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Impresión 3D EcoBioResponsable




La impresión 3D es un concepto que lo estamos viendo actualmente ya en nuestra vida diaria, ya que  ha dejado de ser algo reservado para los muy técnicos o los denominados “early adopters” (“primeros adoptantes”) de innovaciones que aparecen en el mercado, aunque ya hace más de 30 años que está entre nosotros. En este articulo vamos a ver la impresión 3D desde un enfoque ecobioresponsable, es decir como este conjunto de tecnologías puede ayudar a tener una actitud más responsable y ecológica que nos permita desarrollar nuestra sociedad pero cuidando un poco más el planeta.

Impresión 3D


La cuarta revolución industrial y la impresión 3D

En la reunión anual del Foro Mundial Económico celebrado en Davos a principios de este año 2017 se han identificado ciertas tecnologías claves, a las que  empiezan a llamar “las fabulosas cinco”: Inteligencia Artificial, Internet de las Cosas, Robótica, Impresión 3D y Realidad Virtual, y como forman parte de lo que se denomina La cuarta revolución Industrial, que va a permitir avanzar a un mundo más sostenible, responsable y eficiente.



Impresión 3D ¿De que estamos hablando?

Empecemos con una breve descripción de qué estamos hablando cuando decimos impresión 3D. Realmente la impresión 3D no es tan relevante porque sea una mejora sobre la impresión “clásica”  que todos conocemos y usamos a diario (impresoras de tinta , impresoras láser, offset, serigrafía,  etc.), sino que lo que realmente lo hace una innovación considerada entre las  más importantes de este siglo es que permite y va a permitir mejorar los procesos de fabricación industrial existentes en la actualidad.

Sobre el proceso industrial

Los procesos de fabricación industrial actuales, como puede ser el mecanizado mediante torno de control numérico, se basan en partir de un bloque de material, sobre el que se realizan operaciones quitando capas hasta obtener la pieza tridimensional que se quiere obtener, o  la creación del molde de la pieza a generar partiendo de un diseño previo y producirla de manera industrializada en una fábrica en base a dicho molde.

Sobre el proceso 3D

Por el contrario, las impresoras 3D funcionan de manera totalmente diferente: con un proceso aditivo, es decir se fabrica el objeto desde cero añadiendo capas de material hasta crear la pieza final. Dependiendo el material utilizado o la manera de añadir las capas tendremos un tipo u otro de impresión 3D, pero el proceso siempre se realizará de manera aditiva, de manera que el resultado final es un objeto formado por capas muy finas casi imperceptibles.

Impresión 3D


La impresión 3D, aunque es conocida y utilizada hace años a nivel industrial, hace unos años se ha popularizado gracias a que se ha trasladado la impresión al entorno casero, y a la aparición de todo tipo de material a utilizar, permitiendo la fabricación de todo tipo de objetos y piezas por casi cualquier persona y en cualquier entorno, sin tener que ser industrial.

El proceso es muy sencillo: Se crea un diseño en 3D en el ordenador mediante un programa CAD o similar, que luego se envía a la impresora a que sea impreso capa a capa. Muchos de estos diseños están disponibles en Internet para su libre descarga en comunidades existentes a tal efecto, lo que lo pone al alcance de cualquiera, permitiendo a sectores industriales o artesanos poder fabricar piezas únicas para prototipos, pruebas o entrega definitiva reduciendo costes de montaje y de transporte al hacerse localmente.

La impresión 3D permitirá descentralizar la producción, reducir considerablemente la huella ecológica al reducirse los transportes necesarios, y la fabricación masiva y además dado la constante aparición de materiales para la impresión biodegradables e incluso reciclados, permitirá reducir el ritmo de desaparición de materias primas no renovables.

Impresora 3D


¿Por qué es tan importante para el futuro del planeta la impresión 3D?

Estos últimos 10 años ha habido un gran crecimiento en la venta de impresoras 3D, y paralelamente el coste de las mismas se ha ido reduciendo ostensiblemente (de 18.000 hace años a 400 en la actualidad), y se han vuelto mas rápidas (100 veces más), provocando que sea posible fabricar piezas en cualquier lugar y momento a un precio reducido y muy rápido. Esto está provocando que la relación entre clientes y proveedores esté cambiando, y sea posible en un futuro que ya no sea necesario que las empresas tengan sus fábricas externalizadas en lugares menos costosos y con una gran dependencia de producir grandes cantidades de producto para obtener rentabilidad mediante la economía de escalas.

Desde el punto de vista de desarrollo

Hoy en día la impresión 3D se está utilizando principalmente para acelerar el desarrollo y puesta al mercado de todo tipo de productos, o con series muy limitadas o exclusivas de manera asequible, y sectores como el de la joyería, calzado, diseño industrial, arquitectura, ingeniería, construcción, automoción, aeroespacial, médico o ingeniería civil se están aprovechando de la facilidad de crear productos complejos sin necesidad de una fabricación masiva, en sus propias oficinas y de una manera muy rápida y económica.

