Aclamado por algunos observadores como "una revolución industrial para la era digital", la fabricación rápida ha estado cambiando la faz de la industria manufacturera desde hace algún tiempo. Muchos creen que la tecnología de impresión 3D está democratizando el diseño y la fabricación, haciéndolo más accesible y menos dependiente de las economías de escala. Los métodos tradicionales de fabricación a menudo vienen con costos de herramientas prohibitivos, lo que significa que las empresas y personas más pequeñas a menudo tienen un precio fuera del mercado cuando se trata del desarrollo de productos. Sin embargo, la impresión 3D ha sido aclamada como un cambio de juego y ha permitido a las empresas realizar avances de fabricación que antes eran impensables.
Aquí en Freshome estamos intrigados por el proceso de impresión 3D y queríamos saber más acerca de esta tecnología disruptiva que está revolucionando la industria de fabricación. Afortunadamente, un experto en el tema estuvo disponible para responder algunas de nuestras preguntas. El Dr. Phil Reeves es el Director General y Consultor principal de Econolyst Ltd, una empresa de consultoría e investigación en fabricación aditiva (AM) y 3D con sede en el Reino Unido que trabaja con una amplia gama de clientes en Europa, América del Norte, Oriente Medio, Lejano Oriente y África. El Dr. Reeves asesora a los proveedores de sistemas de fabricación aditiva sobre la futura estrategia comercial y tecnológica, y los usuarios de tecnología sobre los beneficios comerciales de la adopción de AM.
¿Qué es exactamente la impresión 3D?
La impresión 3D es un término utilizado para describir una gama de tecnologías emergentes que producen productos tangibles a partir de datos informáticos tridimensionales. La tecnología a menudo se conoce en la industria como "fabricación aditiva", ya que el enfoque funciona al unir capas bidimensionales de material, capa por capa, hasta que se completa la parte 3D.
La impresión 3D ya existe desde hace más de 20 años, ¿qué progreso se ha hecho en ese momento?
Las primeras máquinas de impresión en 3D se utilizaron únicamente para fabricar modelos de prototipos rápidos (RP, Rapid Prototyping) utilizados durante el desarrollo del producto. Estos primeros modelos RP tenían una fuerza muy limitada y con frecuencia se deformarían o degradarían en cuestión de semanas o incluso días después de su fabricación. Pero dado que solo se usaban para evaluar la forma o forma de un producto, eso fue aceptable en ese momento.
A medida que la tecnología ha madurado, la gama de materiales disponible para nosotros ha aumentado, y con esto ha venido mejoras en las propiedades mecánicas y la longevidad. Ahora podemos producir piezas en metales como el titanio o el oro, polímeros como el ABS, el nylon y el policarbonato o materiales cerámicos como el aluminio o el zirconio.
Paralelamente, las tecnologías se han hecho más grandes y rápidas, haciéndolas más productivas y más económicas en términos de producción de volumen. Es el acoplamiento al aumento de la productividad con una mayor idoneidad del material lo que impulsa la tecnología a aplicaciones de producción de flujo principal en áreas tales como implantes ortopédicos, tapas y coronas dentales, audífonos, estuches para teléfonos móviles, cubiertas para prótesis y productos para interiores.
¿Cómo se usa la tecnología de impresión 3D en la industria de interiores?
Curiosamente, los interiores de las casas fueron una de las primeras aplicaciones en las que la impresión 3D se utilizaba realmente para fabricar productos, en lugar de simples prototipos. Alrededor del final del milenio, algunos jóvenes diseñadores creativos que habían estado expuestos a las tecnologías de RP en la Universidad, comenzaron a establecer negocios que venden productos de interior impresos en 3D, desde accesorios de lámparas y fruteros, hasta muebles y arte.
Probablemente el más influyente fue Janne Kyttanen en Freedom of Creation. Janne entendió el poder de la impresión 3D en términos de un habilitador comercial. Pudo establecer una compañía que vendía productos geométricamente complejos que antes eran impensables, sin la necesidad de ninguna inversión inicial de capital en herramientas. A través de Internet, pudo vender productos casi incluso antes de que fueran fabricados, obteniendo pequeños lotes producidos a pedido por compañías de terceros que habían invertido en la tecnología de impresión 3D para dar servicio a la industria de RP.
Otras compañías como Materialise MGX pronto comenzaron a agregar productos de interiores impresos en 3D de múltiples diseñadores y comercializarlos a través de minoristas de interiores más tradicionales. Otros diseñadores de productos de impresión 3D, como Lionel Dean en Future Factories, se asociaron con fabricantes de interiores existentes, como la iluminación Kundalini en Italia, utilizando sus canales para llevar productos impresos en 3D al mercado.
¿Y cómo los utilizan los arquitectos?
