Historia, materiales elementos y más reflexiones sobre la impresión 3D

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Historia de la impresión 3D
El inicio de la impresión 3D está muy vinculado a la necesidad de crear prototipos para la industria. En el ámbito personal, el inicio de la impresión 3D se encuentra muy ligado al proyecto RepRap, cuyo objetivo era el de crear una máquina capaz de autoreplicarse.
Se considera que las precursoras de la impresión 3D fueron las impresoras de chorro de tinta, nacidas allá por 1984. Algunos de los principales hitos de la carrera de la impresión 3D han sido:plásticos en la impresión 3D
  • En 1992 sale al mercado la primera máquina de impresión 3D del tipo SLA (estereolitográfico).
  • En 2005 se funda RepRap, en la Universidad de Bath*, una iniciativa de código abierto para construir una impresora 3D que pueda imprimir la mayoría de sus propios componentes.
  • En 2006 se construye la primera máquina del tipo SLS (Sintetización de laser selectivo) viable, la cual utiliza un láser para fundir materiales en el proceso de impresión 3D.
  • En 2008 el proyecto RepRap saca a la luz Darwin, la primera impresora 3D con capacidad deimprimir la mayoría de sus propios componentes.
  • En 2009 Industrias MakerBot* comienza la venta de kits de montaje que permiten a los compradores fabricar sus propias impresoras 3D y productos.No hay texto alternativo automático disponible.
  • En 2011 se construye el primer avión con impresión 3D, diseñado en la Universidad de Southampton, y comienza la impresión en 3D en oro y plata.
  • En 2012 doctores e ingenieros holandeses trabajan conjuntamente, con una impresora 3D especialmente diseñada por la empresa LayerWise *, con el objetivo de imprimir prótesis de mandíbulas personalizadas.
  • En 2014 la empresa Carbon3D* desarrolla una nueva tecnología llamada Continuous Liquid Interface Production (CLIP)*.
  • En 2015 la empresa SprintRay*, por medio de la plataforma Kickstarter, lanza un nuevo modelo de impresora 3D Desktop con tecnología CLIP.

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Tipos de impresión
En la actualidad, en el mercado pueden encontrarse dos tipos principales de impresoras 3D, que responden a dos tecnologías distintas de impresión:
  1. Las impresoras 3D de adición, en las que se va añadiendo el material a imprimir por capas(también se llaman “de inyección de polímeros”). Conocida como impresión por deposición o extrusión (Fusion Deposition Modeling, FDM), el objeto se forma mediante la adición de capas de un material que va fundiendo un cabezal o extrusor.
  2. Las impresoras 3D de compactación, más caras que las de adición, pero también bastante más precisas; son aquellas en las que una masa de polvo se compacta por estratos (capas). En este grupo se pueden distinguir 2 tipos:
  • SLA, conocida como fotopolimerización o estereolitografía. En este caso se realiza mediante una luz ultravioleta o láser.
  • Compactación mediante láser o SLS (sinterizado selectivo por láser). El láser de la impresora compacta un material en forma de polvo, similar al yeso. Se van añadiendo capas de este material y solidificando las diferentes áreas para ir dando forma a la pieza.
En el ámbito educativo las impresoras más utilizadas son las de adición (FDM), en las que, grosso modo, lo que se hace es derretir plástico y depositarlo capa a capa hasta crear un objeto.

En qué consiste la impresión 3D.
Una impresora 3D es una herramienta de fabricación utilizada para crear artefactos tridimensionales que se han diseñado en una computadora. Las impresoras 3D tienen una amplia gama de formas, tamaños y tipos, pero en esencia son máquinas de fabricación de aditivos controladas por computadora. Similar a cómo las impresoras de papel colocan la tinta en una capa para crear una imagen, las impresoras 3D colocan o curan el material capa por capa para crear un objeto tridimensional.
Conocer las partes esenciales de una impresora 3D y los materiales usados en la impresión.
Resultado de imagen de partes de una impresora 3D
Tipos de materiales

