De sustraer a sumar, así es la fabricación aditiva

Tan acostumbrados estamos de romper para fabricar que dejamos de lado otras posibilidades que ahora toman sentido con el impulso de la economía circular.

Cuando hablamos de romper nos referimos de manera simplificada a la fabricación sustractiva, término genérico para procesos que eliminan materiales para modelar los productos finales.

A diferencia del proceso de eliminación de material de una pieza mayor, los procesos de fabricación aditiva construyen objetos añadiendo material de una capa a la vez, y cada capa subsiguiente se une a la capa anterior hasta que el producto final está completo.

Aunque a menudo los términos de fabricación aditiva e impresión 3D los utilizamos como sinónimos, no son exactamente lo mismo.

Mientras entendemos que la fabricación aditiva hace referencia a todas las técnicas de fabricación por adición de material y empleadas con el objetivo de producir nuevos componentes complejos y durables, por impresión 3D hace alusión a la fabricación de modelos o piezas finales de modo rápido pero limitado y, habitualmente se limita a un tipo concreto de tecnología aditiva, relacionada con el prototipado rápido.

Así, el concepto de fabricación aditiva suele emplearse en entornos industriales, profesionales o especializados, y sería el concepto genérico para aludir al método de fabricación que consiste en añadir capas del material hasta conseguir la forma deseada.

Por otra parte, la impresión 3D se correspondería con las tecnologías aditivas más básicas, sencillas y limitadas, aunque en la actualidad se están logrando resultados espectaculares entre particulares, startups, pequeños diseñadores o desarrolladores.

Si continuamos avanzando en el término de fabricación aditiva podemos observar que se está empleando para crear (casi) cualquier cosa, desde piezas sencillas a productos finales de un elevado nivel técnico.

Nos referimos a elementos como pueden ser piezas de avión, construcciones respetuosas con el medio ambiente, implantes médicos que se utilizan para salvar vidas u órganos humanos artificiales que se crean con capas de células humanas.

Esto es posible gracias a la existencia de diversas tecnologías de fabricación aditiva atendiendo a la tecnología de impresión que se usa.

Vamos a ver las principales:

1. Estereolitografía (SLA)

La estereolitografía (Stereo Litography Apparatus – SLA) es considerada como la pionera de los procesos de fabricación aditiva a mediados de la década de los 80 del pasado siglo.

Se basa en la fotopolimerización, que es la aplicación de un haz de luz ultravioleta a una resina líquida sensible a la luz, todo ello sumergido en un volumen cerrado.

La base que soporta la estructura se desplaza hacia abajo para que la luz vuelva a ejercer su acción sobre el nuevo baño, así hasta que el objeto alcance la forma deseada.

La tecnología SLA es la más utilizada para la creación de prototipos

Ha facilitado el prototipado en todas las áreas de la industria gracias a su velocidad, dependiendo su calidad final de la impresora empleada.

SLA también se utiliza para la producción de moldes de inyección o de fundición, especialmente en el mundo de la joyería y los implantes dentales.

2. Sinterización selectiva por láser (SLS)

Similar a la anterior, permitiendo emplear un mayor número de materiales en polvo, tales como cristal, cerámica, nylon o poliestireno.

El láser impacta en el polvo, funde el material y se solidifica. Todo el material que no se utiliza se almacena en el mismo lugar donde se imprime, por lo que se minimiza el posible desperdicio.

Uno de los principales beneficios de la tecnología SLS es que no requiere de las estructuras de soporte que muchas otras tecnologías de impresión 3D usan para impedir que el diseño colapse durante la producción.

Esto es debido a el producto se ubica sobre una cama de polvo, no siendo necesarios los soportes, lo que reduce los costes de material, acelera la producción de las piezas 3D y evita posibles daños al retirar los soportes de la pieza.

3. Impresión 3D por inyección (MJM)

La inyección de material (material jetting) es lo más parecido a una impresora de inyección de tinta clásica.

El proceso que usa esta tecnología se conoce como modelado de inyección múltiple (MultiJet Modeling – MJM)

Consiste en un cabezal de impresión que se mueve inyectando un fotopolímero (material plástico reactivo a la luz), en lugar de tinta como en las impresoras tradicionales.

El cabezal de impresión está rodeado de luces ultravioletas (UV) que endurecen el material después de ser inyectado. Repitiendo este proceso, se imprime el objeto capa a capa.

Los materiales que se emplean en este tipo de procesos de impresión son materiales céreos fotopolímeros que se pueden combinar entre sí para crear nuevos materiales con características distintas, por ejemplo, rígidas, flexibles, opacas o transparentes.

Así, un material de caucho y un material duro se pueden combinar para fabricar materiales con una gama de diferentes resistencias a la tracción, a la flexión y de impacto.

Se está empleando esta técnica en medicina para la fabricación de implantes.

4. Impresión por deposición de material fundido (FDM)

La técnica FDM es uno de los métodos de impresión más sencillo que hay, y es el que se emplea en la actualidad en las impresoras 3D que se están popularizando.

Su funcionamiento se basa principalmente en 3 elementos, que son la cama de impresión, el filamento del material y el extrusor.

En resumen, el filamento es succionado y fundido por el extrusor, el cual lo deposita de manera precisa, de esta manera, capa a capa se conforma la geometría impresa deseada.

Esta tecnología es compatible con una amplia variedad de polímeros termoplásticos: PLA y ABS, y también de policarbonato como PET, PS, ASA, PVA, nylon, ULTEM y muchos filamentos compuestos que estén basados en metal, piedra, madera.

Esto ofrece interesantes propiedades mecánicas tales como conductividad, biocompatibilidad, resistencia a temperaturas o condiciones extremas

Si reemplazamos el extrusor de la impresora 3D con un sistema de jeringa, también es posible crear piezas de cerámica, arcilla o alimentos.

Es fácil darnos cuenta por qué la fabricación aditiva es un importante habilitador tecnológico necesario para la implantación de una economía circular: elimina pasos innecesarios, aporta flexibilidad en la gama de productos a fabricar, y ahorra materiales, tiempo y logística al poder realizar objetos de forma descentralizada y distribuida.