La fabricació additiva cada cop té més camps d'aplicació, tant al sector de l'oci com al de la indústria i la tecnologia. Les impressores 3D han arribat per revolucionar la manera com s'imprimeix i construeixen noves estructures, que poden anar des de petits objectes fins a teixits vius i fins i tot habitatges, o peces aerodinàmiques per al motorsport.
Fins fa uns anys, la impressió en tres dimensions era una mica de ciència ficció. Molts somiaven poder imprimir objectes en comptes d'imatges o text en un simple paper en 2D. Ara, la tecnologia està tan madura que hi ha infinitat de tecnologies, marques, models, etc. En aquesta guia podràs conèixer molt més sobre aquestes impressores tan peculiars.
Què és un vòxel?
Si encara no estàs familiaritzat amb el vòxel, és important que entenguis què és, ja que a la impressió 3D és important. Es tracta de l'abreviatura de l'anglès “volumetric pixel”, una unitat cúbica que compon un objecte tridimensional.
En altres paraules, seria l'equivalent en 2D a un píxel. I, com es pot veure a la imatge superior, si aquest model 3D es divideix en cubs, cadascun seria un vòxel. És important especificar què és, ja que algunes impressores 3D avançades permeten el control de cada vòxel durant la impressió per aconseguir millors resultats.
Què és una impressora 3D
Una impressora 3D és una màquina capaç d'imprimir objectes amb volum a partir d'un disseny d'ordinador. És a dir, com una impressora convencional, però en comptes d'imprimir sobre una superfície plana i en 2D, ho fa amb tres dimensions (ample, llarg i alt). Els dissenys a partir dels quals es pot aconseguir aquests resultats poden provenir d'un model 3D o CAD, i fins i tot a partir d'un objecte físic real al que se li escaneja tridimensionalment.
I es poden imprimir tota mena de coses, des d'objectes tan senzills com una tassa de cafè, fins a molts més complexos com teixits vius, habitatges, etc. És a dir, el somni de molts que desitjaven que els seus dibuixos impresos cobressin vida des del paper ja és aquí, i són prou barates per utilitzar-les més enllà de la indústria, també a casa.
Història de la impressió 3D
La història de la impressió 3D sembla molt recent, però la veritat és que cal remuntar-se a fa unes dècades. Tot sorgeix a partir de la impressora d'injecció de tinta de 1976, a partir de la qual s'ha anat avançant fins aconseguir substituir la tinta d'impressió per materials per generar objectes amb volum, fent importants passos i marcant fites en el desenvolupament d'aquesta tecnologia fins a les màquines actuals:
- El 1981 es patenta el primer dispositiu d'impressió en 3D. Ho va fer el Dr Hideo Kodama, de l'Institut Municipal de Recerca Industrial de Nagoya (Japó). La idea era usar 2 mètodes diferents que va inventar per a la fabricació additiva usant resina foto-sensible, similar a com es fabriquen els xips. Tot i això, el seu projecte seria abandonat per falta d'interès i finançament.
- En aquesta mateixa dècada, els enginyers francesos Alain Le Méhauté, Olivier de Wittte i Jean-Claude André, van començar a investigar sobre la tecnologia de fabricació per solidificació de resines fotosensibles amb curació UV. El CNRS no aprovaria el projecte per manca d‟àrees d‟aplicació. I, encara que van sol·licitar una patent el 1984, finalment s'abandonaria.
- Charles Hull, el 1984, cofundaria l'empresa 3D Systems, inventant l'estereolitografia (SLA). Es tracta d´un procés pel qual es pot imprimir un objecte 3D a partir d´un model digital.
- La primera màquina 3D de tipus SLA es va començar a comercialitzar el 1992, però els seus preus eren força elevats i encara era un equip molt bàsic.
- El 1999 es marca una altra gran fita, aquesta vegada referent a la bioimpressió, podent generar en un laboratori un òrgan humà, concretament una bufeta urinària usant recobriment sintètic amb les pròpies cèl·lules mare. Aquesta fita té el seu origen a l'Institut de Wake Forest de Medicina Regenerativa, obrint les portes a fabricar òrgans per a trasplantaments.
