La guía definitiva para la impresión 3D:ventajas, desventajas y tecnologías clave

¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D es una tecnología de fabricación aditiva que se utiliza para producir piezas de una amplia gama de plásticos y metales. Hay muchas tecnologías diferentes disponibles, desde FDM (modelado por deposición fundida), que extruye plástico una capa a la vez, hasta DMLS (sinterización directa por láser de metal), que utiliza un láser para fusionar polvo de metal, una capa a la vez, en una pieza final. Para obtener más información, consulte nuestra guía sobre impresión 3D.

¿Cuáles son las ventajas de la impresión 3D?

Los profesionales de la impresión 3D son:

1. Impresión bajo demanda

La impresión 3D requiere una configuración muy limitada para comenzar a imprimir. El proceso de configuración y la máquina de impresión 3D son los mismos independientemente del tipo de pieza que se imprima. Todo lo que se requiere es convertir el modelo 3D de la pieza, generalmente manejado con software OEM o de terceros. Una vez completada la conversión, el archivo se carga en la impresora a través de un conector USB-A, de forma inalámbrica o una tarjeta SD. Luego, el material se agrega a la impresora, generalmente como fotopolímero líquido, filamento o polvo. A partir de entonces, el proceso de impresión continuará sin intervención humana. Cuando la pieza esté completa, es posible que sea necesario realizar algún posprocesamiento, como la eliminación de las estructuras de soporte. Los servicios en la nube bajo demanda simplemente requieren un modelo 3D e imprimirán y enviarán su artículo en 3D sin la necesidad de invertir en una impresora 3D. 

2. Precio razonable

El proceso de impresión 3D tiene un precio razonable en comparación con otras tecnologías de fabricación como el moldeo por inyección. Esto es especialmente cierto en volúmenes de producción bajos a medios y piezas de alta complejidad. Esto se debe a que las impresoras 3D tienen un precio a partir de 200 dólares, y las impresoras 3D usadas son incluso más baratas. Los materiales también pueden costar tan solo 15 dólares por kg, por ejemplo el ABS. Sin embargo, los materiales de impresión 3D son generalmente más caros que el costo base comparable de la materia prima. Esto se debe al requisito de preparar la materia prima para el proceso de impresión específico, es decir, bobinas de filamento para FDM y polvo fino para SLS. A pesar de este coste adicional de materia prima, la impresión 3D utiliza menos material al no ser completamente densa. 

3. Ecológico

La impresión 3D puede considerarse ecológica debido al uso de materiales reciclables como metales y termoplásticos. Las piezas también se pueden imprimir exactamente donde se necesitan en lugar de enviarlas desde una planta centralizada de fabricación pesada. Esto elimina los importantes costes energéticos asociados al transporte. La naturaleza aditiva de la impresión 3D también genera menos desperdicio.

4. Creación rápida de prototipos

El bajo costo y las características de impresión bajo demanda de la impresión 3D la hacen ideal para desarrollar prototipos. Se puede producir una pieza impresa en 3D en menos de un día. Esto permite una rápida iteración de nuevos conceptos sin el costo inicial de herramientas típico de otras tecnologías comunes como el moldeo por inyección. 

5. Accesibilidad

La impresión 3D ha ganado una adopción generalizada durante la última década. Esto se remonta a algunas patentes clave de Stratasys que expiraron en 2009. La naturaleza de código abierto de la impresión 3D desde entonces ha permitido el desarrollo de máquinas de impresión 3D de bajo costo para el consumidor. La mayor base de usuarios permitió la creación de una gran cantidad de conocimientos en línea de fácil acceso sobre mejores prácticas, búsqueda de fallas y técnicas generales de optimización para la impresión 3D. Esto ha permitido una accesibilidad sin precedentes que es muy poco común en otros espacios tecnológicos.

6. Atención médica avanzada

La adopción de la impresión 3D en la industria médica ha permitido un aumento significativo en la atención médica personalizada mediante el desarrollo de implantes, prótesis y bioimpresión de órganos personalizados y adaptados al paciente. También se han desarrollado muchos materiales biocompatibles para su uso en la industria médica.

7. Flexibilidad de diseño

La impresión 3D tiene menos limitaciones de diseño en comparación con otras tecnologías. Por ejemplo, los huecos internos complejos no son posibles con el mecanizado CNC y el moldeo por inyección sin tener que recurrir a conjuntos de múltiples componentes. Esto añade costo y complejidad. Con la impresión 3D, se pueden imprimir piezas complejas con la misma facilidad que las simples. Si bien la impresión 3D todavía tiene una serie de directrices DFM (Diseño para la fabricación), éstas no son tan restrictivas como otras tecnologías de fabricación. 

