Impressió 3D: allò que cal saber

No són la impressora de les seves rodes margarides de la teva àvia o la matriu de punts de la teva mare. De fet, no s'assemblen gaire a les impressores de documents o fotografies actuals, que només poden imprimir en dues versions antigues. Com el seu nom indica, les impressores 3D poden crear objectes tridimensionals, a partir de diversos materials. Van a la mainstream, apareixen a botigues minoristes com Staples, Best Buy i Home Depot, i podeu comprar nombroses impressores 3D i els seus subministraments a Amazon.com i a altres punts de venda en línia. Tot i que encara es troba majoritàriament als pisos de la botiga o als estudis de disseny, a les escoles i centres de la comunitat i de la mà dels aficionats, les impressores 3D es troben cada vegada més a les banques de treball, a les sales de cuina i a les cuines, i potser a una casa propera, si no la seva.

Què és la impressió 3D?

El més bàsic, la impressió 3D és un procés de fabricació en el qual el material es col·loca, capa per capa, per formar un objecte tridimensional. (Es considera que és un procés additiu perquè l’objecte es construeix des de zero, en contraposició als processos subtractius en què el material es talla, es perfora, es fresa o es mecanitza.) Tot i que les impressores 3D utilitzen una gran varietat de materials (com plàstic o metall) i tècniques (vegeu "Com funciona la impressió 3D?" a continuació) comparteixen la capacitat de convertir fitxers digitals que contenen dades tridimensionals, ja sigui creats en un disseny assistit per ordinador (CAD) o en un programa de fabricació assistida per ordinador (CAM), o des d'un escàner 3D: objectes físics.

Impressió 3D és fins i tot impressió?

Sí, es pot considerar la impressió en 3D com a impressió, tot i que no com s'ha definit tradicionalment. Les definicions rellevants de "impressió" de Webster es centren en la producció de material imprès, publicacions o fotografies i la producció mitjançant impressió (aplicació de la pressió). Cap de les definicions s'adapta realment a la impressió 3D. Però des d’una perspectiva tecnològica, la impressió 3D és un desgast de la impressió tradicional, en la qual s’aplica una capa de material (normalment tinta). Normalment és tan prim que no hi ha una alçada perceptible (tot i que amb impressores de tinta sòlida, és una mica més gruixuda). El que fa la impressió 3D és ampliar molt aquesta alçada mitjançant l’aplicació de diverses capes. Per tant, tindria sentit ampliar la definició d'impressió per incloure la fabricació d'objectes tridimensionals d'aquesta manera.

Com funciona la impressió 3D?

Igual que les impressores tradicionals, les impressores 3D utilitzen diverses tecnologies. El més conegut és el modelatge de dipòsits fusionats (FDM), també conegut com a fabricació de filaments fusionats (FFF). En ell, es fon un filament -compost per acrilonitrila butadiene estiren (ABS), àcid polilàctic (PLA) o un altre termoplàstic- i es diposita a través d’una boquilla d’extrusió escalfada en capes. Les primeres impressores 3D que van sortir al mercat, realitzades a mitjans dels anys 90 per Stratasys amb l'ajut d'IBM, van utilitzar FDM (un terme registrat per Stratasys), de la mateixa manera que la majoria d'impressores 3D destinades a consumidors, aficionats i escoles.

Una altra tecnologia utilitzada en la impressió 3D és l’estereolitografia. En ell, un làser UV es converteix en una tapa de fotopolímer sensible als ultraviolats, traçant l'objecte que s'ha de crear a la seva superfície. El polímer es solidifica allà on la biga la toca i el feix "imprimeix" l'objecte capa per capa segons les instruccions del fitxer CAD o CAM del qual treballa.

A més, també teniu impressió 3D del projector de llum digital (DLP). Aquest mètode exposa un polímer líquid a la llum d’un projector digital de processament de llum. Això endureix el polímer capa per capa fins que es construeix l'objecte i el polímer líquid restant es drena.