- El ronyó imprès en 3D arribaria el 2002. Era un model totalment funcional i amb capacitat de filtrar sang i produir orina a un animal. Aquest desenvolupament es va crear també al mateix institut.
- Adrian Bowyer funda RepRap a la Universitat de Bath el 2005. Es tracta d'una iniciativa de codia obert per construir impressores 3D barates i que és autoreplicant, és a dir, que pot imprimir les seves pròpies peces i usant consumibles com els filaments 3D.
- Un any més tard, a 2006, arriba la tecnologia SLS i la possibilitat de fabricació en massa gràcies al làser. S'obren les portes cap a l'ús industrial.
- 2008 seria l'any de la primera impressora amb capacitat d'autorèplica. Era la Darwin de RepRap. En aquest mateix any també comencen els serveis de co-creació, webs on les comunitats podien compartir els seus dissenys 3D perquè altres poguessin imprimir-los a les seves pròpies impressores 3D.
- També es donen importants avenços a la permissió de pròtesis 3D. 2008 serà l'any en què la primera persona podrà caminar gràcies a una pròtesi de cama impresa.
- 2009 és l'any de Makerbot i els kits d'impressores 3D, perquè molts usuaris poguessin comprar barats i muntar la seva pròpia impressora ells mateixos. És a dir, orientat als makers i DIY. Aquest mateix any, el Dr. Gabor Forgacs fa un altre gran pas en la bioimpressió, podent crear vasos sanguinis.
- El primer avió imprès en 3D arribaria el 2011, creat per enginyers de la Universitat de Southampton. Es tractava d'un disseny no tripulat, però que es podia fabricar només en 7 dies i amb un pressupost de 7000€. S'obria així la veda per a la fabricació de molts altres productes. De fet, aquest mateix any arribaria el primer prototip de cotxe imprès, l'Urbee de Kor Ecologic, amb preus entre els 12.000 i els 60.000€.
- Alhora, es comença a imprimir usant materials nobles com la plata de primera llei i l'or de 14kt, obrint així un nou mercat per als joiers, podent crear peces més econòmiques usant el material precís.
- El 2012 arribaria el primer implant de pròtesis de mandíbula imprès en 3D gràcies a un grup dinvestigadors de belgues i neerlandesos.
- I actualment el mercat no para de trobar noves aplicacions, millorar les prestacions, i de continuar expandint-se per negocis i llars.
Actualment, si et preguntes quant costa una impressora 3D, pot anar des d'una mica més de 100 o 200€ en el cas de les més barates i petites, fins als 1000€ o més en el cas de les més avançades i més grans, i fins i tot algunes que costen milers d'euros per al sector industrial.
Què és la fabricació additiva o AM
La impressió 3D no és més que una fabricació additiva, és a dir, un procés de fabricació que per crear els models 3D va superposant capes de material. Tot al contrari de la fabricació substractiva, que es basa en un bloc inicial (làmina, lingot, bloc, barra,…) del qual es va retirant material fins a aconseguir el producte final. Per exemple, com a fabricació substractiva tens una peça tallada en un torn, que comença amb un bloc de fusta.
Gràcies a aquest mètode revolucionari es poden aconseguir una producció barata d'objectes a casa, models per a enginyers i arquitectes, obtenir prototips per fer proves, etc. A més, aquesta fabricació additiva ha permès crear peces que abans eren impossibles per altres mètodes com els motlles, l'extrusió, etc.
Què és la bioimpressió
La bioimpressió és un tipus de fabricació additiva especial, creat també amb impressores 3D, però els resultants de la qual són molt diferents als materials inerts. Poden fabricar teixits i òrgans vius, des d'una pell humana fins a un orgue vital. També poden fabricar materials biocompatibles, com els de pròtesis o implants.
Això es pot aconseguir a partir de dos mètodes:
- Es construeix una estructura, una mena de suport o bastida de compostos polímers biocompatibles que no són rebutjats pel cos, i que les cèl·lules els acolliran. Aquestes estructures s'introdueixen en un bioreactor perquè les poblen cèl·lules i un cop inserides al cos, aniran deixant pas a les cèl·lules de l'organisme hoste.
