Impresoras 3D: ¿Revolución tecnológica o social?
Artículo de María Cecilia Silva García, publicado en "Discursos y comunicación de la Cultura Científica" de la Universidad de la República -Uruguay- en octubre del año 2013.
Este trabajo busca dar cuenta de la situación actual de una innovación tecnológica que está ganando carrera y gran incidencia en todo el mundo, así como brindar un acercamiento del su influencia posible en el futuro.
Esta innovación tecnológica permite pasar de bits digitales a átomos del mundo real, estoy hablando de la impresora 3D. Es una tecnología que se conjuga a partir de la información digital, la automatización, la ciencia de los materiales y el diseño asistido. Repercute tanto a nivel productivo y técnico, consumo, economía y por ende a nivel social.
En esta breve investigación se buscará evidenciar algunos de los aspectos principales que se ven influidos por esta innovación tecnológica, aspectos que pueden implicar un nuevo sistema social-tecnológico.
Para realizar este trabajo, me basaré en la recopilación de artículos, documentos técnicos, blogs, foros, sitios web y entrevistas relacionados a la impresión 3D, así como material de apoyo sobre divulgación del conocimiento científico. Es un trabajo más que nada de recopilación para dar a conocer la situación actual, ya que los tiempos para realizar el trabajo son breves, no pretende ser un estudio exhaustivo, si espero que sirva de insumo y motivación para una investigación más profunda del tema, sobre todo a nivel nacional.
Como plantea A. Marcos: “sabemos que la ciencia y la tecnología conviven necesariamente con la incertidumbre. La certeza absoluta no está al alcance de la ciencia, de modo que la información siempre deberia ir cualificada en cuanto a su seguridad”, entorno a esta premisa es que centraré el trabajo.
¿Qué es una impresora 3D?
La impresión 3D posee un término evocador y funciona bien en la explicación de la aparición física de un volumen a partir de un diseño digital 2D en una computadora. Las impresoras 3D no imprimen, construyen.
Para generar un objeto con una impresora 3D, en lugar de restar o quitar material a través de mecanizados o cortes, inyectado en un molde, termoformado, etc como suelen fabricarse los objetos tradicionalmente, se usa la técnica de fabricación aditiva, capa por capa para generar objetos. Para ser más específica, la impresión 3D no es una única tecnología, es más bien una variedad de diversas tecnologías aplicadas para la producción de objetos, las principales diferencias son cómo se construyen las capas del objeto a imprimir. Dentro de estos procesos las tecnologías más conocidas son: modelado por deposición fundida (FDM), fusión por haz de electrones (EBM), sinterizado selectivo por láser (SLS), laminado de capas (LOM) y estereolitografía (SLA). Varias innovaciones en escaners, sensores, tecnologías láser, haz de electrones u tecnologías químicas, han sido fundamental para establecer cada uno de estos procesos de desarrollo de productos.
Hay muchos términos que compiten y confunden a estas tecnologías conocidas coloquialmente como “impresiones 3D”. Puede ser también estéreo-litografía (es un tipo de proceso específico), prototipado rápido, rápida manufacturación, y más recientemente fabricación aditiva (AM) (Mellor 2012). También hay varios procesos por los que pueden generarse los objetos: por extrusión, hilado, granulado, laminado y fotoquímicos.
Los objetos impresos obviamente no aparecen de la nada, existe una materia prima que permite la existencia de un producto tangible. Cada objeto requiere de materia prima, y según el proceso algún material adicional para engamar o agentes aglutinantes, y en algunos modelos de impresoras, material extra del de propio objeto para construir las estructuras, algo así como andamiaje para realizar las bases del producto final. Cuando hablo de materia prima, me refiero al material inicial con el que se origina el producto, y es del cuál se alimenta la impresora, el equivalente a la tinta en una impresora 2D en un modelado por deposición. Esta materia prima, puede presentarse también de distintos modos, en polvo, líquido, gel, filamento, mezcla de componentes, etc.