Aunque existen multitud de materiales con los que se puede imprimir en 3D, por su popularidad, vamos a centrarnos en los polímeros o plásticos.
Dentro de este grupo los más destacados son:
  • ABS (acrilonitrato butadieno estireno).
  • PLA (poliácido láctico).
  • PET (tereftalato de polietileno).
Existen otros compuestos especiales como son:
  • Filaflex: filamento elástico con una base de poliuretano y otros aditivos que le confieren una gran elasticidad. La impresión con este material es lenta. Se utiliza para imprimir zapatillas, prótesis, carcasas para teléfonos móviles, etc.
  • Laywoo-D3: su composición de polímero y serrín o polvo de madera le da una textura muy particular.
  • Los termocromáticos (enlace en inglés), fotocromáticos (enlace en inglés) y fluorescentes (enlace en inglés): que cambian de color según la temperatura o la luz.
  • Biodegradables.
Explorar diferentes opciones de software para el diseño de objetos en 3 dimensiones.
Software de diseño
La impresión 3D necesita de un diseño previo. A la hora de diseñar objetos en 3D tenemos múltiples posibilidades, de modo que dependiendo de nuestras necesidades podremos elegir entre diferente software:
  • FreeCAD (enlace en inglés). Es un programa multiplataforma (Windows, Mac y Linux) de modelado 3D creado inicialmente para diseñar objetos de la vida real de cualquier tamaño. FreeCAD es de código abierto y altamente personalizable, programable mediante scripts y extensible.
  • SketchUp. Este programa de modelado 3D, disponible para distintas plataformas, destaca por su facilidad de uso. Tiene versiones gratuitas para docentes y estudiantes.
  • Tinkercad. Es un programa de diseño 3D accesible online, desde un navegador, y funciona en cualquier plataforma siempre que el navegador soporte HTML5/WebGL. Los navegadores recomendados son Chrome y Firefox. Tinkercad destaca por su facilidad de uso, gracias a la utilización de formas prediseñadas que se pueden combinar y modificar dando lugar a todo tipo de objetos en 3D. Otra de sus principales características es el almacenamiento en la nube, lo que nos permite acceder a nuestros modelos desde cualquier ordenador, así como la posibilidad de importar modelos en 2D que pueden ser convertidos fácilmente en objetos 3D.
Software de impresión
Una vez diseñado el objeto 3D que queremos imprimir, para procesarlo en el software de laminado, es necesario exportarlo a unos tipos específicos de archivos que definen la geometría de los objetos 3D y que son los que admiten dichos programas de laminado cuya extensión debe ser .stl o .obj*.
Los archivos .stl deben ser transformados, a su vez, en un archivo que pueda ser “leído” por la impresora. Para este cometido podemos elegir entre:
  • Cura*. Esta aplicación Open Source está disponible para distintos sistemas operativos (Linux, Mac y Windows) y destaca por su versatilidad, puesto que puede dar respuesta tanto a usuarios noveles como a expertos gracias a sus más de 200 posibilidades de ajuste.
  • Simplify*. Esta aplicación de pago, disponible también para Linux, Mac y Windows, destaca por su gran capacidad de configuración, así como por la optimización para la impresión con doble extrusor. Existe una versión educativa con todas las funcionalidades de la original a un precio más reducido.
impresión 3D en la educación
Comprobar las aplicaciones educativas de la impresión 3D.
IMPRESIÓN 3D EN EDUCACIÓN
3D PrinterEl informe del NMC, se proponen hasta 7 formas de usar una impresora 3D en el ámbito de la educación:
Por un lado, la impresión 3D permitiría replicar de forma fiel las partes de la anatomía de cualquier ser vivo para su estudio en Biología o imprimir mapas topográficos de cualquier área para estudios de Geografía. Dentro del campo del Diseño Industrial o el Diseño Arquitectónico, permitiría al alumno reproducir piezas a escala de sus diseños para fabricar prototipos de trabajo. En el ámbito de las Artes Plásticas o el Diseño Gráfico, permitiría obtener objetos tridimensionales de sus obras en las fases de proceso creativo. Y por último, dentro del ámbito de la Historia, se podría obtener réplicas de las construcciones y utensilios de las civilizaciones antiguas para ayudar a los alumnos a entender mejor cómo se vivía en el pasado.
impresoras 3d

 La figura del profesor, clave.
A pesar de estos beneficios, las impresoras 3D aún se encuentran en pocos centros educativos. No es una cuestión de presupuesto, ya que actualmente el coste de una impresora 3D de sobremesa es asequible para un centro y el coste de mantenimiento es muy reducido. Entre los aspectos que dificultan su adopción en las aulas, el más importante es el desconocimiento por parte del profesor, que necesita de la formación adecuada para poder sacarle partido a esta nueva tecnología.
“Los profesores tienen mucho interés en introducir esta tecnología en el aula pero no están formados para su uso y no saben cómo utilizarlas aplicándolas a sus materias. Por ello es fundamental facilitarles detalladamente las posibilidades de uso que tienen las impresoras 3D, concretando y explorando las diferentes aplicaciones para cada una de las asignaturas y de los temas específicos”, señala Marc Torras. “Para poder llevar la impresión 3D a las aulas y que los alumnos se beneficien de ellas es necesario integrar esta nueva tecnología en el  desarrollo curricular del alumno. Algo que se tiene que hacer desde los departamentos de educación y que no puede depender de la implicación individual de los profesores. Se trata de facilitarles la tarea. En este sentido en EntresD estamos trabajando para desarrollar un libro que responda a las necesidades del profesor”.
entresD Up Plus2
Ventajas de la impresión 3D para la enseñanza:



Bien empleada, la incorporación de la impresión 3D en la educación permite:

