oscilan entre 500 y 5.000 euros— es muy básica pero suficiente para imprimir piezas de recambio en plástico, juguetes, objetos de diseño. De todos modos, los miles de ‘makers’ y entusiastas de la tecnología están consiguiendo a pasos agigantados, aumentar el nivel de calidad final de las piezas obtenidas, manteniendo, sin embargo, costes relativamente bajos en materiales y equipos. Las perspectivas de futuro son muy alentadoras, porqué si nos ponemos a imaginar que es lo que va a pasar de aquí a 20 años, podemos pensar que se producirán muchos cambios tanto en la forma de conceptualizar los productos y como en las formas de procesarlos. También podemos imaginar qué se van a generar modelos de negocio completamente distintos y en consecuencia muchas oportunidades.

A continuación se resumen algunas de las grandes líneas de trabajo que se están llevando a cabo a nivel mundial para desarrollar la cadena de valor de la de fabricación aditiva; son aspectos que afectan tanto a materiales, procesos, o nuevos modelos de negocio, y son hoy en día, materia de proyectos de investigación, innovación y también grupos de trabajo para la estandarización. Las áreas de investigación del Additive Manufacturing que tienen más potencial de crecimiento económico, se pueden agrupar en las siguientes categorías:

Materiales:

• Trabajar en la composición de materiales y su calidad que aún no están totalmente adaptados a los diferentes procesos de AM.

• Adquirir una mayor comprensión de nuevos materiales composites y la creación de software que permitan la simulación de cómo el producto va a reaccionar después del curado o la fusión con diferentes materiales.

• Generar un uso más eficiente de los materiales caros, como el titanio para la producción de piezas ligeras y de gran tamaño, como por ejemplo, en el sector aeroespacial.

• Trabajar en cuestiones de salud y seguridad relacionadas con la producción de polímeros o polvo metálico utilizados en AM, así como en el reciclaje de materiales y la eliminación de residuos.

Procesos:

• Investigar y desarrollar tecnologías combinadas, donde las técnicas de fabricación sustractivas trabajen junto con las técnicas de fabricación aditiva, con el fin de proporcionar una combinación de ambas, como por ejemplo en aplicaciones de post-procesado; son pasos indispensables para la transición de la producción en lotes hacia la producción continua.

• Apoyo a la industrialización y desarrollo de nuevos sistemas de producción que unen la tecnología de fabricación aditiva con la tecnologías tradicionales, ‘data systems’ e interfaces. La combinación de la robótica con la tecnología de AM es actualmente un área de desafío para el sector.

• Desarrollar el control de calidad, el enfoque de fabricación debe estar orientado en las pruebas, mediciones y control de calidad, así como el procesamiento posterior.

Aplicaciones

• Los sectores de automoción, aeroespacial, los servicios de investigación y desarrollo médicos y dentales tienen un gran potencial para el crecimiento económico inmediato. Por ejemplo, en la industria aeroespacial, las piezas de producción extremadamente complejas y de bajo volumen tienen una demanda en crecimiento exponencial. Para lotes pequeños, la demanda del sector del automóvil es también un área importante para el crecimiento de la impresión 3D.

• El sector aeroespacial y de maquinaria industrial (turbinas) tiene una gran demanda de aplicaciones con tecnología AM. Muchos de los grandes fabricantes de equipos originales (OEM) en el mercado, están ya equipados con máquinas de Impresión 3D, pero aún queda mucho trabajo por hacer en términos de validación y pruebas de las aplicaciones.

• El mercado de la medicina es un gran pilar en términos de crecimiento económico para la impresión 3D. Hay una necesidad creciente de implantes y productos personalizados. Este campo representa un enorme potencial para las pymes.

