– Abr 28, 2019, 17:30 (CET)

La primera impresora 3D: convirtiendo píxeles en materia

Juguetes, comida, prótesis quirúrgicas, piezas, prototipos… La impresión 3D ha permitido crear de la nada, o a partir de una materia prima, toda suerte de elementos físicos que pueden emplearse en cualquier industria, en la salud, en la educación o en el entretenimiento. ¿Quién se iba a imaginar que un día podríamos imprimir y dar forma a la realidad física a partir de un modelo virtual?

Hay un gran salto evolutivo entre las primeras piezas de artesanía moldeadas en barro de la prehistoria y los objetos impresos en 3D a partir de polímeros plásticos, pero ambos procesos parten del mismo propósito: dar forma a la materia.

Durante siglos, el ser humano ha descubierto distintas maneras de moldear toda clase de materia para crear objetos tan simples como un jarrón o tan complejos como un avión a reacción. Y aunque la impresora 3D no es algo nuevo al 100%, sí supone una revolución en cómo nos relacionamos con el mundo físico y cómo, a partir de una misma herramienta, podemos crear toda clase de objetos, piezas o más herramientas.

La impresora 3D es una tecnología relativamente joven y aunque ya está implementada en muchos sectores, en especial en la industria, todavía empezamos a explorar algunas de sus prácticamente infinitas posibilidades. Los primeros ejemplos consistían en recreaciones a pequeña escala de objetos o piezas para montar objetos más bien sencillos. Pero, en la actualidad, cada vez es más frecuente leer noticias como el uso de la impresión en 3D para crear implantes o para desarrollar un ojo biónico, gracias a que una impresora 3D ya es capaz de imprimir empleando cualquier material sintético. Incluso es posible trabajar con material biológico.

Sectores como la aeronáutica o la automoción, la gastronomía, la ciencia y la sanidad o el mundo del entretenimiento… Incluso nosotros a nivel individual podemos beneficiarnos de la impresora 3D, ya que si bien su precio es mucho más elevado que el de una impresora al uso, los precios son cada vez más competitivos si lo único que necesitamos es imprimir pequeñas piezas para montar mecanismos u objetos de cierta complejidad.

Pero todo tiene un principio, y aunque el nacimiento de la impresora 3D es muy cercano en el tiempo, su origen va más allá. Veamos cómo empezó todo.

Imprimiendo plástico en vez de tinta

Siendo muy estrictos, la impresión como tal tiene siglos de antigüedad. La prueba más antigua de impresión, empleando la técnica de la xilografía o impresión con madera, data del 220 después de Cristo, en China. Y es que por impresión entendemos un proceso de reproducción, que si bien suele ser reproducción de texto e imágenes con tinta sobre papel, con el tiempo esta definición se ha ampliado, ya que por un lado la lista de elementos donde se reproducía algo se ampliaba a decenas de materiales, por el otro el material empleado para imprimir seguía siendo tinta o similar si exceptuamos la impresión térmica o la también reciente impresión térmica de cera. En cualquier caso, la impresión resultante siempre era en dos dimensiones, plana salvo excepciones en relieve.

No es hasta los años 80 del siglo XX que nace la impresión 3D como tal, ligada semánticamente a la impresión como tal por su funcionamiento pero muy alejada en cuanto a los resultados. Es en 1983 cuando el norteamericano Charles W. Hull, más conocido como Chuck Hull, crea la primera pieza impresa en 3D mediante el proceso conocido como estereolitografía. Al año siguiente patentará la impresión mediante este sistema y en 1986 fundará su propia empresa, 3D Systems, la primera compañía de impresión 3D. De ahí a conocer la primera impresora 3D comercial, la SLA-1, puesta a la venta en 1987. SLA por stereolithography apparatus o aparato de estereolitografía en español.

Pero vayamos por partes, y es que como ocurre con casi todos los inventos, no hay un único responsable del mismo, y en ocasiones, de varios proyectos en paralelo surge un solo ganador. Es el caso de la impresora 3D.

