En este laboratorio en la zona de Liujia en la ciudad de Tainan, al sur de Taiwan, Bert Tseng presiona el botón de “imprimir” en la “impresora” del tamaño de un microondas y observa como la máquina comienza a trabajar. Sin embargo, en lugar de depositar una capa de tinta en la superficie de una hoja de papel para crear un documento o una imagen, la máquina está programada para agregar sucesivas capas delgadas de plástico derretido sobre áreas específicas. En alrededor de una hora, el aparato ha terminado su trabajo y ha “impreso” una sólida pieza de ajedrez –una torre– que es de casi 5 centímetros de alto. “Esto se conoce como fabricación aditiva –o más popularmente como impresión en tercera dimensión (3D)– ya que crea objetos a través de un proceso de adición”, dice Tseng, director del Centro para Fabricación Aditiva y Aplicaciones con Láser (AMLAC, siglas en inglés) del Instituto para Investigaciones de Tecnología Industrial (ITRI, siglas en inglés), fundado por el Gobierno.
Tseng señala que la fabricación aditiva tiene varias ventajas obvias sobre las técnicas tradicionales. En lugar de componentes de maquinaria tales como sólidas palanquillas de metal, un proceso en el cual gran parte del metal se puede cortar y desperdiciarse, por ejemplo, solamente el material necesitado se usa en la impresión 3D. La tecnología puede usarse también para hacer prototipos y artículos que son demasiado complicados para hacerse con máquinas. Entre tanto, los objetos existentes pueden escanearse, aplicárseles la ingeniería inversa y luego “reimprimirse”. Otra importante ventaja es que como no hay necesidad de equipos para remodelar cada vez que se cambian las especificaciones de un producto, las impresoras 3D son ideales para trabajos a pedido y la producción a corto plazo. “Lo único que se necesita es realizar ajustes al programa que controla los cabezales de impresión”, dice Tseng. “Con todas esas ventajas, algunos expertos creen que la tecnología reemplazará gran parte de las tradicionales economías de producción, ya que los costos de la unidad laboral y las economías tradicionales de escala no son aplicables”.
La tecnología esencial para la impresión 3D puede remontarse a la década de 1970, cuando la impresora de inyección de tinta fue inventada. A mediado de la década de 1980 el concepto de inyección de tinta se adaptó para poder imprimir con materiales diferentes a la tinta. Sin embargo, durante años, los materiales usados para imprimir objetos no eran lo suficientemente robustos para crear un prototipo de trabajo. El producto final no tenía suficiente integridad estructural para servir como algo más que una referencia visual para los ingenieros que crean productos con diseño asistido por computadora (CAD, siglas en inglés).
Detekt Technology Inc., en la ciudad Nuevo Taipei, creó esta lámpara de poliamida con una impresora 3D. (Cortesía de Detekt Technology Inc.)
El gran avance ocurrió a principios de la década de 2000, cuando las compañías e investigadores comenzaron a desarrollar mezclas de plástico más fuertes, y a usar tecnología láser que no sólo permitió el uso de metales en polvo como si fuera “tinta”, sino que también mejoró la precisión y la eficiencia de las impresoras 3D. Hoy, los materiales usados para imprimir objetos oscilan de diversos plásticos y cerámicas hasta metales y substancias similares a la goma.
El resultado ha sido un fuerte aumento en el nivel de interés en la tecnología. “He estado investigando esto durante casi dos décadas, pero pareciera que todo ha ocurrido en los dos últimos años”, dice Peter Chiu, director general de Detekt Technology Inc. en la ciudad Nuevo Taipei. Parte del entusiasmo ha sido generado por los medios de comunicación, ya que en algunos medios han llamado a la impresión 3D como el catalizador de la próxima revolución industrial. Por ejemplo, en septiembre de 2012, el influyente diario semanal con sede en Londres, The Economist, predijo que durante la próxima década, la impresión 3D podría tener un efecto igualmente negativo en la manufactura tal como las computadoras personales lo tuvieron en las computadoras centrales en la década de 1990.