Los objetos 3D fueron desarrollados inicialmente para satisfacer la necesidad de crear modelos tridimensionales reales, llamados prototipos, por lo que un diseñador industrial, ingeniero o arquitecto, podría producir un objeto experimental sin tener que recurrir para hacer pruebas a la producción en fábrica, reduciendo enormemente los costos y ampliando las posibilidades técnicas. Además de poder generar formas más complejas y orgánicas que con mecanizado tradicional, también es posible trabajar y experimentar con materiales poco convencionales o exóticos. Por ejemplo, en la Universidad de Cornell, crearon una impresora llamada Fab@home en 2006, que permite imprimir una amplia gama de materiales, materiales que incluyen silicona, cemento, acero inoxidable, incluso alimentos usando jeringas con alimentos crudos.
Hoy los fines originales han cambiado, el uso de la impresora 3D se está generalizado llegando a ampliarse su uso más allá de prototipos, se realizan productos reales. Alrededor del 20% de las impresiones 3D, hoy terminan en productos finales, y los analistas estiman que para la próxima década se elevará al 50% (Kross 2011).
Dentro de la amplia variedad de objetos que se pueden imprimir algunos son: piezas de automóviles, joyas, artículos de deporte hechos a medida, muebles, lámparas, implantes médicos, entre otras cosas.
Posibles usos: salud
Existen consecuencias para la salud a corto plazo, según Tom Clarke, se pueden imprimir modelos de órganos y prótesis a partir del escaneo de las partes del cuerpo humano, incluyendo el corazón. Realizar réplicas de órganos humanos reales como el corazón, es de gran utilidad para la enseñanza de la anatomía del cuerpo humanos en médicos sobre todo cirujanos, serían objetos muy valiosos.
Otro ejemplo de esta aplicación fue a fines del 2012, una víctima de un accidente llegó a un hospital con una pelvis destrozada una lesión potencialmente mortal, unos ingenieros de la Universidad de Warwick realizaron una impresión de la pelvis y gracias a ello los cirujanos pudieron planificar y entender la cirugía que realizaron posteriormente. La creación de las extremidades y prótesis ahora se hacen mucho más rápido y fácil y lo más importante a medida. Una empresa de San Francisco llamada Innovaciones Bespoke es una empresa que utilizar la impresión 3D por este fin.
También es posible la impresión de órganos reales, utilizando células madres y materia orgánica; un equipo Iraní ha demostrado cómo a través de la una impresora 3D se puede fabricar objetos como implantes dentales y coronas de forma rápida y sencilla.
A largo plazo se está adaptando este tipo de tecnología para realizar avances en la medicina regenerativa y transplantes (Carnevale 2010 ). Vladimir Mironov junto al doctor Gabor Forgacs de la Universidad de Missouri en Estados Unidos, plantea la posibilidad que de a través de la impresión de bio-tinta, capa a capa, se fusionen y pasen a conformar un microtejido, y así un órgano.
Impresoras 3D de escritorio
En el actual desarrollo tecnológico, la impresión 3D es las tecnologías más accesible para la fabricación de productos del hogar, repuestos, adaptaciones, etc. Las impresoras 3D comenzaron siendo de uso exclusivo de la industria y profesionales, pero ahora están migrando desde la fábrica hasta el escritorio del hogar.
Con el fin de focalizar este trabajo, me centraré en una de las tipologías de impresoras 3D de prototipado rápido aquellas que son más accesibles a la sociedad, son las que se ubican dentro de la gama baja, coloquialmente denominadas “impresoras 3D de escritorio”.
La tecnología de estas impresoras es la de modelado por deposición fundida, el objeto 3D es producido por un material accesible, es un filamento de plástico conocido como ABS (acrylonitrile butadiene styrene) polímero sensible al calor que a través de un proceso de fusión se extruye y se solidifica. Es algo similar a una impresora de inyección de tinta donde en el cabezal de impresión hay un depósito por el que se expulsa el material extruido de forma aditiva capa a capa. Esta innovación, hace que las impresoras puedan ser más sencillas y con costos más bajos para la producción de los objetos.
