La revolución de la impresión tridimensional como técnica para fabricar objetos
El trabajo en el MIT de una impresora 3D. (Foto: Melanie Gonick)
Imagine ser capaz de fabricar, mediante la sencilla acción de "imprimir" tridimensionalmente, no sólo destornilladores, cucharas, sillas y otros enseres relativamente simples, sino también dispositivos mecánicos tan complejos como un reloj, o tan grandes como una casa, o tan fascinantes como otra impresora igual capaz de imprimir a otras idénticas con la misma capacidad.
Estos conceptos ya no están limitados a la ciencia ficción. Ahora, se trabaja en todos ellos mediante proyectos de investigación reales (aunque en etapas muy preliminares), que se llevan a cabo en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y en otros centros de investigación avanzada.
Está gestándose, aún de manera inadvertida y silenciosa, lo que promete ser una revolución con respecto al concepto de la fabricación en masa. De igual modo que las cadenas de montaje marcaron un antes y un después en la Era Industrial, parece cada vez más claro que la fabricación de objetos mediante impresión cambiará por completo el panorama industrial y las reglas de juego del diseño y la fabricación de utensilios.
Una de las primeras impresoras 3D prácticas, y la primera a la que se le dio ese nombre, fue patentada en 1993 por Michael Cima y Emanuel Sachs, profesores del MIT. A diferencia de intentos anteriores, esta máquina ha evolucionado hasta ser capaz de crear objetos de plástico, cerámica y metal. Las impresoras 3D inspiradas en el enfoque del MIT están ahora en uso en muchos laboratorios del mundo.
La motivación inicial era poder producir maquetas a escala para su plena visualización tridimensional, en trabajos de arquitectos y otros especialistas comparables, y ayudar a acelerar el lento proceso de diseñar y probar nuevos objetos.
Sin las impresoras 3D, el paso más lento en el proceso de desarrollo de productos es a menudo la fabricación de prototipos. Cima y sus colaboradores querían ser capaces de crear con rapidez prototipos de instrumentos quirúrgicos, y ponerlos en manos de los cirujanos para obtener sus comentarios.
Con la tecnología de impresión 3D se crea gradualmente una forma, añadiendo una capa fina en cada ocasión. El dispositivo usa un "escenario" (una plataforma metálica montada sobre un émbolo) que sube o baja ligeramente en cada ocasión. Se esparce una capa de polvo especial por toda la plataforma, y luego un cabezal de impresión similar a los de las impresoras de chorro de tinta deposita un líquido aglutinante sobre el polvo, adhiriéndolo. Entonces, la plataforma baja ligeramente, se aplica otra capa fina de polvo sobre la última, y se deposita la siguiente capa de aglutinante.
Extendiendo capa tras capa, cada una con su patrón distinto que va dando relieve al conjunto, un sistema como éste puede crear formas complejas que los sistemas de impresión 3D anteriores basados sólo en líquidos no podían producir. Además, es posible usar diversos materiales y texturas con diferentes combinaciones de polvos y aglutinantes. Se puede crear un objeto con cualquier forma a partir de los polvos adecuados, y los materiales usados pueden ser cerámicas, metales, plásticos, o incluso una mezcla de varios en el mismo objeto "impreso", usando "tintas" diferentes en los cabezales de impresión.
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Con el paso de los años, los investigadores del MIT y una de las empresas que obtuvo la patente del MIT, Z Corporation, añadieron nuevas variantes a la impresora 3D, incluyendo la capacidad de incluir colores en los objetos impresos y utilizar una gama más amplia de materiales. La capacidad de imprimir objetos de metal, en particular, llevó la tecnología desde sólo una manera de visualizar nuevos diseños, hasta un modo de fabricar algunos objetos definitivos, como por ejemplo moldes metálicos usados para el moldeo por inyección en la fabricación de piezas de plástico.
