Una impresora 3D es una máquina capaz de realizar réplicas
de diseños en 3D, creando piezas o maquetas volumétricas a partir de un diseño
hecho por ordenador, descargado de internet o recogido a partir de un escáner
3D. Surgen con la idea de convertir archivos de 2D en prototipos reales o 3D.
Comúnmente se ha utilizado en el prototipado o en la prefabricación de piezas o
componentes, en sectores como la arquitectura y el diseño industrial. En la
actualidad se está extendiendo su uso en la fabricación de prótesis médicas, ya
que la impresión 3D permite adaptar cada pieza fabricada a las características
exactas de cada paciente.
La impresión 3D en el sentido original del término se
refiere a los procesos en los que secuencialmente se acumula material en una cama
o plataforma por diferentes métodos de fabricación, tales como polimerización,
inyección de aporte, inyección de aglutinante, extrusión de material, cama de
polvo, laminación de metal, depósito metálico.
Existen múltiples modelos comerciales:
de sinterización láser, donde un suministrador va
depositando finas capas de polvo de diferentes metales (acero, aluminio,
titanio...) y un láser a continuación funde cada capa con la anterior.
de estereolitografía, donde una resina fotosensible es
curada con haces de luz ultravioleta, solidificándola.
de compactación, con una masa de polvo que se compacta por
estratos.
de adición, o de inyección de polímeros, en las que el
propio material se añade por capas.
Según el método empleado para la compactación del polvo, se
pueden clasificar en:
Impresoras 3D de tinta: utilizan una tinta aglomerante para
compactar el polvo. El uso de una tinta permite la impresión en diferentes
colores.
Impresoras 3D láser: Es un láser que transfiere energía al
polvo haciendo que se polimerice. Después se sumerge en un líquido que hace que
las zonas polimerizadas se solidifiquen.
Una vez impresas todas las capas sólo hay que sacar la
pieza. Con ayuda de un aspirador se retira el polvo sobrante, que se
reutilizará en futuras impresiones.
Impresoras 3D de tinta
En el caso de las impresoras de tinta, el polvo compositivo
utilizado puede ser a base de escayola o celulosa (el más común es el de
escayola). El resultado es bastante frágil, por lo que conviene someter la
pieza a una infiltración a base de cianocrilato o epoxi para darle la dureza
necesaria. Las piezas hechas con polvo de celulosa pueden infiltrarse con un
elastómero para conseguir piezas flexibles.
La ventaja es que es un método más rápido y económico,
aunque las piezas son más frágiles.
Impresoras 3D láser
En el caso de las impresoras de láser, al acabar el proceso
de impresión, debe esperarse un tiempo para que el material acabe de
polimerizarse. Después ya se puede manipular la pieza. Determinadas impresoras
usan filamentos de PLA o ABS (hilo de plástico), estas funden el plástico
construyendo con él capas muy finas sobrepuestas para crear el objeto. Estos
materiales admiten el pulido posterior de la pieza, al contrario que las
impresoras 3D de tinta.
La ventaja es que las piezas son más resistentes, aunque el
proceso es más lento y más costoso.
La tecnología FDM o FFF es la más extendida. Funden
filamentos plásticos (ABS, PLA, TPUV, ...) y son las impresoras utilizadas
habitualmente para prototipado rápido. Cuentan con un enorme potencial y son
las que mayor presencia tienen en el mercado. Sus usos son tantos como
actividades productivas hay.
Impresoras que inyectan polímeros
Otra tecnología de impresión 3D funciona inyectando resinas
en estado líquido y curándolas con luz ultravioleta. Se trata de fotopolímeros
de base acrílica con diferentes propiedades físico-mecánicas: variedad de
flexibilidades, elongación a rotura, resistencia, colores, etc. Se caracteriza
por su precisión y acabado de superficie, lo que hace que su aplicación en
matricería resulte muy adecuada. Las piezas están totalmente curadas al
terminar la impresión y no hay tiempo de espera, aunque hay que retirar
soportes de impresión con un chorro de agua a presión. Esta tecnología ha sido
la primera en lograr inyectar dos materiales diferentes en una misma impresión,
permitiendo la creación de materiales digitales con propiedades "a la
carta".