En los últimos años las máquinas de prototipado rápido se han vuelto más compactas y disponible a precios más bajos. Los ingenieros, arquitectos y diseñadores eran los que utilizaban la impresión 3D para crear prototipos desde hace muchos años, pero la caída de los costos están haciéndola cada vez más accesible a otras personas, y es aquí donde empieza a sobresalir esta tecnología. Esto es posiblemente gracias a que desde hace unos años se están liberando las patentes de las impresoras, quedando libres para su uso.
Si observamos con la facilidad que se han desarrollado otros movimientos digitales, como la publicación de documentos, las fotos online y su manipulación digital, la creación de sitios web, blog, etc, que pasaron de ser utilizados por profesionales del área a ser más accesibles por el resto de la población, se puede pensar que ocurrirá algo similar con el movimiento de la impresión 3D, ya que es el movimiento que más acerca lo digital a lo material.
Hay autores que hablan de una revolución de fabricación 3D, incluso de una nueva Revolución Industrial. El futuro es incierto, porque como veran tiene ventajas y desventajas y la probabilidad de varios posibles escenarios a futuro, lo que sí se puede preveer que va a traer repercusión. Ya en esta fase temprana, expertos están investigando sobre las implicancias que tendría en el transporte y la sociedad (Birtchnell 2013).
Las innovaciones en la gama baja de impresoras, se dirigen a mejorar las terminaciones a través de capas más finas, materiales, colores, interfaces más intuitivas tanto en la impresora en sí como en softwares, para poder lograr mayor acceso a la población y mejorar los objetos producidos.
Cabe mencionar que los modelos de alta gama, son más caros, utilizan materiales exóticos, resinas, nylon, plástico, vidrio, metales, etc, existen de varias tecnologías, como nombré anteriormente. Las últimas máquinas pueden hacer mezclas de materiales, llegando a producir piezas más duraderas que son utilizadas en diversos vehículos como automóviles, aviones, bicicletas.
Hay una serie de tendencias convergentes en la fabricación aditiva, que parecen estar cambiando las reglas de juego: los costos de las impresoras están disminuyendo drásticamente, lo que incide en la economía de escala y fomenta la rápida innovación. Archivos de diseños, se están comenzando a almacenar, compartir y vender. Y las bases de materiales se están expandiendo, incluyendo cerámicas, aleaciones de metales, (Birtchnell 2013) y como ya he mencionado, incluso alimentos.
Impresoras 3D y diseños de código abierto
Dentro de las impresoras de escritorio, se destacan las impresoras de código abierto (open source) como la RepRap (http://reprap.org), producido por Bath
University Adrian Bowyer. RepRap es un proyecto pionero de impresoras de código abierto autoreplicables (o al menos capaz de imprimir los componentes claves, el resto son insumos). El valor real de la RepRap, como sucede con las iniciativas de código abierto, se encuentra en la forma en que los usuarios se apropian, modifican y adaptan a sus necesidades, proponiendo alternativas y mejoras en la impresora.
Capitalizando los recursos intelectuales y físicos a cargo del proyecto RepRap, MakerBot (http://makerbot.com) es una empresa iniciada por un grupo de hackers de Nueva York, que fabrica y comercializa de manera accesible (alrededor de U$S 1000), kits de impresora 3D de código abierto . Si bien se requiere un cierto nivel de capacidad manual, para manipular pequeñas componentes, la Makerbot ha hecho la impresión 3D más accesible que el RepRap.
Existen comunidades de código abierto que fomentan el desarrollo en la impresión 3D, con las impresoras autoreplicables permiten el desarrollo progresivo de la tecnología y brinda a pequeños usuarios, como escuelas, grupos comunitarios e individuos, adoptar y adaptar la tecnología. Por lo tanto, un factor importante que tiene la impresión 3D, son los diseños de impresoras de código abierto, que vienen en kits, para que pueda ser armada por el usuario, y pueden autorreplicarse.
