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22 de Septiembre, 2020

Fabricación digital: la tecnología que revoluciona el diseño y que hasta podría salvar vidas

El método llevado a cabo en ordenadores a través de softwares especializados se perfila como el camino a tomar por un sinnúmero de empresas, las cuales pueden ir desde la innovación mecanizada de productos y servicios hasta, incluso, el ámbito de la salud. Y si bien generalmente se le relaciona con la impresión en 3D, existen otras herramientas y maneras que dan cuenta de su amplio universo. Uno en constante expansión.

Puede sonar a película de ciencia ficción: máquinas inteligentes que reemplazan y superan en precisión el trabajo de un ser humano. Pero es cierto. Tanto, que los avances tecnológicos, más allá de convivir y facilitarle la vida a las personas, siguen rompiendo límites que hace algunas décadas eran prácticamente inimaginables.

Tras el surgimiento masivo de Internet, los celulares, redes sociales y la instantaneidad de los sucesos sin importar dónde se encuentre una persona, la forma de comunicarse y de trabajar cambió para siempre. La fabricación digital, por ejemplo, un proceso de diseño y modelado que se lleva a cabo vía computacional por medio de softwares y que permite crear desde un lápiz hasta una casa, es una gran prueba de ello. Lo llamativo, sin embargo, es que estos adelantos no son tan nuevos como parecen, pues el control numérico computarizado (CNC) tiene sus orígenes hace aproximadamente 70 años y en la década de los 80 ya se experimentaba con el diseño y la impresión 3D.

El boom de la fabricación digital se genera debido al vencimiento de las patentes de muchas de estas máquinas armadas en los 80 y a la reducción de los costos de las mismas. Aquello, comienza a desarrollar una tecnología mucho más accesible y avanzada, generando grandes expectativas. Hoy en día podemos detectar tres tipos de métodos para llevarlas a cabo: la fabricación por adición, fabricación por sustracción y manipulación robótica de cualquier tipo.

Fabricación por adición

Se ha creado Lay Wood –D3, el primer filamento con aspecto de madera real que se puede utilizar en la impresión 3D / tobuya3dprinter

Esta metodología, una de las más populares y que ha experimentado un destacado crecimiento en los últimos años debido a su rapidez, precisión y ahorro, funciona a través de máquinas especializadas que permiten crear un objeto añadiendo o superponiendo capas de un material en específico como plástico, vidrio, arcilla, cerámica, aluminio, acero e incluso tejidos humanos. La tecnología surgió en 1983 usando estereolitografía (SLA), un proceso que dispara un rayo láser ultravioleta en una masa de fotopolímero, convirtiéndolo en plástico sólido. Actualmente, el más popular es el modelado por deposición fundida (FDM).

Las aplicaciones que se le pueden dar a la impresión 3D son de gran diversidad, utilizándose en el ámbito de las artes, la arquitectura, industria aeroespacial, arqueología y también en el de la salud. Respecto a este último, una de las más grandes aspiraciones es que pueda contribuir a la medicina a través de la creación de órganos humanos. De hecho, ya se ha experimentado con la confección de prótesis, huesos y hasta corazones sintéticos personalizados, pero los científicos quieren ir más allá apostando por la bioimpresión. Como antecedente, existe actualmente una startup llamada Modern Meadow que se ha enfocado en desarrollar estos avances y que en 2016 logró la impresión de carne cruda mediante un material compuesto de células madres extraídas de biopsias a animales, por lo que, quién sabe, hasta se podrían salvar vidas en caso de que las pruebas sigan depurándose.

¿Y qué pasa con la madera?

Pese a que existen equipos que imprimen sobre la madera tallando la forma que se desea a través de la computadora (se verá en el anexo siguiente), en 2012 ocurre un hito importante: surge una nueva materia prima ideada por el alemán Kai Parthy, el cual desarrolla Lay Wood –D3, el primer filamento con aspecto de madera real que se puede utilizar en la impresión 3D. Éste contiene un 40% de madera reciclada y cambia de color dependiendo de la temperatura del procedimiento. Además, se puede cortar, lijar y pintar con facilidad, transformándolo en un excelente material para maquetas, adornos, objetos o lo que se tenga en mente.