Por ejemplo todas las grandes compañías de calzado ya han empezado a imprimirlos en 3D, muchas partes de aviones ya se imprimen localmente en aeropuertos remotos, la propia estación espacial dispone de una para no tener que tener tanto stock, los dentistas lo usan a diario o la mayoría de los audifonos (98%) son impresos de esta manera. Se calcula que para el 2027 el 20% de todo lo que se produce se hará en 3D.

Desde el punto de vista ambiental

Desde el punto de vista ambiental, no solo se produce un ahorro de recursos por la selección de los materiales (se pueden producir piezas un 50% más ligeras que por ejemplo,  en la industria de la automoción y la aviación implica ahorro de combustible durante la fase de uso y por tanto también menor cantidad de emisiones), sino también por la cantidad de material utilizado en la producción (no es necesario tener los moldes necesarios en la industria tradicional, se pueden personalizar piezas y no son necesarias, hay ahorro en el transporte, etc.).

Hay estudios que indican que los efectos de una fabricación mas local supondrán unos ahorros del 5% del petroleo que ahora se consume exclusivamente para el transporte de los bienes por todo el mundo, así como el correspondiente ahorro al no tener que almacenarse productos que no se vendan si baja la demanda, ya que la tecnología 3D permite fabricar cuando sea necesario, permitiendo avanzar a un futuro mas sostenible y responsable.

Tipos de Materiales utilizados en la impresión 3D

En la actualidad, dentro de los materiales que se utilizan en las impresoras 3D los mas utilizados son el plástico ABS (Acrilonitrilo butadieno estireno, derivado del petroleo) y los bioplásticos  derivados del almidón del maíz (denominados PLA), el material por excelencia ecobioresponsable. Se trata de filamentos, que en el caso de PLA es un ácido poliláctico, biodegradable, derivado del maíz o la caña de azúcar y disponible en diferentes colores aunque en numero limitado. PLA además tiene otras ventajas ecológicas como la menor emisión tóxica durante la impresión, menor consumo de producto y es biodegradable por lo que se mantiene como el material mas utilizado. Se utiliza por ejemplo en envasado de productos alimentarios.

El ABS es más barato y es el material que se suele utilizar para prototipado por su buen acabado y alta resistencia a los impactos.

Impresión 3D


Se están desarrollando continuamente nuevos materiales para utilizar en la impresión 3D, y hoy en dia podemos encontrar impresoras 3D con materiales como el plástico, metal, cerámica, madera, resina, sal, arena,  papel, acrílico, cemento, , nylon, comida (por ejemplo chocolate) , e incluso componentes biológicos como células (por ejemplo un grupo de especialistas de EEUU ya han demostrado la viabilidad de los tejidos vivos impresos usando impresión 3D, imprimiendo huesos, cartílagos y músculos ya implantados con éxito en animales con éxito de regeneración del tejido del 90%).

Impresora 3D


Impresora 3D


Usos actuales Ecobioresponsables del 3D

A continuación se muestran algunas de las aplicaciones actuales de la impresión 3D innovadoras

3D bioprinting

También denominada impresión biologica, donde se han conseguido resultados como la impresión de cartílagos, o la impresión 3D de un ovario de ratón realizada por científicos de la Universidad de Northwestern (que se sembraron con óvulos inmaduros y fue implantando en un ratón dando el animal a luz cachorros vivos). Otros ejemplos son estudios de impresión de piel humana, o la impresión de una oreja por parte de investigadores de la Universidad de Princeton. Otro ejemplo es La BioBot  que tiene dos cabezas que son como las cabezas de una impresora de tinta ordinaria, pero en lugar de cartuchos de distintos colores utiliza cartuchos llenos de materiales que el cuerpo reconoce y células humanas. Las cabezas se mueven en dos dimensiones y van depositando una capa de material celular, cuando acaba esta primera capa la mesa de impresión con nuestra fabricación se mueve hacia arriba para crear otra capa, y así capa a capa se va  fabricando un objeto vivo en  3 dimensiones.

Impresora 3D


¿Quieres ver como se puede imprimir la piel humana?

Nadie hubiera podido imaginar hace pocos años este avance tecnológico.



Impresión de Órganos



Impresión de Alimentos

Se imprime todo tipo de alimentos a partir de diferentes materias primas y cualquier otro producto que pueda ser convertido en liquido lechoso. Por ejemplo la empresa Meat&Livestock ha presentado una impresora 3D de carne que produce proteína comestible a partir de restos cárnicos y de carne molida.

Impresión de alimentos


Impresión de todo tipo de piezas

Todo tipo de piezas en 3D utilizadas para prototipos, existiendo incluso ya portales al por menor (B2C) para comercializar estos elementos.