Estas impresoras ofrecen en un posible futuro una descentralización de la fabricación global, tanto en la producción como la distribución. Esto se debe a que como son autoarmables se reducen los costos de mano de obra de ensamblado, se reducen tamaños de empaque, también porque las licencias de diseños de código abierto implican que los usuarios puedan modificar y personalizar esta tecnología, fomentando la innovación y mejora continua. Y la auto replicación promueve que con la compra de una sola unidad, no habría límites para producir otras a raíz de la original, siempre y cuando se pueda acceder a la materia prima e insumos.
No sólo las impresoras son de código abierto, los objetos que se imprimen también pueden serlo. Este movimiento de diseños de código abierto surge de la convergencia entre el software de código abierto y el acceso a internet cada vez más popularizado. El uso de la fabricación digital distingue estas formas emergentes de co- creación de otras formas de personalización en masa, tratando al usuario menos como un cliente y más como un miembro de un colectivo fomentando la aportación creativa. Los usuarios definen interactivamente atributos en los objetos a imprimir, tales como: la forma, proporción, colores, etc, impregnandole al objeto un significado personal.
Cada vez hay más personas accediendo a la impresión 3D, ya existe una gran red de código abierto en línea, dónde se encuentran diseños libres para su descarga. Los diseños digitales, son accesibles y gratuitos. Por ejemplo Thingiverse (www.thingiverse.com) creada por el equipo de Makerbot, es una base de datos en línea de modelos gratuitos. Google también ha creado una "Galería 3D" de los modelos, como complemento a la familia de los productos de Google que incluye SketchUp (un programa de modelado libre).
Los grupos que poseen diferentes niveles de conocimientos técnicos son capaces de hacer y compartir simultáneamente su conocimiento, toda persona con acceso a internet, puede contribuir en la evolución de un producto con este sistema de producción. Se puede decir que el usuario es co-productor, co-diseñador, se le da a las personas el control de lo que pueden hacer a través de la colaboración colectiva.
La capacidad del prototipado rápido, influye favorablemente en el proceso de diseño, pudiéndose hacer ensayos con varios prototipos. Y una vez que estos diseños se definen, pueden ser compartidos entre otros usuarios digitalmente.
Los diseños no materializados en productos, se mueven alrededor del mundo como archivos digitales a imprimir en cualquier lugar que cuente con una de estas impresoras. Internet ha logrado acercar las distancias a través del intercambio de información, ahora tendría el poder de producir en el mundo material. Así como cualquier documento, puede ser enviado por correo electrónico.
Si bien estas impresoras son de uso “doméstico”, no se espera que haya una en cada hogar. Empresas que brindan servicios de impresión 3D están surgiendo para disposición de aquellos que tienen experiencia en software de archivos CAD ,un modelo de este servicio son los Fab Labs (Laboratorios de Fabricación).
¿Qué está sucediendo en Uruguay?
En nuestro país disponemos pocas y jóvenes empresas que brindan servicios de impresión 3D (por deposición de plástico), como Cryos 3D y Build Lab Montevideo. También algunos centros de enseñanza recientemente cuentan con impresoras 3D para uso académico, por ejemplo la Escuela Universitaria Centro de Diseño (EUCD) perteneciente a la Facultad de Arquitectura de la Universidad de la República, a través de un proyecto CSIC adquirió los fondos para una impresora modelo Makerbot Replicator Dual que costó US$ 1.800 (más envío). La Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República y la Escuela Integral Hebreo Uruguaya también poseen impresoras 3D adquiridas por donaciones. La Universidad ORT cuenta un Laboratorio de Prototipado 3D creado en el marco del Programa de Generación y Fortalecimiento de Servicios Científico-Tecnológicos de la ANII, con dos impresoras: una a base de una resina y otra por deposición de plástico, este servicios se ofrece a integrantes de la ORT como a externos.
Por ahora el acceso a los servicios de impresión 3D en Uruguay es limitado, por el precio de acceso a la maquinaria y a los insumos, ya que son todos importados y los aranceles son muy altos, cuenta Alejandro Tejera propietario de Cyros 3D.
Un gran paso en las impresoras de escritorio, que han promovido los pioneros en código abierto, ha sido la utilización de materias primas genéricas, que según estos aficionados son fáciles de conseguir en el mercado, pero la realidad es que en nuestro país aún no se ve reflejado.
