En esta fotografía tomada en la Estación Espacial Internacional, se ve en primer plano la Impresora 3D de NASA diseñada para trabajar en microgravedad, y los primeros objetos con ella fabricados durante el testeo del equipo.
El sistema de manufactura tradicional se conoce también como “manufactura sustractiva” porque comienza la fabricación de una pieza con más material del que es requerido y remueve selectivamente el material que no es necesario hasta llegar a la forma de la pieza final . Así por ejemplo los utensilios más antiguos utilizados por el hombre como cuchillos y puntas de lanza en piedra o madera, se construían retirando material sucesivamente de un trozo de material de tamaño adecuado hasta darle la forma final y luego se afilaba. La manufactura aditiva, por otra parte, es un proceso de fabricación de piezas por agregado (adición) exacto del material que se necesita, con algún material de soporte que se emplee. La forma más común de hacer ésto es poniendo capas muy finas de material sucesivamente una sobre otra apilándolas, de modo de formar el objeto final. Este proceso reduce en forma drástica el tiempo, costo y los deperdicios en relación a su competidor, el sistema de manufactura sustractivo, siendo entonces un sistema más eficiente. (ver video aquí) .
La manufactura sustractiva ha sido hasta ahora el sistema estandard de producción ya sea para trabajos a medida de una o pocas piezas, como para la producción en masa de bienes. Los procesos de manufactura aditiva han sido en el pasado demasiado costosos para la producción en masa, y están poco a poco encontrando su camino en este campo. Una de las mayores y más inmediatas ventajas de usar la manufactura aditiva es la habilidad de crear un número limitado de piezas para testear diseños y modelos. Este tipo de trabajos realizados con el método tradicional consumen mucho tiempo y son costosos. El proceso aditivo reduce significativamente el tiempo utilizado en el desarrollo de productos, sin mencionar la cantidad de personas necesarias para transformar un nuevo concepto (idea) en un prototipo que funcione.
Por ahora, las pequeñas producciones y los productos individuales han sido los grandes benefactores de la producción aditiva. Cada producto puede fabricarse sin necesidad de construir una nueva línea de ensamblado y máquinas herramienta específicas, reduciendo en gran medida el costo de estas producciones de pequeña escala. Donde las impresoras 3D pueden dar la mayor mordida al costo de manufactura y distribución es cuando los mismos consumidores imprimen el producto. Usando la manufactura aditiva para fabricar sus productos en casa, con impresoras 3D, la única cosa por hacer y distribuir es el archivo 3D CAD. La distribución de estos nuevos productos digitales simplemente requiere de un servidor donde el usuario pueda bajar el archivo necesario para el producto, para luego fabricar este último en su casa. De este modo el costo de distribución esté donde esté el consumidor se reduce al costo de la conexión a internet.
Una ventaja sin competencia de la manufactura aditiva es la posibilidad de que el consumidor fabrique las piezas de repuesto cuando las necesite, desapareciendo de este modo los costos de stock y distribución aparte de las demoras que se originan cuando no hay existencias.
Desde el punto de vista ambiental, la producción aditiva tiene la ventaja notoria frente al sitema tradicional, de la eliminación de los desperdicios. También el producto impreso por el consumidor elimina la necesidad de “package”, significando una reducción no sólo de costos sino también de desperdicios ( el material de embalaje se descarta cuando se abre y quita el producto). Es de destacar que también se puede reciclar el material de un producto impreso; simplemente el producto se parte en trozos y luego se funde para ser reusado en impresoras 3D con chorro de material fundido.
Los materiales de impresión más usuales que se están utilizando son: uretano (ver aquí), metales (ver aquí), tejido humano (ver aquí), alimentos ( ver aquí). Hay una fuerte investigación en el desarrollo de nuevos materiales de impresión para obtener productos de cualidades especiales. Las aplicaciones potenciales en la industria son variadas: autopartes ( ver aquí), partes para la industria aeronáutica (ver aquí), bicicletas (ver aquí), juguetes (ver aquí), prótesis de miembros así como dentales (ver aquí), órganos humanos (ver aquí), artículos para la enseñanza y la investigación (ver aquí, y aquí), en particular para los ciegos (ver aquí), etc. También se sigue investigando con mucha dedicación en nuevos métodos de impresión (ver video aquí).