- És una impressió d'òrgans o teixits capa a capa, però en comptes de fer servir materials com els plàstics, o altres, s'utilitzen cultius cel·lulars vius i un mètode de subjecció anomenat biopaper (material biodegradable) per donar forma.
Funcionament de les impressores 3D
El funcionament d'una impressora 3D és molt més senzill del que pugui semblar:
- Es pot començar des de zero amb programari per modelatge 3D o disseny CAD per generar el model que es vol, o descarregar un fitxer ja creat, i fins i tot utilitzar un escàner 3D per obtenir el model 3D a partir d'un objecte físic real.
- Ara ja es té el model 3D emmagatzemat en un arxiu digital, és a dir, a partir d'una informació digital amb les dimensions i les formes de l'objecte.
- El següent és el slicing, o llescat, un procés en què es «talla» el model 3D en centenars o milers de capes o slices. És a dir, com llescar el model per programari.
- Quan l'usuari prem sobre el botó imprimir, la impressora 3D connectada al PC mitjançant cable USB, o xarxa, o el fitxer passat en una targeta SD o pendrive, serà interpretat pel processador de la impressora.
- A partir d'aquí, la impressora anirà controlant els motors per moure el capçal i així anar generant capa a capa fins aconseguir el model final. De manera similar a una impressora convencional, però el volum anirà creixent capa a capa.
- La manera com es generen aquestes capes poden variar segons la tecnologia que tinguin les impressores 3D. Per exemple, poden ser per extrusió o resina.
Disseny 3D i impressió 3D
Un cop saps què és una impressora 3D i com funciona, el següent és conèixer el programari o eines necessàries per a la impressió. Una cosa fonamental si es vol passar d'un esbós o una idea a un objecte 3D real.
Has de saber que hi ha diversos tipus fonamentals de programari per a impressores 3D:
- D'una banda hi ha els programes de modelatge 3D o disseny CAD 3D amb què un usuari pot crear els dissenys des de zero, o modificar-los.
- D'altra banda hi ha l'anomenat programari slicer, que converteix el model 3D en instruccions específiques per ser imprès a la impressora 3D.
- També hi ha el programari de modificació de malles. Aquests programes, com MeshLab, es fan servir per modificar les malles dels models 3D quan donen problemes a l'hora d'imprimir-los, ja que altres programes potser no tenen en compte la manera de treballar de les impressores 3D.
Programari per a impressora 3D
Aquí tens alguns dels millors programes per a impressió 3D, tant de pagament, com gratuïts, per modelatge 3D y disseny CAD, així com programari lliure o de codi obert:
Sketchup
Google i Last Software van crear SketchUp, encara que finalment va passar a les mans de l'empresa Trimble. Es tracta d'un programari propietari i gratuït (amb diferents tipus de plans de pagament) i també amb la possibilitat d'escollir entre fer-lo servir a l'escriptori Windows oa la web (qualsevol sistema operatiu amb navegador web compatible).
Aquest programa de disseny gràfic i modelatge 3D és un dels millors. Amb ell podràs crear tota mena d'estructures, encara que està especialment pensat per a dissenys arquitectònics, disseny industrial, etc.
Ultimaker Cura
Ultimaker ha creat Cura, una aplicació dissenyada especialment per a impressores 3D amb què es poden modificar paràmetres d'impressió i transformar-los en codi G. La va crear David Raan mentre treballava en aquesta empresa, encara que per a un manteniment més senzill obriria el codi sota llicència LGPLv3. Ara és de codi obert, possibilitant més compatibilitat amb programari CAD de tercers.
Actualment, és tan popular que és una de les més usades a tot el món, amb més d'1 milió d'usuaris de diferents sectors.
Prusaslicer
La companyia Prusa també ha volgut crear el seu propi programari. És l'eina de codi obert anomenada PrusaSlicer. Aquesta app és molt rica quant a funcions i característiques, i compta amb un desenvolupament força actiu.
