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Impresión 3D, la cuarta revolución industrial de los makers

Lo último en impresión en tres dimensiones abarca desde la elaboración de partes en metal para la industria automotriz, hasta la generación de órganos. ¿Cuánto falta para pasar del prototipo a la producción en masa? Muy poco, afirman los especialistas, aunque no será del modo tradicional
Lunes, 11/02/2019 Gwendolyn Ledger

Una vez arriba, lo aplauden como a un rockstar… Podría ser el lanzamiento de un nuevo modelo de SUV o de un smartphone, pero quien aparece en la Additive Manufacturing Conference, en la feria IMTS de Chicago, ese día 11 de septiembre, es Stephen Nigro, presidente de 3D Printing Business de HP, que develará ante actores de la industria de la fabricación aditiva (o AM) de todo Estados Unidos la nueva HP Metal Jet, una impresora 3D capaz de imprimir en pocas horas miles de piezas de acero inoxidable que pueden usarse tanto en automóviles como en la industria médica.

La impresora emplea la tecnología binder jet, que permite producir múltiples piezas al mismo tiempo o piezas únicas de mayor tamaño, de acuerdo con los requerimientos que se configuren, sin necesidad de una bandeja de base, como ocurre con la tecnología de láser selectiva (SLM). Tiene inyectores que funcionan en 1200 x 1200 dpi, imprimiendo en capas de 50 hasta 100 micrones por vez, con la posibilidad de reutilizar el material sobrante y una densidad del 93%, similar al método de inyección de molde (MIM). Produce muy poco ruido y el gasto energético no es mayor al de una computadora industrial. “Con la HP Metal Jet lo que queremos es pasar desde la producción especializada que existe hoy a la producción en masa, y así cambiar la forma en que se diseña y produce en el mundo, liderando la siguiente revolución industrial”, declara Nigro ante una audiencia semi hipnotizada.

Ya en octubre de 2014 la firma había presentado su impresora 3D de polímeros, llamada Multijet Fusion. La impresión 3D para la multinacional iba en serio, y el metal se perfilaba como el desafío a superar, porque manejar este material permite ampliar considerablemente el espectro de posibilidades a nivel industrial.

Como toda empresa con visión, Stephen Nigro reconoce que buscan alcanzar la disrupción para liderar este cambio, y por eso cita seis factores clave que necesitaban darse para hacer del sueño una realidad: en primer lugar, la existencia del mercado, el precio de los materiales y la selección de estos. Pero además se requería acelerar el diseño ideado para 3D, modificar la actual estructura de la cadena de suministros y cumplir con los estándares de calidad que exige cada industria. “Solo después de verificar que esas condiciones se daban, supimos que el mercado y la tecnología serían compatibles para alcanzar el break even, es decir, el número de partes producidas digitalmente a un costo igual o menor que el de la fabricación análoga o tradicional”, explica mientras crece la expectativa de los asistentes.

Al momento de develar la HP Metal Jet -una imponente estructura negra de metal y vidrio, de aproximadamente 1,60 de alto por 2 metros de ancho y 60 cm de profundidad-, Stephen Nigro ya ha destacado que es 50 veces más productiva que su contraparte bidimensional, en términos de piezas producidas por hora. También ha anunciado una plataforma colaborativa de HP en la nube, para que las personas interesadas envíen sus diseños metálicos y la firma los imprima. “La tendencia es que todo sea as a service, pues cada vez más se hace necesario consumir on demand. Pero también cualquier empresa podrá -si todo sale conforme al cronograma que establece a 2021 como año de inicio de la venta masiva- comprar una o más Metal Jets como solución in house”, vaticina Nigro, para luego anunciar que el precio de venta se estima en US$399.000.

Emoción de la industria

No es todo. Siguiendo el camino de colaboración horizontal de las grandes firmas, Nigro presenta en el escenario a dos de varios aliados en esta aventura: los germanos GKN Powder Metallurgy y la Volkswagen. La primera es y será clave en el suministro de polvo de acero reciclado para la producción de las piezas. En tanto que la mayor automotriz del mundo ha apostado por adquirir esta tecnología aditiva para la generación masiva de partes estratégicas. “Vamos a usar los productos que genera HP Metal Jet en nuestros automóviles. En el corto plazo, incorporando las partes customizadas más pequeñas, para seguir con productos funcionales de mayor tamaño, como una palanca de cambios, y en el mediano a largo plazo queremos incluir partes montables”, enumera Martin Goede, gerente de Planificación y Desarrollo Tecnológico de VW.