Usos actuales
En medicina
El campo de la medicina es uno de los más avanzados en
cuanto al uso de las impresoras 3D. En Estados Unidos, la FDA aprobó en agosto
de 2015 el primer medicamento que puede ser producido por impresión 3D. El
medicamento se llama Spritam y se utiliza para el tratamiento de la epilepsia.
La impresión 3D de medicamentos puede permitir a los médicos recetar dosis más
precisas, ajustadas a las necesidades de cada paciente.1
Prótesis
Existen impresoras que son capaces de crear guías
quirúrgicas y modelos dentales.2 Las guías quirúrgicas se usan para que el
dentista sepa exactamente dónde debe colocar un implante. Pero lo que es más
sorprendente es que ya se han realizado implantes de prótesis más allá de la
odontología. Es el caso de un estudiante de secundaria de Colorado, que ha
creado una prótesis robótica con una impresión 3D. Este brazo robótico tiene un
coste de 500 dólares, unas 160 veces inferior a los que se construyen por los
métodos tradicionales, por lo que podría llegar a la mayoría de los hogares,
independientemente de su poder de adquisición. El brazo es controlado por ondas
cerebrales y tiene un diseño robusto y avanzado. En agosto del 2013, este
estudiante estaba ya trabajando en la tercera generación de esta creación.3
Por otro lado, existe un proyecto denominado Project
Daniel,4 de Not Impossible, que fue iniciado en diciembre del 2013. Daniel
Omar, de quien toma nombre el proyecto, perdió ambos brazos en la guerra del
Sudán en 2012, con tan sólo 14 años. Al conocer la noticia, Mick Ebeling viajó
hasta el lugar y decidió crear la fundación Not Impossible. De esta manera,
inicialmente creó una prótesis de brazo para Daniel, creada con una impresora
3D. Una vez alcanzado este objetivo, se creó en Sudán la primera escuela taller
de prótesis, desde la que se crean varias prótesis semanalmente. Así, un gran número
de niños pueden disfrutar de lo que para ellos es un privilegio, ya que sin
estas máquinas de tres dimensiones la creación de las prótesis alcanza precios
desorbitados que pocas familias pueden permitirse.
Una de las grandes ventajas que ha ofrecido la creación de
prótesis es que las instrucciones a seguir para crear una son públicas en
Internet. Así, cualquiera puede acceder a ello y no supone un sobrecoste ni
económico ni de conocimiento. Una de las ventajas de este gran avance es que en
el caso de los niños, que se encuentran en edad de crecimiento, se puede crear
varias prótesis mientras siga su crecimiento sin tener que gastar una millonada
con cada nueva. Hay muchas personas que se inician por su cuenta en este mundo
de las impresoras 3D, como es el caso de un padre que descubrió estas máquinas
gracias a la publicación en la web de dichas instrucciones para crear una mano.
Trasplantes
Mucha gente sufre accidentes que le provocan heridas tan
graves que necesitan una reconstrucción de algunas partes del cuerpo. Existen
dos casos: que necesiten coger piel de una parte del cuerpo y colocarla en la
lesión, cosa muy dolorosa, o que necesiten reconstruir algún hueso. En ambos
casos las impresoras en tres dimensiones pueden ayudarnos.
En el primer caso, ya se ha dado la primera creación de un
material con propiedades parecidas a las del tejido humano. Este tipo de
material está compuesto por miles de gotas de agua conectadas y encapsuladas
dentro de películas de lípidos y pueden llevar a cabo algunas de las funciones
de las células, e interactuar con los demás tejidos de nuestro cuerpo. Estas
‘redes de gotas’ son totalmente sintéticas, no cuentan con genoma y no se
replican.5
En el segundo caso, en marzo de 2014 se le reconstruyó el
rostro a un joven que había sufrido un accidente de moto. Inicialmente, cuando
ingresó en el hospital después del accidente, los doctores intentaron la
reconstrucción de su rostros de la mejor forma posible, manualmente, pero no
pudieron hacerlo del todo bien, pues podría verse comprometida la visibilidad
de su ojo izquierdo. Gracias a las nuevas tecnologías de modelado en 3D,
realizaron una recreación de su cráneo antes del accidente, se seleccionaron
partes a reemplazar y se imprimieron en 3D, implantando estas mediante una
operación.6 Así, han podido reconstruirle todo el rostro y permitiéndole llevar
una vida relativamente normal.