Amb aquest programa podràs exportar models 3D a fitxers nadius que puguin adaptar-se a les impressores Prusa originals.
Ideamaker
Aquest altre programa és gratuït, i es pot instal·lar tant a Microsoft Windows, macOS, ia GNU/Linux. Ideamaker està especialment pensat per als productes de Raise3D, i es tracta d'un altre slicer amb què poder gestionar els teus prototips per impressió de forma àgil.
freecad
FreeCAD necessita poques presentacions, és un projecte de codi obert i totalment gratuït per al disseny CAD en 3D. Amb ell podràs crear qualsevol model, com faries a Autodesk AutoCAD, la versió de pagament i de codi propietari.
És senzill de fer servir, i amb una interfície intuïtiva i rica en eines amb les de treballar. Per això és un dels més empleats. Es basa en OpenCASCADE i està escrit a C++ i Python, sota llicència GNU GPL.
liquadora
Un altre gran conegut al món del programari lliure. Aquest gran programari és usat fins i tot per molts professionals, donada la potència i resultats que ofereix. Disponible en múltiples plataformes, com ara Windows i Linux, i sota llicència GPL.
Però el més important d'aquest programari és que no només serveix per il·luminació, renderitzat, animació i creació de gràfics tridimensionals per a vídeos animats, videojocs, pintures, etc., sinó que també el pots fer servir per a modelatge 3D i crear el que necessitis imprimir.
Autodesk AutoCAD
És una plataforma similar a FreeCAD, però és programari propietari i de pagament. Les seves llicències tenen un preu elevat, però és un dels programes més emprats a nivell professional. Amb aquest programari podràs crear dissenys CAD tant en 2D com en 3D, afegint mobilitat, nombroses textures als materials, etc.
Està disponible per a Microsoft Windows, i un dels seus avantatges és la compatibilitat amb els arxius DWF, que són un dels més estesos i desenvolupat per la pròpia empresa Autodesk.
Autodesk Fusion 360
Autodesk Fusion 360 té moltes similituds amb AutoCAD, però es basa en una plataforma al núvol, perquè puguis treballar des d'on vulguis i sempre disposar de la versió més avançada d'aquest programari. En aquest cas, també hauràs de pagar subscripcions, que tampoc no són barates precisament.
Tinkercad
TinkerCAD és un altre programa de modelatge 3D que es pot utilitzar en línia, des d'un navegador web, cosa que obre molt les possibilitats d'usar-lo des d'on necessitis. Des del 2011 ha estat guanyant usuaris, i s'ha convertit en una plataforma molt popular entre els usuaris de les impressores 3D, i fins i tot en centres educatius, ja que la seva corba d'aprenentatge és força més senzilla que la d'Autodesk.
Meshlab
Està disponible per a Linux, Windows i macOS, i és totalment gratuït i de codi obert. MeshLab és un sistema de programari per a processament de malles 3D. L'objectiu d'aquest programari és gestionar aquestes estructures per editar-les, reparar-les, inspeccionar-les, renderitzar-les, etc.
SolidWorks
La companyia europea Dassault Systèmes, a partir de la seva filial SolidWorks Corp., ha desenvolupat un dels millors i més professionals programari CAD per a modelatge 2D i 3D. SolidWorks pot ser una alternativa a Autodesk AutoCAD, però està especialment dissenyat per al modelatge de sistemes mecànics. No és gratuït, ni tampoc de codi obert, i es troba disponible per a Windows.
crec
Finalment, Crec és un altre dels millors programari CAD/CAM/CAE per a impressores 3D que pots trobar. És un programari creat per PTC i que permet dissenyar multitud de productes amb gran qualitat, de forma ràpida i amb poca feina. Tot gràcies a la interfície intuïtiva pensada per millorar la usabilitat i la productivitat. Pot desenvolupar peces per a fabricació additiva i substractiva, així com per a simulació, disseny generatiu, etc. És de pagament, de codi tancat i només per a Windows.
impressió 3D
El següent pas al disseny usant el programari anterior és la pròpia impressió. És a dir, quan a partir daquest fitxer amb el model la impressora 3D comença a generar les capes fins a completar el model i obtenir el disseny real.