8. Reducción de residuos

La impresión 3D produce muy pocos residuos. Estos residuos suelen presentarse en forma de estructuras de soporte que se eliminan después de la impresión, en el caso de piezas impresas con SLS. Estas estructuras de soporte están optimizadas para ser lo más livianas posible. Las técnicas de fabricación sustractiva requieren la eliminación de grandes volúmenes de material, lo que produce importantes residuos. Las tecnologías aditivas como la impresión 3D están diseñadas para agregar material de forma selectiva solo donde sea necesario. Esto compensa los residuos mínimos producidos por las estructuras de soporte. 

9. Componentes resistentes y ligeros

La impresión 3D sólo añade material exactamente donde es necesario. Por ejemplo, se puede hacer que los volúmenes internos tengan estructuras de malla que sean densas donde las concentraciones de tensiones son altas y menos densas en áreas donde son bajas. Técnicas como la optimización topológica y el diseño generativo también producen piezas cuya geometría se optimiza para un caso de carga específico y eliminan material donde no tenga un beneficio estructural. Estas técnicas suelen producir piezas con geometrías de estilo orgánico muy complejas, lo que las hace imposibles de fabricar con otras tecnologías. 

10. Diseño y fabricación rápidos

Comprender cómo diseñar para la impresión 3D requiere estar familiarizado con los requisitos de DFM. Es menos estricto que otras tecnologías de fabricación. Esto facilita a los ingenieros el diseño de piezas, ya que no necesitan considerar la amplia gama de limitaciones presentes en otras tecnologías de fabricación. En términos de fabricación, la impresión 3D suele ser más rápida, especialmente para piezas complejas. Las piezas complejas pueden necesitar múltiples configuraciones en una máquina CNC y es posible que también deban fabricarse en varias máquinas, mientras que la impresión 3D puede completar la pieza completa en una sola configuración. 

¿Cuáles son las desventajas de la impresión 3D?

Las desventajas de la impresión 3D son:

1. Postprocesamiento

La mayoría de las piezas impresas en 3D requieren algún tipo de posprocesamiento. Normalmente, el posprocesamiento puede incluir la eliminación del soporte, el curado con luz ultravioleta, la sinterización en un horno, el pulido e incluso el mecanizado de características de alta tolerancia, como las carcasas de los rodamientos.  

2. Preocupaciones por derechos de autor

Debido a la facilidad y el bajo costo con el que se pueden fabricar objetos impresos en 3D, resulta fácil duplicar diseños sin el consentimiento del creador original. Hay millones de diseños disponibles gratuitamente en Internet que se pueden descargar y copiar fácilmente sin acreditar ni compensar al propietario original de la propiedad intelectual ni que este se dé cuenta. El escaneo 3D también se ha vuelto más accesible, lo que significa que se pueden escanear objetos del mundo real y luego duplicarlos. 

3. Grandes cantidades

La impresión 3D siempre ha sido un proceso de producción de volumen bajo a medio. Esto se debe principalmente al método capa por capa en el que se fabrican los objetos impresos en 3D. Este problema se amplifica aún más si se desean piezas de alta calidad que requieren la colocación de capas más delgadas a la vez. Algunas tecnologías de impresión, como HP multijet, pueden utilizar todo el volumen para imprimir varias piezas. Pero aun así, el tiempo del ciclo es significativamente más lento que el de otras tecnologías de fabricación más maduras. 

4. Los materiales son limitados

La impresión 3D añade continuamente nuevos materiales. Sin embargo, estos todavía son limitados en comparación con tecnologías de fabricación más maduras. Si bien es posible imprimir piezas en muchos plásticos y metales populares, no es posible utilizar las miles de aleaciones y compuestos que se han desarrollado. Esto se debe simplemente a que estas aleaciones y compuestos no se han convertido en una forma que sea compatible con la impresión 3D. 

5. Estructura de la pieza

Algunas tecnologías de impresión 3D como FDM y SLS producen piezas cuyas propiedades son anisotrópicas. Esto significa que el rendimiento de las piezas varía según la dirección de carga aplicada. Normalmente, las piezas serán más débiles en el eje Z, que se define como el eje que apunta hacia arriba desde la plataforma de impresión de la impresora 3D. 