Por el momento, la impresión 3D sigue siendo una herramienta de prototipado rápido para arquitectos. A medida que más y más arquitectos han pasado del software 2D de Diseño Asistido por Ordenador (CAD) al software CAD 3D, han podido explotar el vínculo entre el CAD 3D y la impresión 3D. Los arquitectos ahora producen regularmente modelos muy detallados de edificios, interiores, planos de sitios en 3D e incluso planes maestros completos para redesarrollos, gracias a la vinculación de la impresión 3D con el escaneo topológico y los datos satelitales. Incluso es posible extraer datos en un área geográfica específica de Google Earth y imprimirlos en 3D como una ayuda para la planificación maestra.
Ahora estamos viendo algunas empresas desarrollando tecnología 3D específicamente para la industria de la construcción, como D-Shape.D-shape ha desarrollado un sistema de impresión en 3D a gran escala que utiliza polvo de mármol recuperado o arena, que se consolida al inyectar un aglutinante en el material. D-Shape ahora está produciendo productos arquitectónicos relativamente grandes (alrededor de 5 m de altura), como gazebos, quioscos, bancos de parques y muebles. Otros grupos de investigación están buscando escalar la impresión 3D aún más para la producción de edificios completos, pero creo que esto es quizás una o dos décadas lejos de ser una realidad, en todo caso.
¿En qué medida las tendencias del mercado y las expectativas del consumidor impulsan la impresión 3D?
Ciertamente, hay mucho interés y exageración alrededor de 3DP en este momento. Por un lado, eso es algo bueno. Sin embargo, por otro lado, debemos tener cuidado de no exceder las capacidades de la tecnología. La tecnología ha sido muy buena para responder a algunas tendencias del mercado, como el mercado de cubiertas de teléfonos móviles más estilísticas e individuales. La tecnología también ha respondido al crecimiento de los juegos informáticos en línea y las redes sociales, permitiendo que los personajes y avatares de los juegos en línea se materialicen en productos tangibles y personalizados.
Sin embargo, todavía existen limitaciones en términos de capacidades económicas y materiales de proceso. Existe la expectativa de que algún día la impresión 3D pueda imprimir casi cualquier cosa, incluso en el hogar, desde ollas y sartenes, hasta partes rotas de lavadoras, duchas o el control remoto del televisor. La realidad es que estamos a años de esos sistemas. Pero ya tenemos sistemas relativamente básicos dirigidos al mercado de consumo que son adecuados para la fabricación de juguetes básicos, juegos y curiosidades.
¿Qué efecto tiene la impresión 3D sobre los procesos de diseño y fabricación?
Uno de los aspectos más importantes de la impresión 3D es la capacidad de fabricar geometrías complejas con poco o ningún costo. De hecho, la impresión 3D se usa a menudo para fabricar productos que son imposibles de producir usando procesos tradicionales como el moldeo por inyección de plástico. Los diseñadores están explotando esta flexibilidad geométrica al permitir niveles cada vez mayores de diferenciación de productos. Al final, ningún producto 3DP debe ser el mismo.
Esta producción por lotes de una sola unidad también es un impulsor convincente para la comunidad de fabricación. En el pasado, la economía de la fabricación siempre se basaba en la producción de componentes suficientes para cubrir los costos de los activos fijos, como las herramientas de moldes. Pero una vez que elimina la necesidad de herramientas de moldes, el modelo económico cambia drásticamente.
El proceso de impresión 3D presenta algunos beneficios reales en lo que respecta a la cadena de suministro. ¿Puedes explicar estos beneficios?
La impresión 3D no es solo una tecnología disruptiva utilizada para reemplazar el moldeado, fundición o mecanizado, sino que es una tecnología que permite a las empresas pensar de forma diferente sobre sus cadenas de suministro y, lo que es más importante, la cadena de valor y la interacción con los clientes dentro de sus negocios. En realidad, existen seis beneficios principales en toda esta cadena de valor que resultan de la implementación de la impresión 3D.
- Fabricación digital y sin herramientas: permite aumentar los niveles de varianza del producto y producir lotes económicos más pequeños para respaldar tendencias geográficas, demográficas o sociales específicas
- Explotar las libertades de diseño: permitir la producción de productos con niveles crecientes de complejidad geométrica, con poco o ningún costo de penalización
- Permitir la personalización del producto: acoplar la producción de bajo volumen en lotes de uno con geometría compleja para realizar productos individualizados
- Ofrecer nuevas experiencias en el sector minorista: involucrar al consumidor en la experiencia de diseño del producto a través del acceso en línea o en la tienda a herramientas de software intuitivas o escaneo 3D
- Abordar los mercados emergentes: unir la personalización de productos con la accesibilidad minorista para una población envejecida y cambiante
- Poniendo verde a la cadena de suministro, reduciendo la acumulación de existencias, mitigando el desperdicio de envases, reduciendo la logística y reduciendo la fabricación de CO2
En efecto, la impresión 3D puede reorientar totalmente la cadena de suministro, ya que coloca al consumidor tanto en la parte trasera como en la parte delantera de la cadena. Los consumidores pueden participar en el diseño inicial del producto, o pueden ordenar a pedido, con los productos que se realizan después del intercambio de pago. La impresión 3D puede permitir tanto una cadena de suministro receptiva ágil, como también una que sea delgada: lo llamamos fabricación legible.