Aquest procés pot trigar més o menys, en funció de la velocitat d'impressió, de la complexitat de la peça, i de la seva mida. Però podria anar-hi des d'alguns minuts fins a hores. Durant aquest procés es pot desatendre la impressora, encara que sempre és positiu monitoritzar de tant en tant la feina per evitar que alguns problemes acabin afectant el resultat final.
Postprocés
Per descomptat, una vegada s'acaba d'imprimir la peça a la impressora 3D, el treball no sol acabar aquí en la majoria dels casos. Després solen venir altres passos addicionals coneguts com post-processat com:
- Eliminar algunes parts que cal generar i que no formen part del model final, com poden ser alguna base o suport que es necessita perquè la peça es mantingui.
- Polir o polir la superfície per aconseguir un millor acabat final.
- Tractament superficial de l'objecte, com pot ser envernissat, pintat, banys, etc.
- Algunes peces, com les de metall, podrien fins i tot necessitar altres processos com el fornejat.
- En cas que una peça s'hagi hagut de dividir en parts perquè no era possible construir sencera per les seves dimensions, potser cal unir les parts (assemblat, cola, soldadura…).
dubtes freqüents
Finalment, l'apartat de FAQs o preguntes de dubtes freqüents i respostes que solen sorgir a l'hora de fer servir una impressora 3D. Les que més se solen buscar són:
Com obrir STL
Un dels dubtes més freqüents és com es pot obrir o visualitzar un fitxer .stl. Aquesta extensió fa referència als fitxers d'estereolitografia i es pot obrir i fins i tot editar pel programari CATIA de Dassault Systèmes, entre d'altres programes CAD com AutoCAD, etc.
A més dels STL, també hi ha altres arxius com .obj, .dwg, .dxf, etc. Tots ells força populars i que es poden obrir amb multitud de programes diferents i fins i tot convertir entre formats.
Plantilles 3D
Hauries de saber que no sempre has de crear tu mateix el dibuix 3D, pots aconseguir models ja fets de tota mena de coses, des de figures de videjuegos o pel·lícules, fins a objectes pràctics per a la llar, joguines, pròtesis, màscares, carcasses per a Raspberry Pi, i molt més. Cada cop hi ha més webs amb biblioteques d'aquestes plantilles llistes per descarregar i imprimir a la teva impressora 3D. Alguns llocs recomanats són:
- Thingiverse
- Magatzem 3D
- PrusaPrinters
- YouMagine
- GrabCad
- MyMiniFactory
- En forma de pins
- TurboSquid
- 3DExportació
- 3D gratuït
- Dshook
- XYZ 3D Printing Gallery
- Cults3D
- Reables
- 3DaGoGo
- Lliure3D
- La Farga
- NASA
- Dremel Lesson Plans
- Núvol polar
- Stlfinder
- sketchfab
- Hum3D
A partir de model real (3D scanning)
Una altra possibilitat, si el que vols és recrear un clon o rèplica perfecta d'un altre objecte 3D, és fer servir un escàner 3D. Són aparells que permeten rastrejar la forma d'un objecte, passant a un arxiu digital el model i permetent imprimir.
Aplicacions i usos de la impressora 3D
Per finalitzar, les impressores 3D es poden utilitzar per a multitud d'aplicacions. Els usos més populars que se li poden donar són:
Prototips per a enginyeria
Un dels usos més populars de les impressores 3D en l'àmbit professional és per a la creació de prototips ràpids, és a dir, per prototipat ràpid. Ja sigui per obtenir peces per a un monoplaça de carreres, com un Fórmula 1, o per crear prototips de motors o mecanismes complexos.
D'aquesta manera, se li permet a l'enginyer obtenir una peça de forma molt més ràpida que si s'hagués d'enviar a una factoria per manufactura, així com obtenir prototips de prova per veure si un model final funcionaria com sespera.
