Impresoras 3D: ¿nueva revolución industrial?

El uso de las impresoras 3D se ha extendido más allá de los estudios de diseño.

Por BBC Mundo

Ingenieros y diseñadores llevan años usando impresoras 3D para crear sus prototipos, pero el abaratamiento de esta tecnología está haciendo que sea cada vez más asequible para muchos otros sectores.

Los objetos 3D se crean mediante el envío de un archivo digital o imagen escaneada que se manda a la impresora que los hace realidad capa a capa, en un proceso que se conoce como "fabricación aditiva".

El rango de objetos que esta tecnología puede fabricar se expande rápidamente, en el sector médico se usa para fabricar implantes, mientras que la industria de la moda coquetea con ella en la elaboración de prendas de vestir.

¿Podríamos estar presenciando una nueva revolución industrial? La BBC analizó los avances de esta tecnología y los problemas que podría plantear su uso en un futuro en el ámbito doméstico.

Proceso de impresión

Las impresoras 3D nos permiten elaborar objetos bellamente diseñados con una gran precisión. En Inition Ltd, un estudio de diseño en el barrio de Shoreditch, en Londres, ya no sólo se dedican a diseñar los productos, sino que los fabrican.

Con una especie de pistola-escaner pueden digitalizar cualquier objeto, traspasar la información a una de las impresoras 3D que tienen en una esquina de la oficina y materializar la imagen en cuestión de minutos.

"Es toda una nueva forma de producir objetos personalizados, es una de las mejores cosas de las impresoras 3D y también el hecho de tenerlo en tus manos en cuestión de horas, en lugar de esperar a un barco desde otra parte del mundo", explica Andy Millns, director creativo de la empresa.

Pero algunos expertos consideran que las impresoras 3D pueden ir mucho más allá, que nos podrían conducir a una nueva revolución industrial.

Popularización

Investigadores británicos ya ensayan el uso de estas impresoras en el sector de la construcción.

Una de las razones, es el vertiginoso descenso en el precio de esta tecnología. Si en 2002 una impresora 3D costaba unos US$32.000, hoy se puede adquirir una por tan sólo US$1.600.

Actualmente, este tipo de impresoras funcionan con un número limitado de materiales, generalmente plásticos y resinas, pero ya empiezan a aparecer las que también imprimen con metales como el titanio y el acero.

Además la diversidad de objetos que se fabrican con estas impresoras no deja de aumentar. En el mundo de la medicina se utiliza principalente en el área odontológica

Ya se ha usado, por ejemplo, en implantes de mandíbula hechos con titanio.

Por su parte, en la Universidad de Loughborough, en Reino Unido ensayan la impresión con cemento, lo que podría transformar el mundo de la construcción.

Uso doméstico

En medicina se ha ensayado exitosamente con implantes de mandíbula hechos de titanio.

Pero para otros la verdadera revolución empezará en nuestros hogares, cuando se mejore la calidad de impresión de este tipo de aparatos en tamaño doméstico.

En un barrio de Londres Paul Candler es un buen ejemplo de ello. Es tan sólo un aficionado a esta tecnología y ha logrado mejorar la calidad de su impresora 3D, haciendo que imprima capas de tan sólo 20 micrones, una cincuentésima parte de un milímetro.

"Creo que se convertirá en un electrodoméstico común. Si lo piensas no ha pasado mucho tiempo desde que la gente dudara de que todo el mundo tendría una computadora en casa", asegura Candler.

"Cuando llegue el momento en que todo lo que tengas que hacer es meter el archivo y apretar un botón, será cuando se convertirá en tendencia".

Candle se ha unido a un grupo de usuarios que comparte diseños para que otros aficionados de las impresoras 3D puedan descargarlos. Es este tipo de práctica lo que algunos consideran generará un problema de derechos de autor.

Piratería

Una vez en internet ningún diseño estará a salvo de la piratería.

Toda nueva tecnología revolucionaria proporciona tanto oportunidades como amenazas, tan sólo hace falta preguntarle a la industria discográfica.

A medida que se popularicen las impresoras, 3D también se incrementará el valor de los diseños digitales que alimentan a estas impresoras, pero con ello aumentará el riesgo de piratería.

Una vez los diseños se filtran en internet, no hay nada que impida a alguien, en cualquier parte del mundo, el imprimir tus productos sin tu permiso.

Sin embargo, miembros del sector del diseño piensan que las impresoras 3D podrían incluso ayudar a evitar el plagio.

"La velocidad de comercialización será mucho más rápida y esto es crucial en lo que respecta a propiedad intelectual, donde tienes que lanzar algo rápidamente y sacar partido de tu invención antes de que alguien la copie", argumenta el diseñador James Dyson.

En el Royal College de Londres, los estudiantes reciben tutoriales para convertir sus diseños en productos reales y las impresoras 3D ya son un elemento esencial a la hora de fabricar prototipos.