¿Cuáles son las limitaciones materiales de la impresión 3D y qué progreso se está logrando para superar estas limitaciones?
Como hemos dicho, todavía tenemos limitaciones materiales. Algunos son físicos, otros son económicos, algunos son estéticos y otros son ambientales. Los procesos de impresión en 3D aún luchan por lograr las propiedades mecánicas de los plásticos moldeados o las piezas de metal mecanizadas a partir de sólidos. Pero hay mucho trabajo en laboratorios y universidades de todo el mundo para ampliar la gama de materiales y mejorar lo que ya tenemos.
También estamos viendo más empresas ingresando a la cadena de suministro de materiales, lo que está reduciendo el costo de las materias primas, lo que por supuesto influye en la economía de las piezas finales producidas. También estamos viendo una mejor definición y transparencia del color, mejorando la estética de las piezas, junto con materiales más sostenibles, como polímeros verdes como Nylon 11 y PLA derivados de plantas en lugar de petróleo. Todavía tenemos un largo camino por recorrer, pero nos estamos moviendo rápido y avanzando en la dirección correcta.
¿Cuáles son los principales obstáculos para que la impresión 3D se convierta en una tecnología convencional?
Como hemos dicho, los materiales son un problema, pero esto puede mitigarse en cierta medida mediante el diseño del producto.La economía también es un problema, ya que las máquinas y los materiales de impresión 3D de producción son relativamente caros y relativamente lentos, lo que hace que las piezas que producen parezcan más costosas que las fabricadas mediante técnicas de producción en masa. Sin embargo, a medida que los precios de los materiales bajan y la productividad aumenta, la economía de la impresión 3D se vuelve más aceptable.
La otra limitación principal es el conocimiento. Muchas empresas simplemente no entienden cómo usar la impresión 3D o dónde ubicarla dentro de su cadena de valor. Su actual cadena de suministro de fabricación se siente vulnerable, sus diseñadores de productos no entienden completamente cómo explotar los beneficios geométricos y sus funciones de marketing luchan por comprender cómo integrar la impresión 3D en la cadena de valor del cliente. Supongo que ahí es donde entramos como consultoría para ayudar a las empresas a comprender estos problemas, evaluar las tecnologías, desarrollar el caso comercial e implementar en el flujo de valor.
Con el advenimiento de las impresoras 3D portátiles de bajo costo, se ha hablado de que pronto las tendremos en nuestros hogares. ¿Qué tan probable es este escenario?
Tengo dos impresoras 3D en mi casa y mis hijos las aman. Pero, de nuevo, un empresario de pompas fúnebres probablemente tenga el extraño ataúd de dos en el garaje. En serio, el interés por la impresión 3D en el hogar ha sido fenomenal en los últimos años, al igual que el crecimiento en las empresas que fabrican máquinas para dar servicio al mercado. La última vez que contó encontramos más de 40 compañías en todo el mundo que fabricaban impresoras domésticas de bajo consumo. La mayoría se basan en el mismo diseño de fuente abierta de extrusión de polímero fundido a través de una boquilla, pero algunos utilizan otros enfoques. El año pasado se vendieron alrededor de 15,000 impresoras hogareñas. Esperamos que ese número esté más cerca de 60,000 este año (tal vez más). Así que no todos los hogares, por el momento.
Por el momento, la mayoría de las máquinas domésticas están siendo utilizadas por personas interesadas en la tecnología o interesadas en el diseño de productos. Estamos viendo cada vez más personas comprando para apoyar sus aficiones, ya sea fabricando piezas de aviones a control remoto o incluso haciendo señuelos de pesca personalizados. Son geniales desde el punto de vista de la educación: toma una impresora 3D, colorante alimentario de cochinilla, vinagre y bicarbonato de soda y obtienes el mejor proyecto de tarea de volcán ganador de la clase.
¿Qué consejo le darías a los empresarios que buscan explorar la impresión 3D como una potencial inversión empresarial?
Necesita conocer su mercado, conocer a sus clientes y conocer sus habilidades. Hay muchas oportunidades en la cadena de suministro desde el diseño de productos impresos en 3D, venta minorista en línea o en la calle, desarrollando interfaces de software para permitir que otros participen en procesos de diseño, formulación de nuevos materiales o para aquellos con bolsillos más profundos, estableciendo capacidad de producción. Para las empresas, la clave es comprender la experiencia del cliente y el valor de la tecnología. Para algunas empresas, la impresión 3D es un habilitador silencioso, lo que facilita la vida de las empresas. Para otros, la impresión 3D es el "gancho", la razón por la que existe el producto, el diferenciador. Una vez que las empresas entiendan cómo la impresión 3D puede agregar valor, entonces deben comprender cómo usarla y cuándo usarla, pero esa es otra historia.
Freshome desea agradecer al Dr. Phil Reeves por sus percepciones de expertos en el mundo de la impresión 3D. Todas las imágenes presentadas en este artículo son cortesía de Freedom of Creation