Normalización

• Existen ya esfuerzos de coordinación y la alineación entre la UE y Estados Unidos, a través de los Comités y Grupos de trabajo de ISO/CEN y ASTM. Aunque hay todavía un limitado desarrollo de las normas. Por ejemplo, en el sector médico, existen pacientes que podrían ser tratados con nuevas soluciones, pero se tarda mucho tiempo para obtener un producto certificado. ASERM lidera el Grupo de Trabajo en España de Normalización de Additive Manufacturing en AENOR

En los últimos 10 años, Aserm ha impulsado la investigación y el conocimiento, gracias a proyectos de fabricación avanzada y fabricación aditiva. Los centros tecnológicos como Leitat, Eurecat y Fundació CIM han hecho una labor importante en el campo de la investigación, formación y demostración de las posibilidades que ofrecen las distintas tecnologías. Estamos trabajando para que crear un ecosistema con los distintos actores que intervienen en la cadena de valor de la Impresión 3D. De todo el entorno que envuelve el mundo de la Impresión3D en Catalunya, parece que la generación de valor se ubica todavía poco en la creación de tecnología, y si más bien en el diseño de productos, el desarrollo de programas específicos para AM, y materiales avanzados. Sin embargo, la implantación del negocio mundial de Impresión 3D de HP en Catalunya, y la salida al mercado de sus máquinas en mayo de 2016, es ya un polo de atracción importante y tiene un efecto tractor de empresas, centros de investigación y universidades que colaboran en el desarrollo de aplicaciones, materiales, programas específicos.

A través del Departament d’Innovació d’Acció, y dentro de la iniciativa europea de las regiones ‘Vanguard’, se identificaron los distintos actores de la impresión 3D en Catalunya, desde fabricantes de máquinas, materiales o software, hasta centros de investigación y departamentos universitarios, que trabajan en diferentes soluciones, tanto para el desarrollo de equipos de uso semiprofesional (Personal 3DPrinting) cómo para el uso industrial. Se ha podido comprobar que hay una base sólida, con conocimientos avanzados. Los sectores más significativos que se han detectado en Catalunya son los que están relacionados con la medicina y la biología (reproducción de tejidos, órganos, células, así como prótesis óseas, dentales y auditivas) hay una estrecha colaboración entre centros de investigación médica, centros tecnológicos y universidades tecnológicas. La automoción (desarrollo de modelos y series personalizadas son las aplicaciones que más están utilizando las tecnologías de impresión 3D) hay una buena cooperación entre los fabricantes y proveedores de 1er nivel, con los ‘bureaux services’. La maquinaria e instrumentación (en este campo se trabaja especialmente con la capacidad de reducir o eliminar procesos intermedios y fabricar utillajes con tecnología de fabricación aditiva). La electrónica y los dispositivos electrónicos (busca añadir valor trabajando con multimateriales incluyendo circuitos o sensores en componentes para aumentar la funcionalidad del producto). Las industrias creativas y el textil, que aprovechan en gran medida las tecnologías de Impresión 3D y los nuevos materiales avanzados para personalizar o añadir valor al diseño del producto). En todos estos ámbitos cabe señalar que tenemos en Catalunya empresas consolidadas y punteras que utilizan tecnologías de Impresión 3D para el desarrollo de producto o que ya venden producto final. A modo de ejemplo, podemos citar las empresas catalanas, Avinent, Phibo, Gaes, Indo o Tous.

Por otra parte, Barcelona es uno de los focos más activos de la fabricación digital a escala mundial. El Fablab Barcelona es uno de los centros de atracción de arquitectos e ingenieros, tiene un centro de formación Fab Academy que aglutina a estudiantes de todo el mundo. Así mismo, el ayuntamiento ha impulsado los ‘Ateneu de fabricació’ en tres barrios de Barcelona, con el objetivo de fomentar la creación de ocupación. Se está potenciando un entorno favorable al espíritu ‘Do it yourself’ que tiene a diferentes centros Fabcafés y ‘Makers’, también escuelas de diseño (Elisava, Eina, Esdi), así como potentes empresas del sector de videojuegos que pueden impulsar hacia la experimentación en impresión 3D.

La implicación de Fira de Barcelona, con la convocatoria de In(3D)ustry, va a ser sin duda un punto de unión para compartir conocimiento y experiencias entre las empresas usuarias de la tecnologías de impresión 3D, con los distintos agentes expertos en el sector. Esperamos que este Premium Event, ayude a identificar aún más las potencialidades de las empresas que buscan soluciones creativas y eficientes en sus procesos de producción y distribución.

Para finalizar, querría presentar el proyecto europeo MIMAN-T en el que Aserm y Eurecat están trabajando, www.miman-t.eu. Un sistema de formación en micro-manufacturing para las pymes. El objetivo es dar a conocer las posibilidades de miniaturización mediante el uso de tecnologías de micro-fabricación.