Para ejemplificar esto último, Goede muestra la pieza que permite sostener el espejo retrovisor en el modelo Bulli, uno de los más exitosos de la firma. “Para elaborar esta pieza, es necesario soldar 16 piezas más pequeñas. Con la HP Multijet podemos crearla de una sola vez y con un 35% menos de peso”. Esta revelación emociona a la industria, porque facilita el camino para la masificación de la tecnología eléctrica en sus vehículos. Así también lo comprende el público que aplaude cada nuevo anuncio.

Entre ellos está Pete Zelinski, editor de las revistas especializadas Additive Manufacturing y Modern Machine, uno de los organizadores del evento sobre impresión 3D. Minutos antes de la catarsis de la audiencia ante las palabras de Stephen Nigro, el comunicador ha abierto la jornada, recalcando que la fabricación aditiva “es el futuro de la industria”, y que todos los avances en cuanto a rapidez, control, economía y autonomía que se están logrando sirven para pavimentar el camino para escalar la producción. Zelinski explica que ni el mecanizado ni el vaciado van a desaparecer (como métodos de producción industrial), pero la impresión en 3D va a competir con ellos y va a ganar en una gran variedad de aplicaciones que no hubiéramos pensado hace años. Además, está cambiando el paradigma, porque no está compitiendo solo con otras máquinas, sino que “también con logística y transporte; contra aviones y camiones”, sopesa.

“La impresión tridimensional hará más fácil y práctica la iteración de diseños en nuevos productos, una customización que nos librará de la tiranía del producto estándar (one-size-fits-all) dando mayor libertad para crear formas inusuales, en materiales distintos y a mejores precios, y más cerca del cliente”, añade Zelinski. ¿Desventajas? “Al parecer funciona mejor para un producto concebido para ser impreso en 3D, y aún muchos equipos y tecnologías están en etapa de ensayo-error.

¿Producción en masa o customizada?

Si bien el equipo de HP es la más reciente adición al mercado global de las impresoras 3D, no es la única. Tampoco en metales. Firmas como Stratasys, 3D Systems, GE Additive (la rama especializada en impresión 3D en metal de la firma), EOS, EnvisionTEC, SLM Solutions, Formlabs, Carbon, Prodways ya cuentan con equipos en el mercado y aunque no es una tecnología barata, especialmente en el ámbito industrial, las ventas siguen subiendo.

La tendencia además es que aumenten las inversiones en servicios y software de AM basadas en la nube, con un modelo de negocios “as a service” (aaS), con empresas como Materialise, Protolabs y Oerlikon. Su producción para terceros, a pedido y en pequeños volúmenes, abre la oportunidad para la denominada “customización en masa”, que provee economías de escala para hacer prototipos y producción a baja escala de forma rentable. Adicionalmente, la AM puede usar soluciones basadas en la nube, permitiendo el uso de impresoras aditivas como un recurso de producción. Shapeways, Fast Radius y otras startups han desarrollado infraestructura en la nube para operar recursos de impresión para sus clientes, que se pueden agendar por internet. Complementariamente, empresas como Xometry están coordinando recursos de impresión que otros poseen, muy similar al modelo de Uber, Lyft o Airbnb, que ofrecen el servicio de transporte o residencias, sin tener vehículos ni instalaciones, a cambio de un porcentaje. La razón de esta explosión no es extraña. Si bien la impresión 3D ha estado desarrollándose con éxito desde que en 1981 un equipo del Instituto de Investigaciones de Nagoya desarrollara los primeros prototipos para fabricar modelos plásticos tridimensionales, es en los últimos diez años que ha visto un mayor desarrollo, con la llegada de nuevos actores al mercado, un creciente uso académico y profesional, pero sobre todo industrial. Su éxito también ha llamado la atención de las empresas de venture capital en los últimos tres años: datos de Smartech indican que las empresas y tecnologías vinculadas con impresión aditiva concentran el 50% de las inversiones, con servicios y software para AM, alcanzando otro 30%. Un estudio de McKinsey de 2013 ya apostaba a que la impresión 3D podría tener un impacto económico de más de US$500 mil millones anualmente, hacia el 2025. Casi todo provendrá del “uso de consumidores para impresión personal, pero también de la manufactura directa de productos”, dice el reporte. La impresión 3D será el paraíso de los makers, esta subcultura que promueve la libertad del ‘hágalo usted mismo’, junto a la revalorización de las artes y oficios tradicionales- y el advenimiento de una generación de ‘prosumidores’, aquellos que son productores y a la vez consumidores, como predijo Alvin Tofler.

Cifras espectaculares

Pero, aunque sorprendente, lo que es hoy la impresión aditiva y lo que puede llegar a ser en el corto plazo no será suficiente como para desestabilizar el modelo actual de producción global. “Alcanzar todo el potencial que se vaticina requerirá de mucho esfuerzo coordinado”, afirma el experto y asesor en impresión 3D, John Hauer. Porque si bien es un elemento de disrupción, la impresión 3D no podrá tener ni tanta penetración ni tanto alcance como prevén los más optimistas.