Arquitectura i construcció
photo: © www.StefanoBorghi.com
Per descomptat, i molt relacionat amb això, també es poden utilitzar per construir estructures i fer proves mecàniques per a arquitectes, o construir certes peces que no es poden fabricar amb altres procediments, crear prototips d'edificis o altres objectes com a mostra o maqueta, etc.
A més, la irrupció de impressores de formigó i altres materials, també han obert la porta a poder imprimir cases de manera ràpida i molt més eficient i respectuoses amb el medi ambient. Fins i tot s'ha proposat portar aquest tipus d'impressores a altres planetes per a les colònies futures.
Disseny i personalització de joies i altres complements
Una de les coses que s'ha estès més és la joieria impresa. Una manera de poder obtenir peces úniques i més ràpides, amb característiques personalitzades. Algunes impressores 3D poden imprimir alguns charms i accessoris en materials com el niló o el plàstic en diferents colors, però també n'hi ha d'altres usades en l'àmbit de la joieria professional que poden emprar metalls nobles com l'or o la plata.
Aquí també es podria incloure alguns productes que també s'estan imprimint darrerament, com peces de roba, calçat, complements de moda, Etc
Lleure: coses fetes amb impressora 3D
Cal no oblidar l'oci, que és per al que es fan servir una gran quantitat d'impressores 3D domèstiques. Aquests usos poden ser molt variats, des de crear algun suport personalitzat, fins a desenvolupar adorns o peces de recanvi, fins a figures per pintar dels teus personatges de ficció favorits, carcasses per a projectes DIY, tasses personalitzades, etc. És a dir, per a usos no lucratius.
Indústria manufacturera
Moltes indústries manufactureres ja usen impressores 3D per produir els seus productes. No només pels avantatges d'aquest tipus de fabricació additiva, sinó perquè de vegades, atesa la complexitat d'un disseny, no són possibles crear per mètodes tradicionals com l'extrusió, l'ús de motlles, etc. A més, aquestes impressores han evolucionat, podent utilitzar materials molt diversos, fins i tot imprimir peces metàl·liques.
També és freqüent fabricar peces per a vehicles, i fins i tot per a aeronaus, ja que permeten obtenir algunes peces molt lleugeres i amb més eficiència. Les grans com AirBus, Boeing, Ferrari, McLaren, Mercedes, etc., ja hi compten.
Impressores 3D en medicina: odontologia, pròtesis, bioimpressió
Un altre dels grans sectors per utilitzar impressores 3D és l'àmbit de la salut. Es poden fer servir per a multitud d'objectius:
- Fabricar pròtesis dentals de manera més precisa, així com brackets, etc.
- Bioimpressió de teixits com la pell o els òrgans per a futurs trasplantaments.
- Altres tipus de pròtesis per a problemes ossis, motors o musculars.
- Ortopèdia.
- etcètera...
Menjar impres / alimentació
Es poden utilitzar impressores 3D per crear decoracions en plats, o per imprimir dolços com els bombons amb una forma concreta, i fins i tot per a molts altres menjars diferents. Per tant, la indústria de l'alimentació també busca fer servir els avantatges d'aquestes màquines.
A més, també s'està buscant una forma de millorar el menjar a nivell nutricional, com la impressió de filets de carn fets a partir de proteïnes reciclades o dels quals s'ha eliminat certs productes nocius que hi pot haver a la carn natural. També hi ha alguns projectes per crear productes per a vegans o vegetarians que simulen els carnis reals, però que es creen a partir de proteïna vegetal.
Educació
I, per descomptat, les impressores 3D són una eina que inundarà els centres educatius, ja que són un fantàstic company per a les classes. Amb elles els professors poden generar models perquè els alumnes aprenguin de manera pràctica i intuïtiva, o els mateixos alumnes podrien desenvolupar la seva capacitat d'enginy i crear tot tipus de coses.
Més informació
- Millors impressores 3D de resina
- Escàner 3D
- Recanvis d'impressores 3D
- Filaments i resina per a impressores 3D
- Millors impressores 3D industrials
- Millors impressores 3D per a la llar
- Millors impressores 3D barates
- Com triar la millor impressora 3D
- Tots sobre els formats STL i d'impressió 3D
- Tipus d'impressores 3D