NASA y la Impresión 3D Transcribimos a continuación parte de un artículo de un reportaje a un Ingeniero de NASA/JPL. Las organizaciones con capacidad de hacer prototipos, están experimentando un cambio con la introducción de la impresión 3D. NASA y el JPL (Laboratorio de Propulsión a Chorro) tienen una larga historia construyendo vehículos únicos de características especiales, que reposan en intrincadas piezas hechas a medida fabricadas por maquinistas experimentados.
“La impresión 3D ha permitido a los ingenieros mecánicos mejorar rápidamente los diseños, pero el grupo depende de los maquinistas para muchos de los productos terminados”, dijo Gabriel Rangel, un especialista informático de la oficina del CIO (Chief Information Officer), NASA/JPL. “Nuestros maquinistas expertos, con décadas de experiencia construyendo piezas únicas, están observando esta nueva tecnología y preguntándose ´para qué necesitamos este plástico?´. Nosotros podemos juntar nuestros recursos de manera de poder lograr una calidad superior,” dijo Rangel. Están en lo correcto, por lo cual nosotros hemos adoptado un enfoque de´innovar juntos´. Nuestros ingenieros mecánicos necesitan la impresión 3D para acelerar el proceso de construcción de prototipos. Y el proceso que hacemos para conseguir una pieza maquinada de alta calidad no se elimina con la impresión 3D. En efecto aumentan las posiblidades y la necesidad de lograr un alto nivel de calidad.”
Señaló que la impresión 3D ha conducido a un descenso del costo de los prototipos y ayudó a desarrollar la colaboración abierta en el proceso de innovación. “Nosotros venimos con diseños para cosas que nunca han sido hechas anteriormente, por ejemplo para ir a un planeta diferente. Construimos muchos prototipos y nos lleva mucho tiempo seleccionarlos,” dijo Thomas Soderstrom, CTO en la Oficina del CIO, NASA/JPL. “Ahora nosotros los imprimimos por 50 centavos cada uno, luego seleccionamos los mejores para ir luego en detalle en ellos. Este es un gran avance para nosotros.”
NASA ha fabricado una impresora 3D para trabajar en microgravedad en la estación espacial, que ha sido probada con éxito. Este equipo tiene por objetivo poder reponer piezas dañadas en un tiempo mínimo y fabricar herramientas, sin necesidad de esperar la llegada de una nave de suminitros (ver aquí y aquí).
Un tema que NASA está investigando es el proceso de fundido selectivo con laser; este proceso comienza con un diseño tridimensional creado por computadora, que es luego trasmitido a una máquina en la cual, un laser de alta energía funde el polvo metálico y lo fusiona capa por capa hasta completar el componente deseado. Este proceso reduce drásticamente o elimina la necesidad de múltiples soldaduras a diferencia del sistema tradicional basado en ellas. Con este proceso se han construido los complejos inyectores de los motores de cohetes, que han sido testeados con éxito (ver aquí).
El fundido selectivo con laser es un ejemplo específico de cómo NASA esta explorando el potencial de la manufactura aditiva en la producción de alta tecnología. NASA está a la vanguardia del conocimiento en este campo emergente, desde la investigación básica de materiales a la construcción de motores completos de cohetes. El objetivo de estas inversiones es no sólo reducir los costos y tiempos de producción, sino también estudiar el potencial de la impresión 3D para cambiar radicalmente la forma en que los sistemas espaciales son diseñados, construidos y mantenidos durante su vida útil.
Otra dirección de la investigación que NASA lleva adelante es la fabricación de alimentos con impresoras 3D con la vista puesta en misiones tripuladas de largo aliento. (ver aquí).
Fuente : 3D Printer Prices y NASA/JPL.
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3D printing meets computational astrophysics: deciphering the structure of η Carinae’s inner colliding winds ; Un artículo de carácter técnico publicado en el “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” con imágenes sorprendentes del flujo de vientos en el material entorno a la estrella mencionada. Las soluciones de las ecuaciones hidrodinámicas del flujo en la nebulosa formada por el material despedido por dicha estrella, obtenidas con el uso de supercomputadores (con una velocidad de procesamiento de trillones de operaciones aritméticas por segundo) fueron materializadas con impresión 3D permitiendo identificar patrones en forma de dedo, nunca antes descritos.
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