El modelatge multi-jet és un sistema d'impressió 3D similar a un inkjet que espira un enquadernador de cola semblant a cola en successives capes de pols on s'ha de crear l'objecte. Aquest és un dels mètodes més ràpids i un dels pocs que admet la impressió multicolor.

És possible modificar una injecció de tinta estàndard per imprimir amb materials diferents de la tinta. Emprenedors personals han construït o modificat caps d'impressió, generalment caps piezoelèctrics, per treballar amb diversos materials; en alguns casos, imprimint els capçals d'impressió en altres impressores 3D! Empreses com MicroFab Technologies venen caps d’impressió capaços de fer 3D (així com sistemes d’impressió complets).

La sinterització selectiva amb làser (SLS) utilitza un làser d’alta potència per fusionar partícules de plàstic, metall, ceràmica o vidre. Al final del treball, el material restant es recicla. La fusió del feix d’electrons (EBM) utilitza -t’ho heu pensat- un feix d’electrons per fondre pols de metalls, capa per capa. El titani s’utilitza sovint amb EBM per sintetitzar implants mèdics, així com peces d’avions.

Depenent de la tècnica, les impressores 3D poden utilitzar diversos materials, inclosos, però sense limitar-se a metalls (acer inoxidable, soldadura, alumini i titani); plàstics i polímers (inclosos els compostos que combinen els plàstics amb metalls, fusta i altres materials); ceràmica; guix; vidre; i fins i tot productes alimentaris com formatge, guinda i xocolata! (Consulteu la nostra imprimició sobre tipus de filaments d'impressora 3D.)

Qui va inventar la impressió 3D?

La primera impressora 3D, que va utilitzar la tècnica d’estereolitografia, va ser creada per Charles W. Hull a mitjans dels anys 80. L’estereolitografia és en gran mesura una tècnica comercial cara, amb les màquines que sovint costen 100.000 dòlars o més.

El 1986, Hull va fundar 3D Systems, una empresa que avui ven venedores d’impressores 3D que utilitzen diverses tecnologies. Van des de kits d'entrada fins a sistemes comercials avançats, i 3D Systems també proporciona serveis de peces a la carta, principalment per a usuaris empresarials.

Quins avantatges té la impressió 3D?

Amb la impressió 3D, els dissenyadors tenen la capacitat de convertir ràpidament conceptes en models o prototips 3D (alias "prototipatge ràpid"), i implementar canvis de disseny ràpids. Permet als fabricants produir productes a demanda més que en grans tirades, millorant la gestió d’inventaris i reduint l’espai de magatzem. Les persones que es troben en llocs remots poden fabricar objectes que d’altra manera serien inaccessibles.

Des d’un punt de vista pràctic, la impressió 3D pot estalviar diners i material versus tècniques subtractives, ja que es perd molt poca matèria primera. I promet canviar la naturalesa de la fabricació, aconseguint que els consumidors descarreguin fitxers per imprimir fins i tot objectes 3D complexos, inclosos, per exemple, dispositius electrònics, a les seves cases.

Què poden fer les impressores 3D?

Els dissenyadors utilitzen impressores 3D per crear models i prototips de productes ràpidament, però cada vegada s’utilitzen més per fer productes finals. Entre els articles elaborats amb impressores 3D hi ha dissenys de sabates, mobles, foses de cera per a fer joies, eines, trípodes, articles per a regals i novetats i joguines. Les indústries de l’automoció i l’aviació utilitzen impressores 3D per fabricar peces. Els artistes poden crear escultures i els arquitectes poden fabricar models dels seus projectes. Els arqueòlegs utilitzen impressores 3D per reconstruir models d’artificis fràgils, incloses algunes de les antiguitats que els darrers anys han estat destruïdes per l’ISIS. Així mateix, els paleontòlegs i els seus estudiants poden duplicar esquelets de dinosaure i altres fòssils. Consulteu la nostra galeria d'objectes d'impressora 3D senzills i pràctics.