 – Captar el interés de los estudiantes

 – Estimular la interacción durante la clase

 – Generar una nueva relación entre los alumnos y las ciencias duras

 – Crear ayudas didácticas tangibles a través de modelos 3D

 – Concretar en objetos reales lo aprendido de forma teórica

 – Incluir y desarrollar distintas inteligencias
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Trabajo de competencias

Esta experiencia ha servido para trabajar todas las competencias:
  • Competencia en innovación: utilización e introducción de las TIC, manejo de nuevas tecnologías y percepción de las posibilidades de la impresión 3D.
  • Competencia digital: no sólo por el manejo y los conceptos relacionados con la impresión 3D, sino también por lo que ha supuesto utilizar el ordenador e Internet.
  • Aprender a aprender: el proyecto fomenta el trabajo cooperativo y autónomo, apoyado por compañeros y familias; la autopercepción; la autoevaluación de las propias posibilidades; y la evolución de un diseño a otro.
  • Comunicación Lingüística: se ha trabajado la expresión escrita con la creación de las fichas que han plasmado el  proyecto personal. Y la expresión oral cuando han explicado a compañeros de otras edades su proyecto y el proceso de elaboración del mismo.

  • Conocimiento e interacción con el mundo físico.

  • Social y ciudadana: supone un avance y mejora de la convivencia en todo el centro al permitir relacionarse a los alumnos implicados con otros de otros cursos, y entre ellos también.
  • Cultural y Artística: en la búsqueda de los repositorios de piezas, en la reflexión del proceso de creación de las propias piezas, sus fallos, evolución ….
  • Competencia Matemática: conceptos matemáticos (ángulos, medidas); percepción espacial; situación y coordenadas…
  • Autonomía e iniciativa personal para crear las propias piezas, llevarlas de un formato informático a otro, y solicitar ayuda al profesorado, familia u otros compañeros.
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IMPRESIÓN 3D EN LA EDUCACIÓN


Diseñar objetos en 3D y comenzar nuestra creación maker.
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Recursos de ayuda
A continuación os mostramos diferentes proyectos en los que en unos está presente la impresión 3D y en otros el uso de diversos materiales y técnicas.
Piezas hechas con impresoras 3D

 Recursos técnicos:
Listado de programas de diseño 3D:
Listado de programas de laminado, para configuración de la impresión 3D:

 Recursos

Impresoras de escritorio
Impresoras industriales
  • Stratasys : amplia gama de diferentes tamaños y tipos de impresoras industriales 3D
  • Sistemas 3D : una de las primeras empresas de impresión 3D, todavía produce impresoras industriales de alta calidad.
  • Solidscape : crea impresoras 3D principalmente para aplicaciones médicas y de fabricación de moldes
  • Mcor : crea impresoras LOM a todo color
Servicios de impresión 3D
  • Shapeways : un servicio económico de impresión y diseño 3D.
  • Ponoko : un servicio completo de corte por láser e impresión 3D donde puedes hacer y vender tus diseños.
  • i.materialize : un servicio de impresión 3D que ofrece una amplia gama de consejos y materiales de diseño.
  • Sculpteo : otro gran servicio de impresión 3D con una amplia gama de materiales y recursos.
Sitios de modelos 3D
  • Thingiverse : un gran sitio para compartir y encontrar diseños en 3D para imprimir
  • Pinshape : Otro sitio para compartir contenido imprimible en 3D
  • MyMiniFactory: un sitio donde puede comprar y vender diseños imprimibles en 3D
  • Shapeways : compra partes que otros han hecho a través de Shapeways
Software de diseño 3D gratuito
  • Autodesk 123D : un grupo de aplicaciones y programas gratuitos diseñados para facilitar el diseño 3D
  • Tinkercad: un programa CAD gratuito y muy simple diseñado para crear e imprimir contenido 3D.
  • SketchUp : otro programa CAD simple y fácil de aprender
  • OpenSCAD : una herramienta de diseño 3D para programadores utilizada para hacer diseños fácilmente modificables
  • Blender : una herramienta de diseño 3D utilizada para diseñar formas biológicas y naturales
Noticias y recursos de impresión 3D:
Referencias


 [1] Colegrove, P. T. (2012). Beyond the Trend: 3D Printers Transforming Learning and Knowledge Creation. Internet Librarian, October. [

2] Czapka, J. T., Moeinzadeh, M. H., & Leake, J. M. (2002). Application of rapid prototyping technology to improve spatial visualization. age, 7, 1. 

[3] Gonzalez-Gomez, J., Valero-Gomez, A., Prieto-Moreno, A., & Abderrahim, M. (2012). A new open source 3d-printable mobile robotic platform for education. In Advances in autonomous mini robots (pp. 49-62). Springer Berlin Heidelberg. 

[4] Johnson, W. M., Coates, C. W., Hager, P., & Stevens, N. (2009). Employing rapid 

programas modelar en 3d

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