Cabe destacar que la mayoría de las impresoras disponibles acá son las de baja gama por deposición de material fundido y no de tecnología más avanzada como las de sinterizado selectivo por láser o estereolitografía que permiten mejores terminaciones y más variedad de materiales, tecnologías que usan profesionales del diseño industrial y que aún son más accesible mandar a producir a Brasil y Argentina, incluso EEUU.
La impresión 3D es conceptualmente sencilla pero en la práctica es un proceso con un alto grado de fracaso, por distintos motivos, señala Fabricio Leyton tras consultarle sobre su experiencia con las impresoras 3D. Otros diseñadores comparten el sentimiento de frustración señalando que es debido a la falta de conocimientos técnicos específicos, sobre todo a nivel de software.
Para aceptar y adoptar esta tecnología en nuestro país más allá de la tecnología en si, va a depender de factores culturales para que realmente tenga éxito y logre su desarrollo.
Incidencias futuras
La fabricación personal, es el principal indicador de cómo los medios digitales son físicos. Es lo que Ratto y Ree, denominan la “The Materialization of Digital Information .”
“Cada vez más, los grupos que poseen diferentes niveles de conocimientos técnicos son capaces de hacer y compartir simultáneamente ambas cosas ("material") y el conocimiento ("inmaterial") a través de prácticas recién concebidas mediadas digitalmente. Tales acontecimientos pueden resultar profundamente transformadores en la relación entre producción y consumo tradicional y las separaciones existentes entre expertos y el resto de la poblaciones.” (traducido, Ratto, M., and R. Ree. 2010)
Las tecnologías y prácticas de fabricación personal podrían modificar el actual sistema de consumo, industria fabril y transporte. La fabricación personal en impresoras 3D, sería el factor fundamental para que esto suceda. Hemos visto que
existe una amplia gama de posibles aplicaciones de la tecnología, la cuestión es a qué tipo de sistema de producción llegaremos.
Sí hay una cosa que podemos predecir es que los cambios del capitalismo, siempre son impredecibles en su origen, la dirección que tomarán y su impacto. Marx era consciente de esto cuando él y Engels, escribieron el Manifiesto del Partido Comunista que “todo lo sólido se desvanece en el aire”, pero no previó la aparición de la impresora 3D tiene el potencial de cambiar el mundo por lo que “todo lo sólido se desvanece en sólido” (Thomas Birtchnell a & John Urry 2012)
La impresión 3D, es por lo tanto un aspecto de un movimiento más amplio donde la tecnología digital de la información se convierte en materia y permite a los usuarios a través de ella fabricar sus propios objetos de acuerdo a sus intereses, los consumidores no se ven atrapados por la producción industrial en masas, ni por la oferta de marcas (Bonanni, Parkes y Ishii 2008).
Como señala Irene Maldini en su investigación Attachment, Durability and the Environmental Impact of Digital DIY , esta tecnología permite aumentar el consumo, pero un consumo “postitivo” en donde los consumidores lo harían de manera autónoma sin depender de lo que las empresas impongan, por lo tanto lograrían satisfacer sus propias necesidades de objetos, por el cual para hacer posible sus deseos deben pasar por un proceso de creación y producción, que pueden disfrutar y aprender haciéndolo. Sin embargo, hay que preocuparse por las implicancias que esto conlleva sobre el medio ambiente.
Una nueva economía construida por el comercio de los diseños digitales, en lugar de productos tangibles, es un reto que aún no está claro de cómo sería la gestión de los derechos de autor y su control, podría ser similar a lo que sucede actualmente con archivos de música (Thomas Birtchnell a & John Urry 2012). Con los escáneres 3D se puede decodificar a un archivo digital cualquier objeto que sea escaneado, la impresión 3D llevará entonces a una nueva dimensión de debates sobre la propiedad intelectual, el intercambio y las patentes.
