Qué es manufactura aditiva, historia avances e industrias. Descubre cómo está redefiniendo los límites de la creatividad y la producción.

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En este artículo, exploraremos en detalle qué es la manufactura aditiva, para qué se utiliza, las ventajas que ofrece sobre los métodos convencionales, las tecnologías que la respaldan y las diversas aplicaciones que la han convertido en una herramienta fundamental en industrias tan variadas como la medicina, la aeroespacial y la automotriz. 

¿Qué es manufactura aditiva?

La manufactura aditiva o fabricación aditiva por capas  es el nombre de producción industrial para la impresión 3D, un proceso controlado por computadora que crea objetos tridimensionales depositando materiales, generalmente en capas.

El concepto de manufactura aditiva hace alusión al procedimiento de producir objetos tridimensionales mediante la deposición de material, capa tras capa, con el fin de obtener las formas deseadas. Esta técnica es utilizada para diversas funciones como la elaboración de herramientas y utillajes, la generación de prototipos y la validación de diseños, así como la fabricación de pequeñas series de piezas destinadas a uso final.

La manufactura aditiva, también es conocida como impresión 3D, ha evolucionado desde sus inicios en la década de los 80, cuando se popularizó como una herramienta de Prototipado Rápido.

Inicialmente asociada principalmente con la creación de prototipos debido a limitaciones en los materiales disponibles, esta tecnología imprimía patrones 2D repetidamente hasta formar elementos tridimensionales, siendo valorada principalmente por su utilidad estética y visual en prototipos.

Con el paso del tiempo, mejoras significativas en el control de los procesos de impresión 3D y avances en el desarrollo de materiales han permitido la utilización de polímeros termoplásticos, cerámicos y metales de ingeniería en la fabricación aditiva. Este progreso ha llevado a que los componentes "impresos" posean propiedades mecánicas similares a los productos finales, lo que ha transformado a la MA en una herramienta de manufactura más amplia. 

De los años 70 hasta hoy, momentos clave de la impresión 3D

• 1977: Wyn Kelly Swainson patenta la dirección de un láser sobre una bandeja sumergida en plástico líquido, fusionando una capa de plástico sólido en la parte superior.
• 1986: Chuck Hull patenta la estereolitografía, enfocando luz UV en una superficie de fotopolímero líquido, creando capas entrelazadas.
• 1999: Científicos del Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa imprimen en 3D una vejiga, el primer órgano impreso en 3D.
• 2005: El primer mueble funcional es impreso en 3D por el artista francés Patrick Jouin.
• 2013: La vida de un bebé es salvada por una férula impresa en 3D creada por la Universidad de Michigan.
• 2017: Boeing lanza piezas de titanio impresas en 3D, aprobadas por la FAA, para el 787 Dreamliner.

¿Por qué es importante la manufactura aditiva?

La impresión 3D juega un papel fundamental en la industria 4.0, la innovación y las nuevas tecnologías. 

Cada vez son menos los negocios que logran mantenerse estables en el mercado y para conseguirlo deben consolidar una propuesta que genere valor y continuar vigentes ante los cambios, sin perder de vista la rentabilidad. Es por ello que la impresión 3D al igual que la manufactura aditiva son grandes aliados para las compañías, pues la implementación de éstas tecnologías otorga beneficios en los procesos de producción.

Si bien la impresión 3D le ofrece al mercado en la mayoría de los casos prototipos, hay ocasiones en las que se puede contemplar la fabricación de piezas finales; en cualquiera de los dos casos, ésta alternativa que ha revolucionado la industria moderna, requiere de ajustes al modelo original y de una supervisión detallada, pues pueden presentarse cambios en los materiales de fabricación.

¿Qué se necesita en la manufactura aditiva?

La implementación de la tecnología para la manufactura aditiva demanda una estación de trabajo conectada al centro de producción, donde se pueda diseñar y programar la producción en cadena de nuevos objetos. Por ende, una empresa que opta por esta tecnología innovadora debe contar con:

1. Software de modelado 3D: Es decir, una aplicación de diseño asistido por ordenador (CAD) que permita la creación virtual y la planificación detallada de los objetos a fabricar.

2. Equipo de fabricación aditiva: Esto incluye dispositivos como impresoras 3D, que son esenciales para la materialización de los diseños creados en el software.