Samuel Allen, profesor de Metalurgia Física en el MIT y catedrático de ese departamento, pasó una década desarrollando el proceso de impresión con metal.
Cada vez hay más fabricantes interesados en esta innovación, porque permite hacer el diseño completo de una herramienta en días, en lugar de meses. Esto significa que resulta viable hacer modificaciones de diseño y comprobar su resultado sin que el proceso se alargue de manera intolerable.
Desde sus inicios, la tecnología de impresión 3D se ha ramificado en bastantes direcciones, a través de diferentes empresas e instituciones de investigación de todo el mundo. Las aplicaciones pioneras han sido de lo más variopinto; desde la impresión de prótesis de extremidades a medida del usuario, hasta la nanoimpresión de maquinaria diminuta, y un proyecto del Media Lab del MIT que desarrolla máquinas para elaborar por impresión ciertos artículos alimenticios como por ejemplo caramelos.
Peter Schmitt, en colaboración con Bob Swartz, ha impreso relojes mecánicos funcionales completos, con todos sus engranajes, manecillas y demás, en un solo dispositivo, listo para ponerse en marcha tan pronto como se le quita el polvo sobrante.
"Estamos adentrándonos en un terreno donde las cosas ya no se fabricarán en una cadena de montaje", acota Swartz. Y su comentario no sólo hace referencia a la capacidad de una impresora 3D para fabricar completo el objeto, sino también a que con las impresoras 3D se puede modificar un patrón básico para que se ajuste al tamaño, forma y gustos personales de un individuo antes de imprimir el objeto.
Otra variante en la que ahora se trabaja es un sistema desarrollado por la investigadora Neri Oxman y su colega Steven Keating para "imprimir" con hormigón. Su objetivo final es la impresión de una estructura completa, incluso un edificio completo.
El modo convencional de aplicar hoy en día el hormigón al construir una estructura, es, en sus rasgos esenciales, el mismo que se inventó y se comenzó a usar en el Imperio Romano.
Construir edificios mediante impresión abriría nuevas posibilidades tanto en la forma como en la función. No sólo sería posible crear caprichosas formas de aspecto orgánico que resultarían muy difíciles o imposibles de obtener usando moldes, sino que la técnica también podría hacer posible variar las propiedades del propio hormigón a medida que se fuera aplicando, según la conveniencia de cada punto de la estructura, creando así estructuras más livianas y fuertes que el hormigón convencional, y que incorporarían algunos rasgos muy ventajosos de las estructuras biológicas, logrando, por ejemplo, una columna que poseyera las características más provechosas de un tronco de árbol.
La impresión de densidad variable no sólo puede ser usada para optimizar la estructura de objetos grandes. Por ejemplo, Oxman ha usado un sistema similar para producir un guante con algunas secciones que son rígidas y otras que son flexibles, diseñado para ayudar a prevenir que el usuario desarrolle el síndrome del túnel carpiano. Esta científica también ha diseñado una silla hecha de distintos polímeros, estableciendo así áreas rígidas para el soporte estructural y áreas flexibles para la comodidad del usuario, todo ello impreso de una sola pieza.
Peter Schmitt está llevando la tecnología en una dirección aún más adentrada en la ciencia-ficción. Intenta, en sus propias palabras, "fabricar máquinas que puedan fabricar máquinas". Hasta ahora, ha creado máquinas que pueden hacer muchas de las piezas de otra máquina. De conseguir crear una impresora capaz de imprimir a otras idénticas con la misma capacidad, se haría realidad el concepto de la Máquina de von Neumann, es decir una máquina autorreplicante capaz de generar clones de sí misma, una cualidad reproductiva que la equipararía a algunos seres vivos.
La fabricación mediante impresión está justo en su amanecer, y aunque todavía hay mucho por hacer antes de que las consecuencias de este concepto sean claramente perceptibles en la sociedad humana, las semillas de la revolución ya han sido plantadas.
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