IMPRESORAS 3D COMO HERRAMIENTAS CIENTÍFICAS

¿CÓMO FUNCIONAN LAS IMPRESORAS 3D?

La impresión 3D constituye una alternativa rápida y de bajo costo a la tecnología de fabricación más tradicional. Además, puede crear equipos, herramientas y estructuras altamente complicadas y altamente especializadas con diseños muy complejos y materiales a elegir entre una amplia gama de posibilidades.

El primer paso para crear un modelo 3D es un diseño con software de representación 3D (tipo CAD). El modelo se guarda en la estereolitografía (fichero.STL). El software de la impresora reinterpreta la información del fichero.STL y la transforma en secciones horizontales 2D que serán las que la impresora vaya imprimiendo de modo aditivo hasta formar el objeto 3D completo.

INVESTIGACIONES CON MODELOS 3D

Aplicaciones Biomédicas

La Biblioteca Nacional de Medicina (USA) utiliza un rápido prototípico para crear archivos de datos clínicos impresos, como la tomografía axial computarizada (TAC), que ayudan en intervenciones quirúrgicas y otros procedimientos médicos.

El campo de la prótesis es probablemente uno de los que tienen el mayor impacto directo en la población en su conjunto, ya que la impresión 3D le permite crear prótesis mucho más baratas que están completamente justificadas por las necesidades y características del usuario.

Con las técnicas de bio impresión 3D los científicos han logrado crear células de hígado que son capaces de vivir durante más de 40 días. Aunque estas células están siendo diseñadas actualmente para testear fármacos nuevos, este hito sugiere que estamos en el buen camino para imprimir órganos en 3D en menos de una década.

Además de las células de hígado, los científicos han impreso también láminas de tejido cardiaco y células madre que pueden reproducir diferentes tipos de tejidos humanos. Y la bio impresión 3D de un prototipo de cartílago sugiere que pronto estaremos en condiciones de reemplazar todo, desde una oreja hasta un corazón entero. De hecho, el Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa imprime estructuras de oreja, nariz y hueso que pueden ser luego recubiertos con células para crear estas partes del cuerpo.

También es posible crear un tejido cardiaco artificial que imita las propiedades mecánicas y biológicas del corazón humano para que estos y otros órganos puedan diseñarse en el futuro para que sean biológicamente compatibles con el receptor, evitando problemas con el rechazo de los cuerpos en el que se implantan. Este sería un hito muy importante en el tratamiento de enfermedades y la capacidad de salvar vidas de la medicina, mientras que los donantes de órganos ya no serán necesarios.

Además, será posible en el futuro crear materiales biológicos que dispensen la medicación con el paso del tiempo, actuando directamente en la zona de interés.

Aplicaciones en Ingeniería

Las aplicaciones en ingeniería son innumerables gracias a la posibilidad de utilizar diferentes materiales en las impresoras 3D. Por ejemplo, el grafeno, un material extraordinariamente resistente, transparente, flexible y ligero, se usa en impresoras 3D para crear chalecos antibalas para profesionales como la policía, que se ajustan perfectamente al cuerpo del usuario.

La manufacturación aditiva es un proceso extremadamente útil tanto en la construcción de instrumentación simulada para su uso en pruebas como de instrumentos reales, con plazos más cortos de tiempo de fabricación y a costes mucho menores que los tradicionales. Se está avanzando rápidamente en la utilización de distintos metales y aleaciones, lo que permite pensar ya en imprimir partes enteras de cohetes espaciales y herramientas de alta precisión y resistencia.

Siguiendo en esta línea, NASA está completando la construcción en 3D del motor de un cohete, habiendo probado ya con éxito la turbo bomba, una de las piezas más complicadas del motor.

Además, las pruebas proporcionaron información para imprimir otras partes metálicas, en este caso concreto un componente de un generador. Este generador es responsable del suministro de electricidad a la bomba que tiene que mandar suficiente combustible al motor para que consiga un empuje tal que le permita superar la atracción gravitatoria de la Tierra. Con el nuevo sistema, este componente se construyó en sólo 10 días, cuando el proceso normal lleva de seis a nueve meses y demostró ser mucho más resistente que los componentes tradicionales cuando es sometido a condiciones extremas.

Pero las naves tienen también partes no metálicas. Así, en el caso de los componentes cerámicos, la cerámica impresa en 3D tiene mayor resistencia a las temperaturas altas y es más sólida que la tradicional. Este tipo de material se utiliza en motores de iones o en sistemas de protección térmica.

CONCLUSIÓN

El futuro de la humanidad reside claramente en la manufacturación aditiva, que es más preciso, de alta velocidad, económica y sostenible que los métodos tradicionales. El mundo de la investigación está familiarizado con esto y es casi innumerables las aplicaciones de esta tecnología. Por ejemplo, las impresoras 3D pueden tener herramientas en los países pobres para realizar investigaciones a un costo mucho menor de lo habitual en el mercado. La posibilidad de compartir fácilmente los modelos 3D en forma de ficheros. STL favorece la transferencia de conocimiento entre los distintos grupos de investigación, y, ayuda también a visualizar y entender mejor los datos obtenidos en experimentos o exploraciones. En definitiva, las aplicaciones de la manufacturación aditiva en ciencia e ingeniería son innumerables, apareciendo nuevos ejemplos día a día.