Tres orígenes a elegir

Oficialmente, el padre de la impresión 3D es Chuck Hull, pero no fue el único en interesarse por esta tecnología ni en experimentar con ello. Curiosamente, antes de que Chuck patentara la impresión 3D mediante estereolitografía, esta patente ya la habían solicitado los franceses Alain Le MéhautéOlivier de Witte y Jean Claude André. Sin embargo, las empresas para las que trabajaban, la división francesa de General Electric y la francesa CILAS, abandonaron el proyecto porque no creían que fuera rentable o provechoso a nivel empresarial.

Fragmentos de la patente de impresión mediante estereolitografía de Chuck Hull. Fuente: Google

Y si saltamos unos pocos años más en el tiempo, tres años antes de la patente sobre impresión en 3D mediante estereolitografía, el japonés Hideo Kodama del Instituto Municipal de Investigación Industrial de Nagoya inventó dos métodos para la fabricación de modelos de plástico en tres dimensiones empleando polímero termoendurecible y rayos ultravioleta, los mismos principios de la impresión 3D nacida en 1983. Sin embargo, la falta de financiación impidió que pudiera solicitar la patente correspondiente.

Así pues, la oportunidad, la suerte y el empeño de Chuck Hull le permitió ser el primero en patentar el método de estereolitografía así como crear el formato estándar de archivo digital para diseñar impresiones 3D, el formato STL.

La estereolitografía al detalle

El nombre estereolitografía, que recibe este sistema de impresión 3D, fue acuñado también por el propio Chuck Hull, una manera de diferenciar su proyecto de otros similares, como los que hemos visto antes.

Estereolitografía viene del griego. Por un lado, estéreo, del griego stéreos, que significa consistente o sólido, y litografía, que significa literalmente dibujo (del griego lithos) en piedra (del griego graphe), y que no es más que una técnica de impresión que consiste en realizar un dibujo en piedra para luego reproducirlo en papel.

Objetos impresos mediante estereolitografía. Fuente: Engitype

Como tal, la estereolitografía consiste en imprimir capa a capa lo que queremos reproducir empleando para ello polímeros que reaccionan a la luz y/o al calor endureciéndose. Según la explicación que se muestra en la patente de Hull, un haz de luz ultravioleta concentrado apunta a una cuba llena de un fotopolímero líquido, creando una capa del objeto 3D que queremos recrear.

Otro detalle a tener en cuenta es que, aunque en el plano físico la impresión 3D se sustenta en el láser ultravioleta y las resinas o polímeros, en el plano digital se emplea el diseño asistido por computadora o CAD, ampliamente integrado en cualquier ámbito de diseño o prototipado industrial.

Y si bien su propósito inicial era servir para crear de forma rápida prototipos, con el tiempo se vio su potencialidad para crear también objetos o piezas finales. Por lo demás, la industria automovilística incorporó esta tecnología rápidamente.

Abriendo una puerta al futuro

Nacida en 1983, la impresora 3D y todo lo que la rodea generará en 2022 unos 30.000 millones de dólares según un estudio del sector gracias a que se está implementando en la mayoría de industrias, cada vez está más cerca del alcance del público y la impresión 3D es cada vez más eficiente, más allá de su origen como creación de prototipos.

3D Systems fue la pionera, pero pronto llegaron otras como Stratasys (1988) o Proto Labs (1999). En la actualidad, entres las diez grandes empresas de la impresión 3D se encuentran gigantes como Hewlett-Packard (HP) pero también compañías europeas como la belga Materialise o la alemana SLM Solutions.

Por otro lado, a la tecnología SLA inicial o estereolitografía, se le han añadido dos alternativas potentes como son el FDM (fused deposition modeling) o modelado por deposición fundida y el SLS (selective laser sintering) o sinterizado selectivo por láser.

Quién sabe lo que depara el futuro. Si bien la impresión 3D está centrada sobre todo en la industria y la investigación, en la actualidad es posible hacerse con una impresora 3D sencilla para uso doméstico por entre 100 y 200 euros. Un vistazo a Amazon nos da una idea de lo cerca que tenemos esta tecnología.