3. Almacén de suministros: Se necesita un suministro constante de materias primas, ya sea plástico o metal, que se agregarán capa por capa para dar forma al objeto final durante el proceso de fabricación.

Materiales de la manufactura aditiva

En la manufactura aditiva, se emplean diversos materiales para crear objetos de manera capa por capa:

Metales

Desde metales preciosos como oro y plata hasta aleaciones robustas como el acero inoxidable y el titanio, la manufactura aditiva hace uso de una amplia gama de metales y sus combinaciones.

Cerámica

La zirconia, alúmina y fosfato tricálcico son opciones en la fabricación aditiva. Además, la cocción de capas de vidrio en polvo y adhesivo permite la creación de productos de vidrio únicos.

Termoplásticos

Los termoplásticos son materiales comúnmente utilizados en la manufactura aditiva. Entre ellos se encuentran el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), el ácido poliláctico (PLA), el policarbonato (PC) y el alcohol polivinílico (PVA, principalmente para soporte).

Bioquímica

En aplicaciones sanitarias, se emplean materiales como silicio, fosfato cálcico y zinc para fortalecer huesos. Además, la investigación se centra en el uso de células madre para la creación de vasos sanguíneos, vejigas y otros órganos.

Tecnologías de manufactura aditiva: 

Diversas tecnologías de manufactura aditiva están disponibles, y cada una adopta enfoques y procesos únicos para la construcción de objetos tridimensionales. Descubra a continuación algunos de los tipos más frecuentes de tecnologías de impresión 3D e:

Estereolitografía (SLA):  Conocida como SLA, se erige como la primera técnica de fabricación aditiva, utilizando resina líquida solidificada mediante la exposición a la luz ultravioleta. Este método sentó las bases para el desarrollo de diversas tecnologías en el campo de la manufactura aditiva.

Sinterización selectiva por láser (SLS): Inventada a finales de la década de los 80 en la Universidad de Texas, la Sinterización Selectiva por Láser (SLS) combina un láser con polvo de plástico para la creación de objetos tridimensionales. Un hito que marcó un avance significativo en la evolución de las técnicas de fabricación aditiva.

Laminado de hojas (LOM): Es una tecnología de manufactura aditiva que construye objetos tridimensionales mediante capas de material, como papel o láminas de plástico, dispuestas y cortadas según el contorno deseado con un láser o herramienta similar. Posteriormente, se unen las capas mediante calor o adhesivos. Este método ofrece la ventaja de producir objetos robustos y visualmente distintivos, siendo utilizado en diversas aplicaciones, desde la creación de prototipos hasta la fabricación de piezas funcionales.

Modelado por deposición fundida (FDM): Destaca por su fácil y económico manejo. Esta técnica ha ganado popularidad al permitir la modelación de prototipos y la producción a pequeña escala de manera accesible y versátil.

Fabricación asistida por láser (LAM): En este método, un láser se dirige a un polvo o material líquido, fundiéndolo o solidificándolo capa por capa para formar la pieza final en metal. La LAM ofrece precisión y versatilidad, permitiendo la fabricación de componentes complejos con propiedades mecánicas mejoradas. Este enfoque es aplicado en diversas industrias, desde la aeroespacial hasta la médica, destacando por su capacidad para crear piezas de alto rendimiento con gran detalle y eficiencia.

Inyección de aglutinantes (Binder Jetting): También conocida como Binder Jetting, implica la pulverización de un aglutinante líquido sobre un lecho de polvo, el cual posteriormente se solidifica. Este método ofrece una alternativa única en el proceso de fabricación aditiva.

PolyJet o Material Jetting: Se basa en un láser dirigido a un lecho de polvo metálico, destaca por su capacidad para fabricar prototipos y piezas finales de metal completamente funcionales en un corto tiempo. Una opción que resalta por su precisión y versatilidad en la manufactura aditiva.

Aunque muchas de estas técnicas se han enfocado en el uso de metal y plástico, cada vez más empresas experimentan con otros materiales, incluso incursionando en la aplicación de tecnologías de fabricación aditiva en la creación de alimentos y otros productos innovadores. Un horizonte de posibilidades que amplía el alcance de la manufactura aditiva.