H-P apuesta su futuro a las imprentas digitales

Por BEN WORTHEN

Meg Whitman se comprometió a sanear las finanzas de Hewlett-Packard Co. en su primer año como presidenta ejecutiva del gigante tecnológico estadounidense. Pero afronta un gran obstáculo.

El crecimiento en la división de impresoras de H-P, por mucho tiempo su gallina de los huevos de oro, se está estancando. El negocio aporta más de la mitad de la ganancia anual de US$7.100 millones de la empresa.

Bloomberg News

A medida que el público en general y los empleados de oficina utilizan más los formatos digitales, las ventas en la división de impresión se mantuvieron el año pasado en US$25.800 millones. La ganancia operativa cayó 10% a US$4.000 millones.

Para acelerar el crecimiento y reavivar los números, Whitman está apostando en grande a prensas digitales de 22 metros de largo que cuestan entre US$1 millón y US$2 millones cada una. Estas máquinas —dirigidas a imprentas comerciales que producen libros, publicidad por correo y catálogos— buscan reemplazar las impresoras manuales offset que muchos negocios han usado por tanto tiempo.

Desde que presentó el prototipo de una imprenta digital en 2008, H-P ha invertido más de US$1.000 millones en la investigación y el desarrollo de las máquinas y productos relacionados. Y el esfuerzo se acelera. H-P planea presentar nuevos modelos de imprentas digitales en marzo y luego hacer una aparición estelar en la gran feria de la industria en mayo en Düsseldorf, Alemania, donde tendrá el segundo stand más grande, de 5.140 metros cuadrados.

H-P también está cortejando a imprentas comerciales como Courier Corp., en Massachusetts, que compró tres prensas digitales H-P a partir de 2010 y ha usado las máquinas para lanzar un negocio de libros de texto universitarios adaptados al cliente.

Las imprentas tradicionales toman tiempo en instalarse y dan mejores resultados cuando producen miles de copias de la misma imagen. Las prensas digitales, en cambio, graban las imágenes electrónicamente, así que no hace falta el paso extra de cambiarlas.

Jim Conway, presidente ejecutivo de Courier, asegura que los ingresos de su negocio de libros de texto personalizados se quintuplicaron en 2011 tras generar "unos cuantos millones de dólares" el año previo, y espera que se dupliquen en 2012.

Whitman, que H-P no dejó que fuera entrevistada para este artículo, debe hacer que sus estrategias produzcan dinero para fortalecer las finanzas de la empresa.

La compañía con sede en Palo Alto, California, terminó el año fiscal en octubre con US$8.000 millones en efectivo y US$23.000 millones en deuda a largo plazo, en comparación con US$11.000 millones y US$15.000 millones, respectivamente, un año antes.

Las reservas en efectivo de H-P se redujeron el año pasado bajo el mando de Léo Apotheker, quien usó más de US$10.000 millones para financiar la adquisición de la empresa de software Autonomy Corp., y más para cubrir costos de reestructuración, incluido la cancelación del sistema operativo webOS de la empresa.

Los inversionistas están perdiendo la paciencia. Las acciones de H-P cayeron cerca de 40% en los últimos 12 meses, y alcanzaron un mínimo de seis años a fines del año pasado.

En su esfuerzo por recuperarse, H-P afronta un número de competidores en el mercado de imprentas digitales, como Eastman Kodak Co., Canon Inc. y Ricoh Co., que en 2010 vendieron más unidades cada uno que H-P, según los datos más recientes disponibles de la firma de investigación InfoTrends.

Aun así, H-P está haciendo avances. En los primeros nueve meses de 2011, la empresa ascendió del quinto puesto al segundo, informa InfoTrends.

H-P ha vendido un poco más de 50 imprentas web desde el debut de la máquina en 2009, indicó la compañía.

Las prensas digitales "es el área de mayor crecimiento para nosotros", dice Vyomesh Joshi, jefe de la división de impresión de H-P. Se prevé que las ventas de imprentas crezcan más de 20% al año, de acuerdo con InfoTrends.

El crecimiento ocurre a pesar del hecho de que las máquinas son muy caras para muchas empresas de impresión, que tienden a ser negocios pequeños y medianos que han hecho inversiones significativas en impresoras tradicionales.

Chris Morgan, vicepresidente de H-P encargado del negocio de imprentas digitales, reconoce que las máquinas a veces no son fáciles de vender.

"Alguien que haga ese tipo de inversión tiene que tener suficientes negocios", dice.

El arte de la impresión en 3D

La profesora del MIT Neri Oxman desarrolla nuevas técnicas de diseño que aprovechan las ventajas de la “fabricación aditiva”.

Por Kevin Bullis

Como parte de nuestro informe especial sobre la fabricación, le pedimos a Neri Oxman, profesora del Media Lab en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, en Estados Unidos) y una artista de trayectoria internacional cuya obra forma parte de la colección permanente del Museo de Arte Moderno de Nueva York, que creara una escultura ilustrando el futuro de la fabricación (ver una galería de imágenes aquí).