Impresión de todo tipo de piezas


Impresión de implantes

Como la pieza-implante impresa en 3D a un ciudadano americano realizada en material no solo biocompatible sino semejante al hueso, que le permite sustituir el 75% de su cráneo. Otros ejemplos son el primer implante de mandíbula de titanio realizado a una mujer de 83 años , o un el implante de titanio sustituto del esternón implantado al ciudadano británico Edward Evan.

Impresión de implantes


Un estudio publicado por investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Biológica en colaboración con los laboratorios ETH Zürich, muestra un método para desarrollar un nuevo material imprimible compuesto de celulosa vegetal. A partir de este material, fabricado a partir de partículas de nanocristal de celulosa extraídas de la pulpa de la madera, describen cómo imprimir en 3D arquitecturas que presentan propiedades mecánicas similares a las de la madera, que permiten la creación de estructuras más fuertes, ligeras y sostenibles. La celulosa había sido, hasta ahora, una de las materias primas que más quebraderos de cabeza había dado para conseguir hacerla lo suficientemente maleable para imprimirse en 3D sin perder sus propiedades. Esta alternativa es renovable y biodegradable, pero es que según los investigadores el uso de este material haría que la impresión 3D con celulosa fuera más barata y con resultados más resistentes. Por no hablar de otra ventaja singular: propiedades antimicrobios. Sebastian Pattinson, uno de los responsables del estudio, afirmaba que la celulosa es “el polímero orgánico más abundante del mundo“, y su aplicación a todo tipo de industrias lo hace también candidato para ser aprovechado para la impresión 3D.

Complementos

Se pueden imprimir complementos de moda y objetos decorativos como bisutería, zapatos, lamparas, platos, cubiertos, etc.

Elementos reciclados

Coca Cola se ha asociado con una impresora para lanzar al mercado una impresora 3D, la a EKOCYCLE, que permite utilizar como materia prima de impresión botellas de Coca Cola.

Impresora 3D Coca Cola


Proyecto Salvar el océano

El proyecto pretende salvar el océano con la tecnología de impresión 3D, para diseñar estructuras lo más similares posibles a los arrecifes de coral naturales en la isla de Bonaire. El material que utilizarán las impresoras 3D para crear los nuevos arrecifes artificiales serán arenisca y piedra caliza, únicos materiales que pueden ser utilizados para este proyecto debido a su naturaleza. Gracias a la tecnología de impresión 3D, se podrán crear nuevos arrecifes con estructuras más complejas y duraderas que los naturales, para que el ecosistema se mantenga y regenere sin problemas a lo largo del tiempo.

Proyecto Barbara

BARBARA (Biopolymers with advanced functionalities for building and automotive parts processed through additive manufacturing),  El objetivo de BARBARA es desarrollar nuevos materiales biobasados con funcionalidades innovadoras gracias a la incorporación de aditivos también procedentes de la biomasa para que, mediante el empleo de la tecnología de fundido de filamentos (FFF, Fused Filament Fabrication), la más extendida para la impresión 3D o fabricación aditiva, puedan dar lugar a prototipos de aplicación industrial.  Estos nuevos materiales deberán estar basados en residuos alimentarios (de  vegetales y frutos como  zanahorias, almendras o granadas) y agrícolas (maíz) y tener determinadas propiedades mecánicas, térmicas, estéticas, ópticas y antimicrobianas que los hagan aptos para su uso industrial en componentes para sectores de alta exigencia como los mencionados.

Puentes y viviendas

Se pueden imprimir utilizando resinas, plásticos, acero, hormigón, etc.  Existen proyectos como el primer puente 3D de España (puente peatonal con una longitud de 12 metros y 1,75 metros de ancho que representa un hito en la ingeniería civil de España de hormigón y ha sido realizado por el Instituto de Arquitectura Avanzada de Cataluña, y posteriormente construido por Acciona, la empresa española de ingeniería civil. Su diseño cuenta con una arquitectura orgánica y biomimética, asemejando formas de la naturaleza), o está casa, impresa enteramente en 3D y consta de un baño, una sala de estar y una cocina, teniendo un coste su construcción de 1.000 $ y una durabilidad de 175 años. Otro proyecto arquitectónico interesante es Shambalha es una villa italiana que se encuentra a las afueras de Massa Lombarda en la provincia de Ravenna, que hace unos días firmó un acuerdo para comenzar la construcción de la ciudad con la impresora más grande del mundo creada por WASP.

Impresión de un puente


El primer puente impreso

Hace unos días (dic 2016) se presentó el primero puente impreso en 3D en la Comunidad de Madrid, concretamente en Alcobendas.



¿Crees que la impresión 3D es un hype?

Para todos aquellos que creen que la impresión 3D es solamente un “hype”, una burbuja cuyas posibilidades reales se exageran,  espero que los ejemplos mostrados hagan reflexionar al lector sobre la necesidad de utilizar estas tecnologías para avanzar hacia un entorno ecobioresponsable. Y ya para finalizar, y como muestra de lo que viene en el futuro, os dejo con un video de lo que si que es casi-futuro: la impresión 4D.

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