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Tecnologías 4RI: Impresión 3D, desde los respiradores hasta la Nasa

En el contexto de la Cuarta Revolución Industrial, en la que los procesos de manufactura y producción en general van a sufrir cambios importantes, es fundamental tener en cuenta elementos que podrán facilitar y agilizar esta producción. Aunque mucho de esto viene de la mano del temas como la Inteligencia artificial, otros calan directamente en la línea de ensamblaje. 

Es precisamente este el caso de la impresión 3D. Aunque algunas industrias –como la automotriz o la aeroespacial–  han implementado casos exitosos que veremos más adelante, este pedazo de innovación solamente conforma  el 0,1 % de la manufactura a nivel global. Pese a esto, la situación de pandemia y la necesidad por la agilidad en la producción de implementos médicos ha vuelto a poner a la impresión 3D en el ojo público.

Las ventajas de la impresión en 3D
  • Versatilidad: una sola impresora 3D es capaz de imprimir cientos de diferentes modelos.
  • Inmediatez: un modelo puede ser impreso en días o incluso horas.
  • Flexibilidad: se pueden crear prototipos rápidamente y verificar que efectivamente funcionan. El proceso de creación es mucho más flexible.
  • Personalización: el diseño en 3D no solo puede ser replicado, sino que al ser abierto puede ser modificado y utilizado para diferentes necesidades.
  • Agilidad: piezas que antes se producían por separado ahora pueden ser impresas en un solo bloque, ahorrando tiempo, materia prima y dinero.

Pensemos que compañías como Tesla, bien conocida por su innovación en el sector automotriz, desde sus inicios han implementado impresión 3D en su línea de ensamblaje. Desde partes inmensas incluso hasta a arreglar problemas de diseño, Tesla es un ejemplo de cómo puede llegar a ser una línea de ensamblaje modernizada. 

Y aunque pensamos que la impresión 3D es un producto moderno, lo cierto es que es una tecnología que lleva varias décadas siendo desarrollada y mejorada. 

Impresión 3D en pocas palabras
  • Contexto histórico: Hideo Kodama publicó en 1981 su teoría de modelado rápido, sentando las bases de la impresión 3D moderna. 3 años más tarde, Charles Hull inventó la estereolitografía, pero la primera máquina solamente vería el mercado hasta 1991. Aunque inicialmente usada en ambientes industriales, la impresión 3D fue usada para la medicina en 2007 y ha sido parte de la comunidad open source desde 2005.
  • Estado actual: La impresión 3D todavía no juega un papel importante en la manufactura de productos, siendo solamente el 0,1% de la producción. Pese a esto, empresas de industria pesada como Tesla, Ford, Airbus e incluso la Nasa han incorporados casos de éxito en su línea de desarrollo y ensamblaje.
  • Desarrollos mundiales: Aunque en un principio la tecnología de impresión 3D era propietaria de Charles Hull, el boom que está experimentando se debe gracias a su carácter abierto. En 2005 Adrian Bowyer democratizó la tecnología gracias a su impresora de bajo costo y el proyecto RepRap.
  • Jugadores: Algunas de las compañías enfocadas enteramente o con grandes inversiones en la impresión 3D son HP, ProtoLabs, 3D Systems y Stratasys. Organovo son los mayores fabricantes de órganos en 3D.
  • Situación en Colombia: En Colombia existe una comunidad de makers pequeña pero muy dedicada. Además de esto, también existen fabricantes en el país como makeR y otros distribuidores de marcas extranjeras de impresoras en 3D. La impresión 3D en el país es todavía muy dominada por los entusiastas.
  • Personajes destacados: Existen varias empresas enfocadas a la impresión 3D en el país. Cocreat3D es uno de los más nombrados, así como los nombres de Jaime Bermúdez, Diego Téllez y Sergio Díaz, Confundadores de Print3D Colombia. Carlos Camargo lidera la ya mencionada makeR.

Los comienzos de la Impresión 3D

La vida oficial de la Impresión 3D tal y como la conocemos hoy en día inició en 1981, cuando un nipón llamado Hideo Kodama, del Instituto Municipal de Investigación Industrial de Nagoya publicó su teoría de modelado rápido. Dicho modelo sentó las bases de la Impresión 3D moderna, al ser un objeto en 3D compuesto por diferentes capas de material en cortes transversales.

3 años más tarde, Charles Hull hizo historia al crear la estereolitografía. La esencia de este sistema estaba basada en los principios de cortes transversales de Kodama, pero Hull permitió crear modelos computarizados que luegos serían ‘impresos’. Hull usó también un material basado en acrílico llamado fotopolímero, que puede pasar de estado líquido a sólido cuando es sometido a un rayo de luz UV. 

Incluso con esta invención, a Hull le tomaría hasta 1992 para crear la primera máquina capaz de poner en práctica esta impresión en modelos más complejos. Las partes más complejas podían ahora ser impresas en un tiempo mucho más corto. En teoría, las empresas podrían crear impresiones en 3D de bajo costo para tener partes de prueba para manufactura en un tiempo mucho más corto y con menor costo. 