Varios gobiernos han mostrado su apoyo en los esfuerzos por desarrollar la nueva tecnología. Por ejemplo, los Estados Unidos establecieron el Instituto Nacional para la Innovación de la Manufactura Aditiva en agosto de 2012 en Ohio. A principios de este año, la tecnología también fue elogiada por el presidente estadounidense Barack Obama como una manera de revivir la manufactura de los Estados Unidos. Entre tanto, en 2012 el gobierno de Sudáfrica lanzó AeroSwift, una iniciativa que empleará la manufactura aditiva para hacer componentes aeroespaciales con polvo de titanio, mientras que Australia publicó un plan guía para el uso de la tecnología en 2011.
El reconocimiento gubernamental y los avances tecnológicos han ciertamente elevado el perfil de la impresión 3D, pero Tseng piensa que el factor más importante detrás de la enorme publicidad es la disminución de los precios de las impresoras 3D, ya que la expiración de las patentes que controlaban la tecnología ha permitido que nuevos suministradores entren al mercado. Actualmente, las impresoras 3D de nivel de entrada pueden comprarse por US$1.000, aunque las de grado industrial, y los modelos de alto nivel pueden venderse por más de US$1 millón. Sin embargo, Tseng cree que las compañías taiwanesas no deberían intentar fabricar impresoras 3D. “Técnicamente, no hay duda de que Taiwan puede fabricar sus propias impresoras 3D, pero hay mucho por mejorar aún”, dice. “El mercado al que debemos apuntalar es el de las numerosas aplicaciones en las que puede usarse la impresión 3D”.
El director del Centro de Aplicaciones Láser y Fabricación Aditiva, Bert Tseng, cree que Taiwan debería trabajar en el desarrollo de aplicaciones para la impresión 3D.
Tseng señala que la habilidad de hacer eficientemente productos a la medida y a gran escala brinda a la impresión 3D una ventaja competitiva en las aplicaciones culturales y creativas, dentales, médicas y de prototipo. Por ejemplo, hacer un diente artificial. Un técnico requiere de tres horas para hacer un diente, y el técnico sólo puede hacer un diente a la vez. En cambio, una impresora 3D puede usar la información registrada en los escaneos de tomografías dentales (CT, siglas en inglés) para hacer 200 dientes diferentes en un período de impresión de siete horas. “Tomando en consideración el complicado trabajo preparatorio en el proceso dental tradicional, mientras que la impresión 3D simplemente usa un escaneo de CT, podría haber una diferencia enorme en el tiempo requerido para que los pacientes obtengan su diente artificial”, dice Tseng.
ITRI ha realizado muchos seminarios para introducir a los fabricantes de Taiwan a los beneficios de la impresión 3D, y está trabajando con algunas compañías privadas en el desarrollo de nuevas aplicaciones. Por ejemplo, el año pasado, AMLAC imprimió una articulación coxofemoral de titanio para que una compañía privada reemplazara la de un viejo canino cobrador dorado (Golden retriever), mientras que el departamento de diseño de una compañía local de metales preciosos ha usado la tecnología para crear diseños de joyería.
Además de su propia investigación, en abril de este año ITRI aunó esfuerzos con la independiente Organización para la Investigación Científica Aplicada de los Países Bajos para lanzar el Programa de Investigación Compartida Penrose. Tseng señala que el programa se ajusta a las necesidades de las industrias de Taiwan, ya que durante los próximos tres años la impresión 3D será desarrollada localmente en importantes sectores, tales como los electrónicos empotrados; artículos relacionados con la salud tales como dientes, huesos y articulaciones artificiales; y repuestos y partes de alta tecnología. “El programa es capaz de ofrecer acceso a un ecosistema de recursos de innovación único a fin de fomentar la colaboración y estimular la rápida adopción de la manufactura aditiva industrial”, dice Tseng.