Lo que produjo, en colaboración con Craig Carter, profesor de ciencia de los materiales en el MIT, es una imponente demostración de las posibilidades de la impresión en 3-D, usando técnicas que aprovechan las capacidades de las impresoras 3-D para lograr resultados inalcanzables con las técnicas convencionales de fabricación.

La impresión en 3-D engloba toda una serie de tecnologías, desde cabezales de inyección de tinta montados sobre brazos mecánicos capaces de depositar plásticos capa a capa para formar complejos modelos, a los más recientes sistemas láser que sinterizan polvos metálicos para fabricar piezas duraderas para aviones. Las impresoras 3-D se han usado principalmente para prototipos, pero también empiezan a ser una opción para la fabricación y, según Oxman, pueden acabar usándose para imprimir edificios. Pero los diseñadores y arquitectos aún no han descubierto cómo aprovechar sus posibilidades.

Oxman, que estudió arquitectura, afirma que en la actualidad los edificios se diseñan pensando en los componentes con los que se pueden fabricar: maderas, láminas de cristal, vigas de acero y columnas de hormigón. En consecuencia, los diseños son limitados, de forma similar en la que las piezas de Lego limitan las formas en las que pueden construir los niños. En la fabricación convencional hay limitaciones similares, hay formas que no se pueden construir con los moldes y máquinas existentes y los diseñadores han tenido que hacer su trabajo pensando en esos obstáculos.

Oxman explora formas de romper con los convencionalismos a la hora de diseñar, buscando patrones y procesos en la naturaleza y usando las ecuaciones que definen estos procesos para generar nuevos diseños. Los resultados suelen ser sorprendentes formas y estructuras que solo se pueden crear con impresoras 3-D.

Para desarrollar los algoritmos necesarios, Oxman se ha aliado con Carter y otros. En algunos casos, los algoritmos proporcionan  una nueva estética, pero también pueden tener aplicaciones prácticas, como por ejemplo, cambiar la estructura de lo fabricado para que soporte mejor las cargas. En el caso de una escultura concreta -un modelo de una chaise longue- Oxman combinó  los algoritmos tomados de la naturaleza con un mapa de la presión que ejerce el cuerpo sobre la silla. El aspecto y materiales de la silla resultante depende de dónde deciden los algoritmos que ésta debe ser blanda para proporcionar comodidad, y dónde debe ser rígida para proporcionar apoyo.

Para la escultura creada por Oxman para Technology Review, ella y Carter no tenían las mismas restricciones estructurales que impone una silla. La única condición era que el resultado tuviese el aspecto de un cubo y llevara las palabras “Fabricando el Futuro” en una de sus caras. El cubo resultante no es un objeto práctico, pero ilustra cómo enfocan estos profesionales el diseño.

Los algoritmos usados para definir la forma de la escultura están basados en procesos naturales. Uno es la separación de dos fluidos. A altas temperaturas el aceite y el vinagre, por ejemplo, son completamente solubles, pero según se va enfriando esta mezcla, los dos fluidos empiezan a separarse. 

“Escribo una serie de ecuaciones basándome en conocimientos de termodinámica y cinética de los materiales y éstas desarrollan unas estructuras que parecen fluidos separándose”, explica Carter. La escultura resultante representa ese proceso detenido en el tiempo, como si se hubiera recortado un cubo del centro de la mezcla de líquidos. Para hacer las letras Carter creó otras ecuaciones que hacían que éstas atrajesen un fluido y repeliesen el otro.

Oxman y Carter jugaron con los algoritmos hasta alcanzar la forma deseada y luego enviaron el diseño resultante, creado con ayuda del ordenador, a la empresa de impresión en 3-D Object para fabricar el cubo de 15 centímetros de lado.

La tecnología usada para fabricar el cubo implica una impresora de inyección que coloca una base de tinta de polímeros que se expone a una luz ultravioleta para preservarla. Para ello es necesaria la impresión de una estructura de soporte desechable, hecha con un polímero blando que se elimina con un chorro de agua.

Los diseños de Oxman fuerzan los límites de las impresoras 3-D existentes, el cubo era tan complejo que resultó imposible retirar todo el material de soporte del centro. Sin embargo, forzar los límites de la impresión en 3-D es parte del objetivo de esta artista. De hecho, su laboratorio en el MIT está desarrollando nuevas clases de impresoras 3-D.

El laboratorio de Oxman también desarrolla sistemas robóticos capaces de imprimir grandes estructuras de hormigón para edificios. El nuevo sistema robótico se está diseñando para poder variar la densidad del hormigón, posibilitando el uso de hormigón denso y fuerte donde sea necesario para la estructura, y hormigón ligero y poroso para las paredes que no son de carga, para ahorrar en materiales. Con el tiempo quizá sea posible imprimir hormigón tan poroso que sea traslúcido, reduciendo la necesidad de iluminación interior.

Oxman hace avanzar el diseño gracias a su arte. Afirma que el enfoque usado para el cubo de Technology Review podría servir de base para una de las 18 esculturas de una nueva exposición que está montando para el centro Pompidou en París. La exposición se inaugurará esta primavera.

Copyright Technology Review 2012.