Aunque el potencial era enorme, los altos costos de la tecnología la relegaron a papeles industriales y de investigación interno de las empresas. Sin embargo, todo esto cambiaría en la primera década del milenio. En el 2007, Organovo logró imprimir órganos humanos, hechos de plástico pero recubiertos en células madre, que luego llegaron a los pacientes. 

De la misma forma, otras compañías encontraron que la impresión 3D es un método de muy bajo costo para crear prostéticos y ayudar a personas que han perdido sus extremidades. Y aunque esta década marcó el boom de la impresión 3D en la medicina, en el 2005 se llevaba a cabo un matrimonio que cambió por completo el panorama. 

Adrian Bowyer creó el Proyecto RepRap, que consiste en una impresora 3D que esencialmente se imprime sola o la mayoría de sus partes. Además de ser la primera impresora 3D de bajo costo, todos sus diseños eran código abierto, lo que le permitió tener una gran expansión. Desde ese entonces, la impresión 3D y los estándares de código abierto han ido de la mano, y hoy por hoy existen una multitud de sitios con modelos libres que van desde figuras de Pikachu hasta tapabocas.  

Consolidación actual: ¿una alternativa real?

En la actualidad, e incluso más allá de los usos durante la pandemia, la impresión en 3D ha tenido un uso mucho más abierto que en el pasado. Además de avances en la impresión de elementos médicos, desde prótesis hasta elementos más básicos, otras industrias también han implementado exitosamente la impresión 3D en sus líneas de ensamblaje. 

Por el lado de los automotores, el ya mencionado caso de Tesla es uno que sobresale. Por el hecho de ser una de las únicas compañías con carros completamente eléctricos, la manufactura de vehículos desde cero es una de las más complicadas. Tesla ha sabido implementar –y complementar– su línea de ensamblaje con partes impresas en 3D para entregar su Modelo Y.

Otro gigante, Ford, ha dado un vuelco entero hacia la forma en cómo sus ingenieros desarrollan y prueban automóviles. “En las últimas décadas, Ford ha impreso más de 500.000 partes y ahorrado miles de millones de dólares y millones de horas de trabajo,”

Mientras que hubiera tomado 4 o 5 meses y con un costo de 500.000 dólares para producir un prototipo por medios tradicionales, una parte impresa en 3D puede ser producida en cuestión de días u horas y con un costo de algunos miles de dólares.

Ford

Y ahora, saltando un poco al espacio –literalmente hablando–, la Nasa es uno de los mayores proponentes en materia de impresión 3D. El año pasado, y precisamente en la carrera por llegar a la Luna y a Marte en 2024, la NASA mostró los avances y experimentos con impresión en 3D que han realizado en órbita baja para poder apoyar viajes futuros. 

Estos viajes futuros seguramente llegarán a la Luna, que toma 3 días desde la tierra, y Marte, que representa más o menos 7 meses viajando en el espacio. Una solución a este tipo de viajes sería precisamente la capacidad de imprimir en 3D elementos esenciales de bajo costo dentro de la misma Estación Espacial. Además de poder ayudar en emergencias o posibles accidentes, se reducirían costos de producción y también el peso que deberán cargar las naves espaciales.

¿En qué va Colombia?

Y mientras que la Nasa piensa en cómo poner impresoras 3D en Marte, no tenemos que irnos lejos para encontrar ejemplos del potencial que tiene la impresión en 3D. Precisamente acá en el país existe una comunilladas llamada Makers Colombia. El grupo está compuesto por creadores, personas que fabrican elementos de diseño y de impresión 3D, programación y demás. 

En Impacto TIC tuvimos la oportunidad de tener un Hangout con ellos, en el que explicaron que “en época de crisis, imprimir en 3D implica criterio y responsabilidad”. Es importante saber que, incluso dentro del mundo tan abierto como el de la impresión 3D, los creadores deben tener el criterio para imprimir modelos confirmados, probados y que verdaderamente funcionen. AsÍ mismo, Jorge Restrepo, fundador de Hybercubus, explicó que el contexto de la pandemia es un momento muy crítico en el que no hay que inventarse la rueda: «Seamos ágiles y busquemos diseños que ya están probados«.

De hecho, uno de las mayores preocupaciones de la impresión 3D es la regulación. Imprimir en 3D no sOlo sirve para figuras y órganos, sino también en ocasiones para armas de fuego. De nuevo, la tecnología no es enteramente negativa, pero su desafío a futuro estará en mantener su comunidad abierta sin que esto signifique un apología al delito.

Aquí en Colombia, un grupo de santandereanos han empezado a donar piezas impresas en 3D que luego acaban en respiradores y elementos médicos. De la misma forma, universidades como la de Antioquia y la de se la Sabana han desarrollado respiradores que, aunque no reemplazan los respiradores más avanzados, sí ayudan bastante a las personas con casos leves.

Incluso viviendo en medio de una pandemia, la impresión 3D ha demostrado ser uno de los nuevos procesos de producción que seguramente marcarán el futuro de la manufactura. No sólo por sus costos o su reducción de tiempo, sino además por su alto nivel de automatización. Así las cosas, aunque todavía falta mucho, no es muy tarde para pensar qué partes de la manufactura podemos hacer más fáciles.

Sebastián Romero Torres
Filósofo de formación y geek empedernido. Amante de los videojuegos, la tecnología, la música y el espacio.

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