Podemos considerar que este nuevo sistema de fabricación personal, tiene el potencial de cambiar la producción en masa a la producción personal. Cambiando el panorama de la industria manufacturera en los próximos 10-20 años, así que cuando nos imaginamos esta futura industria, no es algo tan simple como reemplazar largas cadenas de producción, más bien la proliferación de la impresora 3D puede cambiar la ecología global de las máquinas. Los transportes permanecerán, pero recorvintiendose a la distribución de materia prima para las impresoras, ocupando un lugar diferente dentro de un cambio de las comunicaciones. Los objetos industriales podrán viajar casi gratis ( Birtchnell, Urry, Cook y Curry 2013).
Este tipo de producción influiría en en la cadena de producción y montaje, se puede reducir o eliminar alguno de los procesos, por ejemplo en un automóvil. Los productos pueden ser impresos a demanda sin la necesidad de acumulación de stock. Esto también provocaría la reducción de mano de obra en el sector manufacturero, lo que podría incidir negativamente en las políticas económicas, mientras que dado el envejecimiento de las sociedades, podría verse beneficiado por la capacidad de producir bienes con menos mano de obra. (Campbell 2011)
En este futuro de fabricación digital, podría ser reemplazado el sistema de consumo, por una economía circular, donde se imprimen objetos, se usan y luego localmente se reciclan para transformarse en nuevamente materia prima para imprimir. Algo como esto ya ha sido proyectado con el trabajo de la fundación Ellen MacArthur, que marca la impresión 3D como innovación clave en la economía circular (MacArthur 2012)
En síntesis
El movimiento de la impresión 3D ha sido construido en base a un movimiento de código abierto, la apertura y la flexibilidad seguirán siendo fundamentales para el éxito de la tecnología. La democratización de los medios de producción permitirá ir contra los métodos de producción capitalistas y favorecerá el surgimiento de consumidores autónomos.
Por otra parte, para que se logren productos de mayor calidad con las impresoras domésticas aún debemos esperar avances que permitan realizar productos complejos y de buena calidad y terminación, imprescindible para poder realizar más productos finales.
En base a lo que he desarrollado y a lo que plantea León Olivé observo que este movimiento incidirá en la sociedad a nivel político, económico, cultural, y afectará probablemente a todas la naciones. Proporcionará una oportunidad para la expansión de una comunidad internacional de expertos e intelectuales, que deberán fomentar la creación y mejoras de las políticas públicas de los Estados para que este movimiento repercuta favorablemente en la sociedad, sin duda un reto a perseguir.
Posibles políticas a seguir serían:
. Promover los Fab Labs frente al consumo individual de las impresoras 3D. Estos laboratorios deberán estar a cargo por profesionales ídoneos que promuevan las prácticas éticas y ecológicas para la producción de objetos.
. Fomentar innovaciones en el uso de materiales reciclados y naturales.
. Fomentar las transformaciones adecuadas de las prácticas: la reparación de objetos en desuso y adaptaciones de existentes.
. Impulsar la producción local, desarrollar la capacidad de los diferentes pueblos y grupos sociales.
. Incentivar la creatividad, promover la educación y conciencia social en la proyección de objetos, incluyendo al usuario en el proceso de diseño (co-diseño).
. Fortalecer los canales de comunicación entre los profesionales idóneos en estas tecnologías y el resto de la sociedad.
En resumen se deberá promover una cultura tecnológica a partir de la impresión 3D con el respaldo de adecuadas políticas públicas, porque sin ellas es probable que terminemos en una sociedad más consumista repercutiendo evidentemente de manera negativa sobre el medio ambiente.
Tras la elaboración de este trabajo, que fue mi primer acercamiento a la temática, me quedo con más dudas de las que tenía sobre cómo será la influencia en la sociedad este movimiento de impresión 3D por lo que me motiva a seguir investigando sobre el tema.
IMAGEN CARÁTULA:
Ledesma, A. (2013). Prototipo [fotografía]
Descripción: Fotografía de prototipos de experimentación en marco de tesis de graduación: Ledesma, A., Martínez, S. (2013). Desastres humanitarios: IFRC-SRU. Tesis de graduación no publicada, Escuela Universitaria Centro de Diseño, Montevideo.
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