Las razones son tanto físicas como económicas: para imprimir en 3D es necesario software imprimible -como son los archivos para impresión 3D, en extensiones especiales “.obj”, “.stl”, “.jpg”- y aún no están todas las capacidades ni tampoco todos los productos que se requieren. Tampoco es factible que todo el mundo tenga una impresora 3D en su casa u oficina. Por ende, se requerirán equipos más grandes, de mejor rendimiento y mucho más rápidos que los actuales. Y no será barato. Por eso, Davide Sher vuelve a poner una cuota de realismo: “las inversiones requeridas para implementar la producción aditiva siguen siendo tan altas que solo países desarrollados pueden costearlas. Al mismo tiempo, países como China están desarrollando tecnologías más baratas para usarlas en producción masiva, así que el modelo (tradicional de dependencia de Asia para generar partes baratas en masa) no está cambiando demasiado. Por otra parte, si quieres usar impresión 3D as a service, todavía deberás acudir a servicios muy especializados que están físicamente bastante lejos, tanto por tecnología como por materiales”, precisa a nuestra revista.

Aún así, las cifras de la industria son espectaculares.

La firma de estudios sobre impresión 3D Smartech Publishing habla de una inversión global cercana a los US$13 mil millones en los últimos cuatro años, entre fabricación y venta de impresoras 3D, materiales, insumos, software y servicios asociados, y la mitad de esa cifra solo en 2017. La compañía proyecta sobre US$280 mil millones más de inversión para los próximos diez años.

Las ganancias estimadas por impresión 3D en metal en la industria, alcanzarían para el 2027 los US$5.400 millones, donde la mayor parte provendría del sector aeroespacial, con un 21%, seguida de los sectores automotriz con 15%, petróleo y gas, con 16% e insumos dentales y médicos con el 14% de la cuota de mercado. Esta bonanza sería liderada por Europa y Norteamérica, con el 34 y 28% respectivamente, seguidas de China con 14% y la región Asia Pacífico con 13%.

De forma similar, el reporte anual de la consultora Wohler indica que la industria de AM creció 21% de 2016 a 2017, alcanzando los US$7.300 millones.

De 855 a solo doce partes

GE es una de las grandes firmas que están invirtiendo y escalando la tecnología 3D, con miras a cosechar los beneficios de la fabricación aditiva en sus negocios. “La fabricación aditiva está cambiando el mundo y ofrece un potencial ilimitado. Ya está irrumpiendo en las industrias, las cadenas de suministro y valor, acelerando la forma en que se diseñan y fabrican los productos”, afirman desde GE Additive, filial a cargo de las iniciativas de AM que, en 2016 y 2017, fueron adquiridas: las firmas Arcam EBM de Suecia y Concept Laser de Alemania.

GE explicó a América Economía que tiene cerca de 20 años de experiencia en la fabricación de partes de metal en impresoras en 3D, con un equipo de más de mil científicos e ingenieros de materiales en todo el mundo. Desde entonces, GE ha producido más de 23 mil piezas para aviones internamente, además de las que ha hecho a partir de su asociación con Boeing.

Su modelo de negocios incluye, además de la producción para su rama aeroespacial, los servicios de additive para una serie de clientes, combinando la investigación, la autoproducción, la venta para soluciones in house y también la impresión 3D a pedido en los ámbitos aeroespacial y de la salud, pero también para las industrias de la moda y el lujo. “Para el 2026, planeamos vender diez mil máquinas, en una gama de plataformas de tecnologías nuevas y existentes como EBM, DMLM y Binder Jet, y con la tecnología de aditivos vemos la oportunidad de llegar a los US$5 mil millones en productos de GE para 2026”, explican.

Si bien la empresa tiene muchos logros en AM desde 2010, uno de los que más destaca es el diseño del motor Catalyst Turboprop, diseñado para ser impreso en metal, lo que permitió que una pieza que se armaba a partir de otras 855, fuera posible ensamblando solamente doce. Del mismo modo, el modelo GE9X, el motor de jet más grande del mundo incluye inyectores impresos en 3D. De hecho, su principal inyector es una sola pieza (del tamaño de una avellana) que previamente se hacía de 20 partes más pequeñas, y hoy se imprime a razón de 600 por semana. De forma paralela, GE invertirá US$10 millones en los próximos cinco años en programas educacionales para llevar impresoras 3D de polímeros a escuelas primarias y secundarias, así como impresoras de metal a institutos y universidades en todo el mundo, ya que los educadores están cada vez más incluyendo AM en el diseño del currículo de ingenieros y diseñadores, y de programas técnicos de capacitación para responder a estas necesidades. Gracias a este programa, pensado para acercar la tecnología a la fuerza de trabajo, GE proyecta que 180 mil estudiantes tendrán acceso en todo el globo a impresoras 3D.