6. Restricciones de tamaño de construcción

Las impresoras 3D tienen una amplia gama de tamaños de construcción. Sin embargo, las impresoras comúnmente utilizadas para la producción tienen volúmenes de construcción más pequeños que las tecnologías de fabricación a gran escala como:corte por láser, fresadoras horizontales y fundición de metales. Como tal, la impresión 3D se utiliza generalmente para la fabricación a pequeña escala de componentes complejos. Cabe señalar que existen excepciones a esta regla, ya que algunas impresoras 3D especializadas tienen volúmenes de impresión muy grandes.

7. Recortes de empleo en la industria manufacturera

La impresión 3D es una tecnología altamente automatizada. La única interacción de un humano es:configuración, extracción y posprocesamiento de piezas, que normalmente pueden ser manejados por una sola persona. De hecho, una sola persona puede manejar fácilmente varias máquinas. Una impresora 3D también puede producir una pieza que normalmente requeriría varias máquinas y, por extensión, varios operadores de máquina. Esto significa que algunos trabajos pueden volverse redundantes en los casos en que se aplique la impresión 3D. Sin embargo, esta no es una situación exclusiva de la impresión 3D y está ocurriendo en todo el sector manufacturero. 

8. Imprecisiones en el diseño

Los objetos impresos en 3D no son conocidos por su precisión y estabilidad dimensional. Las piezas pueden deformarse durante la impresión. Incluso las impresoras 3D más precisas no pueden igualar la precisión que se puede lograr con las máquinas CNC de primer nivel. Las máquinas CNC pueden producir repetidamente piezas con una precisión de 0,025 mm en comparación con los 0,4 mm de las máquinas de impresión 3D DMLS. 

Preguntas frecuentes sobre los pros y los contras de la impresión 3D

¿Qué debo saber antes de comprar una impresora 3D?

Al comprar una impresora 3D, es importante comprender la aplicación prevista. Por ejemplo, si el objetivo es producir prototipos visuales, entonces una impresora FDM puede ser más adecuada. Sin embargo, si la necesidad es producir piezas de calidad aeroespacial para aplicaciones de alto estrés, entonces tecnologías como DMLS serían mejores. Para obtener más información, consulte nuestra guía sobre 10 cosas a considerar al comprar una impresora 3D.

¿Qué aplicaciones tiene la impresión 3D hoy en día?

Las aplicaciones de impresión 3D son variadas. Se ha infiltrado en todas las industrias importantes y tiene aplicaciones en la industria automotriz, aeroespacial, médica, biotecnológica e incluso alimentaria. En algunos casos, la impresión 3D se utiliza para producir articulaciones de cadera y en otros adopta una función auxiliar para agregar valor a las tecnologías de fabricación existentes, como plantillas para mecanizado CNC. Para obtener más información, consulte nuestro artículo sobre Aplicaciones de la impresión 3D.

¿Qué aplicaciones tendrá la impresión 3D en el futuro?

La tecnología de impresión 3D seguirá madurando. Muchas de las desventajas actuales pueden desaparecer en la próxima década. La impresión 3D está en camino de convertirse en una tecnología de fabricación más común con una amplia gama de aplicaciones. Uno de los avances más interesantes es la producción de órganos específicos para cada paciente para trasplantes sin rechazo. Otra es la producción de piezas con canales de fluido, múltiples materiales y otros componentes auxiliares impresos en la pieza de una sola vez. Un ejemplo sería la pierna de la próxima generación del robot Atlas de Boston Dynamics.

¿Es ventajosa la impresión 3D?

Sí, la impresión 3D es ventajosa y ha encontrado usos en muchas aplicaciones. En los casos en los que no se puede utilizar para fabricar directamente una pieza, la impresión 3D encuentra usos para mejorar la eficiencia de los operadores de máquinas y de ensamblaje.

Resumen

Este artículo presentó los pros y los contras de la impresión 3D, explicó qué son y analizó cómo cada uno desempeña un papel en la impresión 3D en la fabricación. Para obtener más información sobre la impresión 3D, comuníquese con un representante de Xometry.

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Dean McClements

Dean McClements es un Licenciado en Ingeniería Mecánica con honores y cuenta con más de dos décadas de experiencia en la industria manufacturera. Su trayectoria profesional incluye puestos importantes en empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace y Hyster-Yale, donde desarrolló un profundo conocimiento de los procesos de ingeniería y las innovaciones.

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