COVID-19 ha impulsado la impresión 3D en el centro de atención

En los primeros días de la respuesta a la pandemia de COVID-19, la impresión 3-D tuvo un desempeño estrella, acaparando los titulares de izquierda a derecha. Al parecer, todo el mundo estaba imprimiendo algo para su hospital local.

Meses después, ha disminuido el número de historias que promocionan las formas en que se puede utilizar la impresión 3D para imprimir equipos de protección personal (PPE) y piezas para ventiladores. Sin embargo, el papel de la tecnología en la lucha contra el virus ha seguido evolucionando.

Cuando golpeó el COVID-19, Estados Unidos, junto con el resto del mundo, fue sorprendido. A medida que la demanda de EPP se disparó, se agotaron los suministros de protectores faciales, ventiladores y máscaras.

Al enfrentar este terrible conjunto de circunstancias, las personas y las empresas se devanaron los sesos para saber cómo podrían aliviar la situación. Para aquellos equipados con impresoras 3-D, la decisión fue simple:ponerlos a trabajar haciendo piezas.

En cuestión de días, aficionados, talleres de trabajo, fabricantes por contrato y corporaciones estaban poniendo a trabajar sus equipos de fabricación aditiva para imprimir PPE. Una miríada de archivos CAD grabados en todo el mundo a la velocidad de la luz, desde divisores de ventiladores hasta conceptos de máscaras de reemplazo y protectores faciales. Los diseños a menudo se optimizan para el proceso de impresión, lo que reduce el tiempo y el esfuerzo previos y posteriores al proceso.

Los diseños se convirtieron en productos tangibles casi instantáneamente a través de la impresión 3D. La técnica es un ejemplo de la transición de la Industria 4.0, porque las máquinas requieren poco o ningún tiempo de configuración. Simplemente cargue la máquina con el material adecuado, cargue un archivo CAD o de corte bien diseñado, ingrese los parámetros, presione imprimir y obtendrá las piezas en minutos u horas.

Aún así, hubo algunas deficiencias asociadas con apoyarse en la impresión 3-D para aliviar la escasez de PPE. Muchos hospitales tuvieron que desechar las piezas impresas donadas porque no cumplían con las especificaciones necesarias. Algunos procesos de impresión 3D, por ejemplo, no eran capaces de imprimir partes herméticas, dejando inutilizables ciertas partes de la máscara.

En respuesta, el Instituto Nacional para la Innovación en la Fabricación Aditiva, los Institutos Nacionales de Salud, Administración de Alimentos y Medicamentos y el Departamento de Asuntos de Veteranos iniciaron una colaboración para examinar y aprobar rápidamente diseños viables. El esfuerzo ayudó a estandarizar los esfuerzos de impresión. Sin embargo, es probable que muchos fabricantes no estuvieran al tanto de esta cámara de compensación de diseños.

Otro inconveniente de la respuesta inmediata de impresión 3D a COVID-19 fue un enfoque en los componentes en lugar del ensamblaje de productos completos. Por ejemplo, se aprobaron los diseños de diademas impresas para protectores faciales, pero los componentes complementarios, como protectores faciales transparentes y bandas elásticas, se obtuvieron a través de los canales tradicionales. Si bien la impresión de tales materiales es posible con impresoras 3-D, generalmente son costosas y solo se procesan fácilmente con máquinas industriales seleccionadas. Esto hizo inviable la producción a gran escala de esos artículos. Con el tiempo, incluso estas aplicaciones limitadas finalmente se eliminaron, a medida que se dispuso de soluciones más rentables.

Entonces, ¿el impacto de la impresión 3D en la respuesta de COVID-19 fue un destello en la sartén? Difícilmente. De hecho, ha pasado a convertirse en un insumo detrás de escena para tecnologías de producción más rentables.

Como destaca la respuesta de PPE, las impresoras 3-D son buenas para iterar rápidamente en conceptos de diseño y obtener productos tangibles y funcionales en la mano. La velocidad inicial y el bajo costo de puesta en marcha hacen que la impresión 3D sea ideal para la creación de prototipos funcionales. Sin embargo, una vez que el diseño está asegurado, otras tecnologías generalmente terminan siendo mejores opciones. Si bien el costo de las primeras unidades impresas en 3-D es menor que el de una herramienta de moldeo por inyección, una vez que se construye esa herramienta, el tiempo y el costo variable por unidad independiente es muy bajo, lo que le permite superar a las impresoras 3-D si es alto. Se requieren cantidades. En última instancia, el impacto de la impresión 3-D en la lucha contra COVID-19 es compatible con los procesos heredados.

Una forma en que la tecnología lo hace es a través de herramientas, la creación de instrumentos personalizados para ayudar en el proceso de fabricación. Las aplicaciones de las herramientas varían ampliamente, desde sostener una pieza de trabajo en su lugar hasta asegurar la colocación adecuada de una característica estética. Por lo general, las herramientas se pueden fabricar utilizando impresoras de escritorio de extrusión de materiales amigables para el consumidor. Si bien existe una variedad de aplicaciones de herramientas impresas, una de las aplicaciones más útiles en la respuesta de COVID-19 ha sido la creación de insertos impresos en 3-D para herramientas de moldes de inyección. En particular, esto se hace en contextos comerciales con impresoras 3D de fusión de lecho de polvo. Estos sistemas son capaces de imprimir insertos metálicos muy complejos que se pueden utilizar en moldes de inyección. Están diseñados con canales de enfriamiento conformados incorporados, que permiten el flujo de un refrigerante líquido, comúnmente agua, para enfriar el metal caliente comprimiendo activamente las piezas moldeadas. Históricamente, estos se han perforado en línea recta. Pero con las herramientas impresas, los canales pueden girar y girar de maneras que los canales tradicionales no pueden. Como resultado, los moldes de inyección que utilizan estos insertos se enfrían más rápidamente, logrando tiempos de ciclo más rápidos y una mayor producción de piezas.

COVID-19 se centró en la impresión 3D. Capaz de iterar rápidamente en nuevos diseños y piezas de fabricación para abordar la escasez de PPE, la técnica demostró ser una parte valiosa y altamente flexible de los esfuerzos de respuesta temprana. A medida que los diseños preferidos fueron aprobados y bloqueados, la impresión 3-D pasó cada vez más a admitir procesos de fabricación más tradicionales con herramientas impresas. Tanto entonces como ahora, ha jugado un papel valioso en la fabricación de PPE y la respuesta al COVID-19.

Cullen Hilkene es fundador y director ejecutivo de 3Diligente.