Entre dentistas chilenos

Un artesano del calzado que imprime los tacos de su clientela conforme a la demanda. Un cirujano cardiovascular que estudia desde casa el corazón que va a operar al día siguiente o un dentista que en 20 minutos puede imprimir la corona temporal que su paciente necesita, replicando la forma exacta del diente original. Todos ellos se están beneficiando ahora y de forma concreta de la impresión 3D en Chile.

Alphabio comenzó hace solo dos años con la comercialización de impresoras digitales como soluciones chair-side para odontología. Los dos modelos que ofrecen tienen precios que oscilan entre los CL$3 millones (US$4.400) y los CL$400 mil (US$590), una con tecnología DLP y la otra SLA, que permiten diseñar e imprimir en resinas biocompatibles una serie de soluciones de cirugía guiada, como una réplica exacta de la encía del paciente con la que el dentista puede colocar implantes con 100% de efectividad, en menos tiempo y generando menor dolor y riesgos. “En una misma sesión, el cirujano puede escanear la mandíbula, imprimir y colocar piezas dentales. Antes esto podía tomar semanas o meses entre diagnóstico, toma de muestras, planificación del implante, cirugía y prótesis”, explica a AméricaEconomía Manuel de La Prida, gerente general de Alphabio.

Así lo han entendido dentistas de escuelas de odontología locales, que han adquirido sus productos y les han pedido imprimir productos especiales. “En los últimos tres años los precios de las impresoras 3D eran inalcanzables, pero ahora que se han reducido a US$5.000 o menos, y que además existen resinas biocompatibles y de muy buena calidad, esta tecnología se está democratizando”, precisa Mauro Isso, gerente de innovación tecnológica de la firma, que importa impresoras desarrolladas en EE.UU., pero ensambladas en China, en la modalidad “abierta”, es decir, que pueden utilizar resinas de distintos proveedores -en oposición a las denominadas impresoras cerradas, donde la firma que vende la tecnología es quien vende los suministros.

Junto al servicio técnico, la empresa Alphabio ofrece capacitación permanente porque el dentista a futuro “deberá optar entre saber operar y diseñar para 3D o bien incorporar diseñadores digitales a su negocio”, explican. Algo que el profesor de la Escuela de Arquitectura y Diseño de la Universidad Católica de Valparaíso, Juan Carlos Jeldes Pontio, ha visto de cerca en los últimos años, cuando motivado por compartir el diseño en 3D más allá de las aulas, creó junto a sus alumnos el primer laboratorio móvil de fabricación digital en Chile: el Aconcagua FabLab. “Vamos a escuelas y espacios públicos a enseñar a estudiantes y a artesanos a pensar cómo hacer posibles sus invenciones en sus propias realidades, con el uso de estos medios tecnológicos”, explica a AméricaEconomía.

Una de sus alumnas en esos talleres fue la diseñadora industrial Carolina Chávez, hoy directora general de Plan 3D, un emprendimiento tecnológico que utiliza la impresión en tres dimensiones para hacer biomodelos de tejidos óseos o blandos y así apoyar la labor de médicos y odontólogos en casos clínicos complejos, que requieran intervención quirúrgica. “Nos dimos cuenta de que podíamos conseguir modelos de vías biliares 3D reales de un paciente, a partir imágenes radiológicas y que posteriormente, bajo ciertos procesos y protocolos, podíamos imprimirlos. Automáticamente vislumbramos la utilidad que esto podría significar para el área de la salud”, cuenta Chávez. No estaban equivocados: con estas reproducciones de órganos, el facultativo puede apreciar mejor la relación anatómica y la patología que tiene el paciente, para así planificar guías quirúrgicas, prever y reducir tanto los riesgos para el paciente como los costos para la institución, con un ahorro en tiempo que bordea el 40%”, explica Chávez.

Aunque sus inicios no fueron fáciles, hoy trabajan estrechamente con profesionales de la especialidad de cirugía maxilofacial de la Universidad de Valparaíso y de cardiología con la fundación Jorge Kaplan en Viña. Mientras se proyectan internacionalmente e incrementan sus redes en Chile, también han incursionado en biomodelos para recursos pedagógicos en universidades y en una segunda línea de trabajo, en asociación con el hospital Gustavo Fricke para impresión de placas de células vivas, a partir de células madre, en lo que se perfila como una de las tendencias más relevantes en la medicina, y por la que startups como la sueca Cellink están haciendo noticia, anticipando lo que será a futuro la impresión de órganos vivos y una posible cura para el cáncer.