Por otro lado, un grupo de médicos de la Universidad de
Pekín imprimió una vértebra, siendo éste el primer caso. Se la implantaron con
éxito a un niño de 12 años en una operación de 5 horas, después de retirarle la
suya que contenía un tumor maligno. Esta vértebra está creada con titanio y tiene
unos pequeños poros de forma que el hueso pueda crecer dentro y no obstaculice
el crecimiento, de manera que no son necesarios tornillos u otras conexiones.7
Órganos
En las impresoras 3D usadas para crear órganos se usan
células vivas como material para imprimir. A partir de éstas es posible generar
un órgano para implantárselo a una persona. Es uno de los objetivos más
esperados, ya que hay enormes colas de espera para que las personas que
necesitan un órgano lo reciban, y a diario mueren varias de ellas debido a la
espera demasiado larga. Existen varios grupos estudiando la creación de
distintos órganos, siendo el corazón el gran objetivo. De momento, hay un grupo
de ingenieros de la Universidad de Connecticut que ha creado riñones artificiales.8
Su objetivo es que estos órganos sean trasplantados a seres humanos y tengan
las mismas funcionalidades que un riñón natural, y parece que no falta mucho
para alcanzar esta meta. Por otro lado, Organovo informó que el año 2014
saldría el primer hígado creado con una impresora de tres dimensiones. De
momento el año 2013 disponían de réplicas en miniatura pero que ya tenían las
funcionalidades de uno natural.9
Otros
La escoliosis es una enfermedad en la que la columna
vertebral sufre una curvatura en forma de S o de C. Cuando esta curvatura es
mayor de un número determinado de grados es necesario el uso de un corsé. Estos
acostumbran a ser muy aparatosos, incómodos y antiestéticos. Es por ello que
mucha gente no quiere llevarlos o disminuye enormemente su autoestima. Parece
que se ha encontrado la solución, llamada Bespoke. Mediante un escaneo del
cuerpo del paciente se obtienen las medidas exactas y se imprime este corsé,
pudiendo tener distintos estilos y ser personalizable. Además es transpirable,
por lo que aumentará también la comodidad y durabilidad.10
En este caso hablamos de algo sorprendente a la par que
útil. Hace unos años que surgieron las ecografías en 3D, que supuso un gran
avance en este sector. Sin embargo, el año 2013 se produjo un nuevo paso: la
impresión en tres dimensiones del feto. Su principal objetivo es que se puedan
detectar malformaciones en los no natos, así como posibles complicaciones en el
parto. De esta manera podrían evitarse y ayudar al personal médico a un mejor
seguimiento del periodo de gestación del bebé. Otra utilidad es para padres con
ceguera, quienes, gracias a estos objetos realizados con material fácilmente
palpable, podrán saber cómo será su hijo.11 Sin embargo, muchos padres se están
interesando en disponer de este objeto, de manera que puedan tener un recuerdo
material de la gestación de su hijo.
Por último, hacemos referencia a la inmovilización de un
miembro del cuerpo debido a una fractura. Normalmente se usa una escayola hecha
con yeso por los médicos que tarda unas 20 horas en secarse y que se mantiene
totalmente rígida, pudiendo causar rozaduras en algunos casos. Cortex
Exoskeleton es un proyecto que usa una impresora 3D para crear una pieza de
inmovilización con la medida perfecta de cada paciente. Para ello, se usa un
escáner 3D para obtener la medida exacta del miembro y, junto con una
radiografía para visualizar la rotura y su posición, se envía a una impresora
que crea una pieza de inmovilización. Esta pieza es mucho más resistente y
ligera que una escayola de yeso; además tiene una serie de agujeros que
permiten la transpiración de la piel, impidiendo así que salgan hongos. Es una
única pieza que tiene una apertura por donde el paciente introducirá el miembro
y se cerrará con unas bisagras incorporadas en la estructura.12 Es mucho más
estético y cómodo ya que no abulta demasiado, por lo que no nos causará
problemas con la ropa. Así, también se pueden imprimir muñequeras o tablillas
para personas que lo necesiten.
De igual manera, cabe destacar que se están probando métodos
para poder imprimir pastillas médicas de forma eficiente.
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