La figura de un bombero impresa en 3D. Además de las aplicaciones industriales, la tecnología también está siendo explorada por artista y aquellos en la industria cultural y creativa. (Huang Chung-hsin)
Tecnología facilitadora
Las actuales impresoras 3D sólo pueden hacer artículos de una materia prima única. Por lo tanto, un equipo de trabajo especial Penrose se enfocará en el diseño y la tecnología facilitadora que permita la creación de productos individuales con materiales múltiples, incluyendo cerámica, materiales conducentes, metales y polímeros. La habilidad de usar varios materiales permitirá la impresión de objetos más complejos, tales como los usados por los aparatos mecánicos-electrónicos, como por ejemplo, robots y sistemas de detección.
Mientras que los recién llegados están reconociendo gradualmente el potencial de la impresión 3D, los veteranos en el comercio han estado cambiando sus modelos comerciales. Digital-Can Tech Co. Ltd., con sede en Taipei, por ejemplo, ha cambiado su enfoque de vender impresoras 3D a brindar los softwares relacionados y los servicios de prototipo rápido. “Nadie estaba interesado en ver nuestras demostraciones cuando viajábamos alrededor de la isla para visitar a clientes potenciales en el sector de la manufactura, por eso teníamos problemas para vender las impresoras”, dice Tu Ping-ming, presidente de Digital-Can, sobre la situación que enfrentó la compañía cuando fue fundada hace 10 años. “Cuando tienes un montón de máquinas apiladas en el almacén, tienes que encontrar otras soluciones”. Entonces, en lugar de intentar convencer a los clientes potenciales de comprar impresoras 3D, Digital-Can ahora imprime los productos para ellos. La estrategia parece funcionar bien, ya que la compañía ha ganado la reputación de ser el mayor suministrador del servicio de prototipo 3D de Taiwan. “Cuando el prototipo de un diseño es demasiado complicado o demasiado caro para hacerse de la manera tradicional, la gente nos busca”, dice Tu, agregando que ha impreso varios modelos a escala para arquitectos.
Jacky Wen, director general asistente de Digital-Can, señala que aunque la manufactura aditiva es un concepto poco familiar en la mayoría de las industrias tradicionales, la tecnología puede realmente usarse para mejorar la productividad de la manufactura convencional. Muchos productos están hechos mediante la fundición, o colocando materias primas calientes en moldes, donde se enfrían y endurecen con la forma deseada. Wen explica que uno de los factores que limita la productividad de la fundición tradicional es el tiempo de enfriamiento requerido. Los canales de agua para enfriar se adhieren a los moldes hechos convencionalmente, pero las restricciones del proceso mecánico limitan el área de la superficie a la que llegan los canales de enfriamiento, por lo tanto haciendo difícil reducir el tiempo de enfriamiento. Por otra parte, la impresión 3D puede crear moldes con canales de agua con mejor sistema de distribución, de allí que se puede reducir el tiempo de enfriamiento y mejorar la productividad hasta en un 60 por ciento.
Se desperdicia poca materia prima en la fabricación aditiva, que conduce a menores costos de producción, especialmente para artículos de metal tales como este juego de ajedrez.
Aparte del enfoque actual en el desarrollo de más aplicaciones para la fabricación aditiva, Wen cree que las instituciones de investigación de Taiwan deberían trabajar en el desarrollo de nuevas materias primas. El señala que el desarrollo pasado de materias primas condujo a un inmenso progreso en la fabricación 3D, pero dice que los tipos de metales y plásticos disponibles aún son limitados. “Cada industria –o cada compañía en la industria– tiene especificaciones diferentes para sus productos”, dice. “Más materias primas significaría aplicaciones más amplias”.
Detekt es otra compañía que ha estado en el negocio de la impresión 3D durante casi una década. “El mayor ‘negocio’ para esta compañía en la década pasada ha sido la educación”, dice Chiu. “Hay que demostrarle a la gente los beneficios antes de que estén dispuestos a pagar”. En los últimos cinco años, Chiu ha dictado muchas clases sobre tecnología para la gente de diversas industrias. Inicialmente, la respuesta no fue nada abrumadora, pero las cosas han cambiado en los últimos dos años aproximadamente gracias a la cobertura que la impresión 3D ha recibido por los medios de comunicación. Aún así, es más difícil para la compañía vender impresoras que brindar servicios de impresión. Detekt genera actualmente la mayor parte de sus ingresos brindando sus servicios a compañías de artículos dentales y médicos.