La invención, incluso, ha sido tan bien recibida que ya existen empresas y proyectos apoyados por agencias gubernamentales para la producción de muebles y elementos estructurales de construcción a tamaño real. Algunos van más allá y apuestan por hacerlo ellos mismos mediante tutoriales o a través de sus propios conocimientos.

Fabricación por sustracción

El tallado a partir de un bloque sólido es fácil con madera y puede hacerse con CNC

A diferencia de la metodología por adición, la fabricación por sustracción consiste en el tallado a partir de un bloque sólido ya constituido. De esta forma, materiales como la madera, metal y plástico, entre otros, son moldeados mediante la eliminación de volumen, ya sea vía corte, perforación o esmerilado.  El proceso se puede realizar de forma manual o, más comúnmente, con la ayuda de un control numérico computarizado conocido como CNC.

Fue la introducción de brazos robóticos lo que amplió las posibilidades de fresado CNC, pues cuanto mayor es el número de ejes de movimiento, mejores son sus capacidades y funciones. Para esta técnica se utiliza un modelo virtual diseñado en el software CAD como acceso para la herramienta de producción. Así, la simulación por programa se combina con la entrada de usuario para generar trayectorias que guían al instrumento de corte a través de la geometría de la pieza, llevando a cabo las incisiones, canales, agujeros, detalles y todas las características necesarias para la eliminación y modelado del material.

Cada aparato CNC produce piezas a partir de estos datos de producción asistida por ordenador (CAM) con muy poca o definitivamente ninguna asistencia o interacción humana. Por lo general se utilizan para la creación de prototipos de fragmentos plásticos o metálicos, siendo las materialidades más blandas (como la madera) mucho más fáciles de mecanizar y modelar. De este modo, geometrías complejas o minuciosidades estrechas que son difíciles de dar forma, fundir o conseguir con otros procedimientos, se logran expeditamente y con gran prolijidad.

Cabe señalar que el corte por láser y el alambre caliente, técnicas convencionales de producción de modelos, también se incluyen en la categoría de fabricación por sustracción.

Manipulación robótica

La automatización y funciones de la inteligencia artificial hacen que la madera consiga una solución fiable y rentable

Si pudiéramos simplificar el trasfondo de esta categoría, podríamos decir que, definitivamente, abarca todo lo relacionado a la fabricación o manipulación mecanizada operada por una computadora de forma autónoma. Esta conjunción abarca cuatro tipos de ingeniería (mecánica, eléctrica, electrónica y biomédica) y suma las ciencias de la computación, encargadas del diseño, construcción, operación, estructura, manufactura y aplicación de los robots.

Gracias a esta automatización y a las increíbles funciones que la inteligencia artificial entrega en este ámbito, es que la industria de la madera consigue una solución fiable y rentable para realizar un amplio rango de tareas con alta precisión y calidad. De esta manera se pueden manipular y pulir sillas, grapar en montajes de cajas de madera, paletizar, despaletizar, cargar, apilar, lijar e inclusive pintar con exactitud.

La ventaja principal de la manipulación robótica es que, con el equipamiento y herramientas adecuadas, los robots pueden utilizarse para un sinnúmero de tareas, transformando este ítem en un campo infinito de posibilidades de creación/función.

Ventajas de la fabricación digital

Además de las ventajas que de por sí tiene el proceso a nivel de industria, existen otras sumamente relevantes. Una de ellas es la de poder trabajar con personas alrededor del mundo, ya que los archivos pueden enviarse por Internet a cualquier parte del planeta para su fabricación. A eso se suma la disminución de residuos, pues se utilizan los recursos necesarios para la fabricación del objeto o una parte de éste.

Otro tópico muy conveniente es que se acortan los tiempos de producción, puesto que no necesita de instrumentos especiales ni de fundición, acelerando todo el proceso. De igual forma, el costo de manufacturación es mucho menor dado que, en caso de que un cliente o un público objetivo solicite cambiar el molde del producto por algún motivo, es mucho más costoso realizarlo de la manera tradicional que sólo modificar el diseño digital e imprimirlo en 3D, por poner sólo un caso. A eso se suma que es ideal para el prototipado (crear una representación para anticiparse a cualquier cambio o error antes del proceso de diseño y maquetación), siendo una de las herramientas más utilizadas por empresas y, sobre todo, por emprendedores.


Escrito por Felipe De la Cerda E.
Fotografía principal cortesía de 3D print wood

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