Els metges i tècnics mèdics poden utilitzar impressió 3D per confeccionar pròtesis, audiòfons, dents artificials i empelts ossis, així com replicar models d’òrgans, tumors i altres estructures corporals internes a partir d’analitzacions de TC per a la cirurgia. Un bon exemple és Project Daniel, que imprimeix 3D amb braços i mans protèsics per a víctimes de la violència al Sudan. A més, s'estan desenvolupant impressores 3D que puguin establir capes de cèl·lules per crear òrgans artificials (com els ronyons i els vasos sanguinis) ja estan en fase d'R + D. Hi ha fins i tot un lloc per a la impressió 3D en forenses, per exemple per replicar una bala allotjada a la víctima.

L’electrònica impresa és un conjunt de mètodes d’impressió que permeten imprimir dispositius electrònics o circuits en material flexible com etiquetes, teixits i cartró, mitjançant aplicacions de tintes electròniques o òptiques. Proporciona una fabricació de dispositius de baix rendiment a molt baix cost. L'electrònica impresa comença a combinar-se amb la impressió 3D, la qual cosa permet imprimir circuits o dispositius en capes. Un resultat natural d’aquest potent combinat és que algun dia podreu imprimir gadgets des de plans 3D en lloc de comprar-los.

La preparació d'aliments és una altra manera de fer servir impressores 3D. El French Culinary Institute ha estat utilitzant una impressora 3D de codi obert desenvolupada a la Universitat Cornell per preparar delicadeses artístiques i MIT ha creat una impressora alimentària 3D anomenada Cornucopia. Un petit nombre de restaurants estan posant a prova prototips d'impressores d'aliments. La investigació en impressió 3D de la NASA ha inclòs la impressió d'aliments, com ara la pizza impresa en 3D.

Un bon grapat d’impressores 3D alimentàries han estat disponibles comercialment. Acostumen a centrar-se en determinats productes alimentaris, com la xocolata, les creps o les galetes.

Què són els serveis d'impressió 3D?

No cal ser propietari d’una impressora 3D per beneficiar-se d’una. Molts serveis d’impressió 3D, com Shapeways i Sculpteo, imprimeixen regals i altres petits articles sota comanda a les seves pròpies impressores 3D, després els envien al client. Els clients poden enviar els seus propis fitxers d'objectes 3D o triar articles, la majoria dissenyats per altres usuaris del servei, des d'un catàleg en línia.

Però els serveis d’impressió 3D ja no són exclusivament domini d’especialistes. Grans empreses com Staples i UPS han introduït serveis d’impressió en 3D i algunes botigues d’impressió tradicionals han afegit impressió 3D al seu repertori.

On puc obtenir una impressora 3D?

La majoria de fabricants d’impressores 3D venen els seus productes directament en línia. Actualment, molts e-tailers els emmagatzemen, incloses empreses només en línia, com Amazon.com, i d'altres que també tenen botigues de maó i morter. Alguns d’aquests últims, com ara Walmart, Best Buy i Staples, els ofereixen a les botigues i també en línia, però assegureu-vos de comprovar la disponibilitat de botigues als seus llocs web ja que no tots els punts de venda els transporten. A les grans ciutats s'han obert diverses botigues d'impressores 3D. Per exemple, iMakr té aparadors a Londres i Nova York.

Uns quants minoristes en línia s’especialitzen en impressores 3D, com Dynamism, que ven una gamma d’impressores 3D de diferents marques i també proporciona atenció al client.

Quin programari necessito per a la impressió 3D?

Gairebé totes les impressores 3D accepten fitxers en el que s'anomena format STL (anomenat per a estereolitografia). Aquest tipus de fitxers poden ser produïts per la majoria de qualsevol programari CAD, des de costosos paquets comercials com AutoCAD fins a productes lliures o de codi obert, com Google SketchUp i Blender. Per a aquells que no estiguin inclinats a crear els seus propis fitxers 3D, les bases de dades d'objectes 3D, com ara Thingiverse de MakerBot, ofereixen nombrosos fitxers d'objectes 3D que es poden descarregar i imprimir.