Inspiración alemana
Además, la compañía ha estado trabajando en el establecimiento de una tienda en línea en Taiwan que venda productos impresos en 3D. Detekt se inspiró en la idea de una página web alemana que vende artículos impresos en 3D, tales como artefactos, joyería y otros tipos de artículos. Esa página web tiene una lista de productos hechos a pedido creados por más de 10.000 diseñadores independientes de todo el mundo. La fabricación aditiva hace las cosas mucho más fáciles para estos diseñadores, ya que todo lo que tienen que hacer es crear un archivo CAD y subirlo a los servidores del sitio web. Cuando un pedido es recibido, la página web retiene una cuota dependiendo de los materiales usados y el tamaño del artículo a imprimir. “La belleza de ésto es que la compañía no necesita un espacio enorme para inventario y solamente necesita imprimir la mercancía después que se realizan los pedidos”, dice Chiu. “También facilita las cosas para los diseñadores, ya que pueden hacer casi todo con sus computadoras portátiles”.
Muestras de partes de maquinarias impresas en 3D. La fabricación aditiva puede ser usada para ayudar a mejorar la productividad de máquinas usadas en la manufactura tradicional. (Cortesía del Instituto de Investigaciones sobre Tecnología Industrial)
Sin embargo, Chiu tiene sus dudas, de que Taiwan podrá producir suficientes diseños 3D para mantener la actividad de esa página web. “Lo más importante para cualquier diseño es que necesita ser realizado, y por décadas los diseñadores y artistas locales han estado acostumbrados a la manera tradicional de ejecutar su trabajo, ya sea con maquinaria o moldes”, dice Chiu. “Cuando tienen la manera tradicional en la mente, no van a hacer diseños que saquen el mejor provecho de la fabricación aditiva”.
Aparte de administrar Detekt, Chiu es profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica en la Universidad Nacional de Taiwan en Taipei, así como en el Departamento de Diseño Industrial y Comercial en el Instituto de Tecnología Oriental en la ciudad Nuevo Taipei. En su experiencia, las universidades de Taiwan no han puesto mucho énfasis en la fabricación aditiva. “Está de moda ahora en algunos sectores industriales, pero creo que es algo que mucha gente piensa que no va a durar mucho tiempo”, dice en cuanto a la falta de interés en enseñar la tecnología en el nivel de educación superior.
El establecimiento de ese tipo de página web como la de Alemania sigue un modelo comercial altamente internacionalizado, pero la impresión 3D puede también ser una industria muy localizada. “Se denominada prototipo rápido o fabricación rápida, la palabra clave es ‘rápido’, dice Tu, de Digital-Can. “Quiere obtener un producto tan pronto como se imprima, entonces se busca un servicio local de impresión en lugar de esperar por varios días que sea enviado desde una compañía extranjera”.
En ciertos aspectos, el desarrollo de la impresión 3D es similar a la fotocopia. Así como las fotocopiadoras después que Xerox Corp. introdujo su primer modelo en 1949, las impresoras 3D están volviéndose más asequibles, más aplicaciones para ellas están siendo encontradas y más personas están reconociendo que la nueva tecnología puede facilitar las cosas. La mayor ambición de aquéllos en el negocio, por lo tanto, es que la impresión 3D se convierta en algo tan común como las fotocopias. Hay un largo camino por recorrer, pero quizás algún día la gente en Taiwan pueda comprar un archivo digital de un objeto 3D en línea –de un par de aretes, por ejemplo– pulsar el botón de “imprimir” y comenzar a disfrutar de su joya de diseñador al cabo de poco tiempo.