La fabricación aditiva, o impresión 3D, ha sido un método popular para crear prototipos desde la década de 1980 y se está convirtiendo rápidamente en la forma más rápida y asequible de crear bienes de consumo personalizados. Pero, ¿cómo funciona esta tecnología de moda?

Hay varios métodos diferentes de impresión 3D, pero el más utilizado es un proceso conocido como Modelado por Deposición fundida (FDM). Las impresoras FDM utilizan un filamento termoplástico, que se calienta hasta su punto de fusión y luego se extruye, capa por capa, para crear un objeto tridimensional.

La tecnología detrás de FDM fue inventada en la década de 1980 por Scott Crump, cofundador y presidente de Stratasys Ltd., un fabricante líder de impresoras 3D. Desde entonces, otras organizaciones de impresión 3D han adoptado tecnologías similares con nombres diferentes. La empresa MakerBot, con sede en Brooklyn (ahora propiedad de Stratasys), se fundó con una tecnología casi idéntica conocida como Fabricación de Filamentos Fundidos (FFF).

Cómo funciona FDM

Los objetos creados con una impresora FDM comienzan como archivos de diseño asistido por ordenador (CAD). Antes de que un objeto pueda imprimirse, su archivo CAD debe convertirse a un formato que una impresora 3D pueda entender, por lo general .Formato STL.

Las impresoras FDM utilizan dos tipos de materiales, un material de modelado, que constituye el objeto terminado, y un material de soporte, que actúa como un andamio para soportar el objeto mientras se imprime.

Durante la impresión, estos materiales toman la forma de hilos de plástico, o filamentos, que se desenrollan de una bobina y se alimentan a través de una boquilla de extrusión. La boquilla funde los filamentos y los extruye sobre una base, a veces llamada plataforma de construcción o mesa. Tanto la boquilla como la base están controladas por una computadora que traduce las dimensiones de un objeto en coordenadas X, Y y Z para que la boquilla y la base sigan durante la impresión.

En un sistema FDM típico, la boquilla de extrusión se mueve sobre la plataforma de construcción horizontal y verticalmente, «dibujando» una sección transversal de un objeto en la plataforma. Esta fina capa de plástico se enfría y endurece, uniéndose inmediatamente a la capa que está debajo de ella. Una vez que se completa una capa, la base se baja, por lo general en aproximadamente un decimosexto de pulgada, para hacer espacio para la siguiente capa de plástico.

tiempo de Impresión depende del tamaño del objeto que se fabrica. Los objetos pequeños — de solo unas pocas pulgadas cúbicas — y los objetos altos y delgados se imprimen rápidamente, mientras que los objetos más grandes y geométricamente complejos tardan más en imprimirse. En comparación con otros métodos de impresión 3D, como la estereolitografía (SLA) o la sinterización selectiva por láser (SLS), la FDM es un proceso bastante lento.

Una vez que un objeto sale de la impresora FDM, sus materiales de soporte se retiran, ya sea remojando el objeto en una solución de agua y detergente o, en el caso de soportes termoplásticos, arrancando el material de soporte a mano. Los objetos también pueden lijarse, fresarse, pintarse o chaparse para mejorar su función y apariencia.

Lo que se fabrica

FDM es popular entre empresas de una variedad de industrias, desde la automotriz (BMW, Hyundai, Lamborghini) hasta la fabricación de bienes de consumo (Black and Decker, Dial, Nestlé). Estas empresas utilizan FDM a lo largo de sus procesos de desarrollo de productos, creación de prototipos y fabricación.

El material de impresión más común para FDM es el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), un termoplástico común que se utiliza para fabricar muchos productos de consumo, desde ladrillos LEGO hasta canoas de aguas bravas. Junto con ABS, algunas máquinas FDM también imprimen en otros termoplásticos, como policarbonato (PC) o polieterimida (PEI). Los materiales de soporte suelen ser cera soluble en agua o termoplásticos frágiles, como la polifenilsulfona (PPSF).

Los termoplásticos pueden soportar el calor, los productos químicos y el estrés mecánico, lo que los convierte en un material ideal para imprimir prototipos que deben soportar pruebas. Y como el FDM puede imprimir objetos muy detallados, también es utilizado comúnmente por ingenieros que necesitan probar piezas para su ajuste y forma.

FDM también se utiliza para producir piezas de uso final, especialmente piezas pequeñas y detalladas y herramientas de fabricación especializadas. Algunos termoplásticos incluso se pueden usar en envases de alimentos y medicamentos, lo que convierte a FDM en un método de impresión 3D popular dentro de la industria médica.

Las impresoras FDM profesionales suelen costar entre 1 10,000 y 3 300,000, lo que las convierte en una de las opciones más baratas para las empresas que invierten en un sistema de impresión 3D completo.

Empresas que utilizan FDM

Aunque Stratasys es responsable de inventar FDM, no es la única empresa que se beneficia de esta tecnología. En las últimas dos décadas, FDM se ha convertido en el método de impresión 3D más utilizado en el mundo.

Muchas empresas que fabrican impresoras FDM también ofrecen una gama de servicios de impresión 3D a los clientes, que incluyen modelado e impresión 3D externos.

FDM en casa

Algunas impresoras FDM, como el Cubo de 3D System, el Replicador de MakerBot y el Mojo de Stratasys, están diseñadas para ser utilizadas por aficionados, inventores, aficionados al bricolaje y propietarios de pequeñas empresas. Son pequeños, eficientes y fáciles de usar.

Pero tener una de estas impresoras 3D en tu hogar no es barato. La Cube es una de las impresoras FDM de escritorio más asequibles del mercado con un valor de 1.299 dólares. Las máquinas de MakerBot son aún más caras, con un precio de entre $2,549 y 3 3,299. Y el Mojo de Stratasys cuesta poco menos de 1 10,000.

Sin embargo, esta tecnología popular se está volviendo menos costosa a medida que las nuevas empresas de impresión 3D, como Pirate3D, con sede en California, buscan llevar la tecnología 3D a los hogares de los consumidores promedio. Bucanero de Pirate3D, que saldrá en diciembre de 2013, se vende por solo $347.

Los entusiastas de 3D que no deseen comprar una impresora FDM de escritorio pueden crear la suya propia. Hay muchos sitios que venden kits y piezas para el «replicating rapid-prototyper» o RepRap, un proyecto de diseño de impresoras 3D de código abierto fundado en la Universidad de Bath en el Reino Unido.Esta impresora FDM se mejora continuamente, pero el objetivo final del proyecto es crear una impresora 3D que pueda imprimir nuevas copias de sí misma.

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