La majoria d’impressores 3D disposen d’una suite de programari, ja sigui subministrada al disc o disponible per descarregar, que inclou tot el que necessiteu per obtenir impressió. Les suites solen proporcionar un programa per controlar la impressora i una llesca, que, en preparació per a la impressió, formata el fitxer objecte en capes en funció de la resolució seleccionada i altres factors. Algunes suites inclouen un programa per "curar" l'arxiu d'objectes corregint problemes que podrien interferir amb una impressió fluida. Els programes van sortir del moviment de codi obert RepRap, a partir del qual es va desenvolupar la impressió aficionada en 3D. Amb algunes impressores, podeu triar els programes de components individuals que voleu descarregar en lloc d’anar amb el que es proporciona a la suite.

Què comporta el futur per a la impressió 3D?

Es pot trobar una gran varietat d’impressores 3D per a habitatges i petites empreses: PCMag n’ha revisat moltes, però sovint es veuen com a contrapots exòtics i bastant cars. Espereu que això canviï durant els pròxims anys, quan les impressores 3D es facin més habituals a les cases: es poden trobar als bancs de treball, als estudis, a les oficines de la llar i fins i tot a la cuina. És possible que no les trobeu a totes les cases, però seran indispensables per a aquelles persones que en tenen. En la seva majoria, els articles fabricats amb impressores 3D han tingut interiors homogenis, però començarem a veure creacions més complexes que combinen diversos materials i composites, així com electrònica per imprimir. Amb les impressores 3D actuals, si perdeu la cobertura de la bateria del vostre comandament de TV, podeu imprimir una tapa de recanvi. Amb demà, si perdeu el comandament, podreu imprimir un nou comandament.

A més, la impressió 3D està guanyant peu a l’espai exterior. La NASA experimenta amb impressores 3D a l'estació espacial internacional. Finalment, es podrien utilitzar impressores 3D per crear hàbitats a Mart i altres mons. Per salvar els astronautes de l'Apollo 13 de morir per asfixiació de monòxid de carboni, la NASA havia de trobar, efectivament, la manera de col·locar una pissarra quadrada en un forat rodó. Si hi hagués una impressora 3D a bord, potser han estat capaços de resoldre el problema fàcilment dissenyant i imprimint un connector.

Els astronautes no poden canviar el Home Depot si han de substituir una vàlvula o un giny, però una impressora 3D en pot fabricar una segons les necessitats. De la mateixa manera, veurem impressores 3D a les bases de l'Antàrtida i altres ubicacions terrestres remotes, on els usuaris no poden esperar sis mesos per al proper subministrament per reemplaçar peces o eines essencials.

Les aplicacions mèdiques d’impressió 3D no s’aturen amb pròtesis, audiòfons i corones dentals. (Consulteu "Què poden fer les impressores 3D?" Anterior per obtenir una vista prèvia de les obres.) Les peces de substitució no s'han de restringir al mecànic.

Els darrers anys, hem vist una explosió en la varietat i els usos de les impressores 3D. És semblant a la de la informàtica personal cap a l'any 1980. Tot i que és prou fàcil veure algunes de les àrees en les quals el camp de la impressió 3D s'hi adherirà, altres estan fora de la nostra capacitat de predir, de la mateixa manera que ningú al voltant del 1980 podria haver imaginat gran part del que l’ordinador personal es convertiria. És possible que la impressió 3D no tingui el mateix impacte que la PC, però sí que té el potencial de revolucionar la fabricació i, potser més important, de posar-la a mans dels consumidors quotidians. Una cosa és segura, però: la impressió 3D és aquí per quedar-se.

Per obtenir més informació, consulteu la nostra guia sobre les 10 millors impressores 3D i algunes dades d’adopció primerenca.