Impresoras 3D, la nueva Revolución Industrial
Capaces de crear objetos a partir de un diseño hecho por computadora, estos aparatos son verdaderas fábricas portátiles que ya producen piezas industriales, prototipos, tejidos vivos, prótesis, obras de arte y hasta armas
EEsta no es una historia de ciencia ficción, aunque en algún momento pueda parecerlo. La unión de la tecnología y la ciencia ha hecho posible algo que hace unos pocos años era más bien cosa de las películas futuristas: imprimir piel humana. “Es una forma de fabricación que replica la biología para crear tejidos vivos y que se apoya en una nueva técnica que agiliza todo el proceso”, explica la ingeniera Nieves Cubo, experta en robótica. Esta nueva herramienta se llama bioimpresión y es una de las variantes más prometedoras de una tecnología que está cambiando la forma en la que fabricamos las cosas: la impresión en tres dimensiones (3D).
¿Piel real? ¿Qué se pone en el cartucho de una impresora para obtenerla? “Tomamos plasma del paciente y añadimos células de su piel, y en el laboratorio lo cultivamos para que ese material se reproduzca”, explica la investigadora. Esa sustancia se introduce después en un cabezal especial que se acopla a una impresora 3D. La máquina inyecta la sustancia y la distribuye en unos recipientes lista para ser utilizada en pacientes, para investigar o probar cosméticos sin recurrir a animales. En realidad, hace años que se puede producir piel viva. Pero normalmente se hace de forma manual, con lo que el proceso suele ser muy lento. “Con la impresora creamos mayores cantidades y capas más homogéneas de tejido”, explica Nieves Cubo, que ha formado parte del grupo de investigación de la Universidad Carlos iii y del Centro de investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat) que, en colaboración con el Hospital Gregorio Marañón, de Madrid, consiguió hace poco más de un año producir piel humana con una impresora 3D. Esta técnica, hasta ahora confinada al laboratorio, aún espera el visto bueno de la Agencia Española de Medicamentos y Productos Sanitarios, que permitirá instalar bioimpresoras en los centros hospitalarios para utilizarlas en pacientes.
imprimir piel humana es solo el principio. Lo siguiente pueden ser huesos y cartílagos reales, lo que supondría un gran avance para la medicina. “Podríamos regenerar los huesos de pacientes con cáncer en lugar de poner placas metálicas, y los cartílagos, que se van perdiendo con la edad y es algo que empeora mucho la calidad de vida”, asegura la experta, que trabaja ahora en este proyecto con un equipo del Centro Superior de investigaciones Científicas (CSiC). La principal ventaja es que, al tratarse de tejidos vivos creados a partir de los propios, se reduce el riesgo de rechazo. Un avance significativo fue el logrado por científicos del Wake Forest Baptist Medical Center, en Carolina del Norte (EE.UU.), que en 2016 implantaron en animales estructuras de tejido vivo fabricadas en una impresora 3D. También lograron desarrollar un sistema de vasos sanguíneos.
“Otros investigadores buscan la forma de imprimir órganos, pero creo que falta mucho para eso, porque no sabemos cómo funcionan realmente”, puntualiza Nieves Cubo. imprimir un corazón o un riñón sí parece, al menos por el momento, materia reservada a la ciencia ficción.
Imitar la realidad
La medicina es una de las disciplinas que más están recurriendo a la impresión 3D. Es muy útil para planificar operaciones complicadas. A partir de una imagen (una resonancia, por ejemplo), esta técnica permite reproducir en tres dimensiones un aneurisma, un tumor o la estructura ósea de unos gemelos siameses que van a ser separados en el quirófano. Pero hay muchas más aplicaciones fuera del ámbito de la salud. Con estas máquinas, los diseñadores reconstruyen obras del renacimiento y levantan maquetas que imitan la realidad con una gran calidad. La industria recurre a esta técnica de fabricación para elaborar componentes a la carta, sin tener que hacerlos en serie, incluso piezas para los aviones. Gracias al 3D, la artesanía resurge y los chefs utilizan estas impresoras para experimentar con sus platos. El cine emplea esta técnica para imprimir robots (los humanoides de la película Ex Machina) y armas (las utilizadas en Men in Black 3). De hecho, se podría imprimir una pistola real: un caso polémico es el de Cody r. Wilson, que vende en internet desde Texas los archivos necesarios para fabricarlas en casa.
Ver en funcionamiento una impresora 3D es como estar delante de una pequeña fábrica portátil. El primer paso en cualquier impresión tridimensional es similar, sea cual sea la técnica empleada: se elige entre diseñar una figura con un programa informático, descargar de internet una ya dibujada o escanear un objeto real. A la hora de imprimir hay diferentes tecnologías. Estudios Durero (Bilbao), una empresa dedicada en sus orígenes a las artes gráficas y convertida hoy en una industria creativa, tiene una máquina que funciona con una de las técnicas más avanzadas, llamada Polyjet. Es similar a una impresora de inyección de tinta, pero en lugar de tinta va depositando material plástico líquido que se solidifica mediante una luz ultravioleta. La persona que se encarga de esa parte del taller, situado en Zamudio (Bilbao), selecciona un archivo para imprimir una pequeña figura de una mujer vestida de rojo de unos 12 centímetros de alto. El objeto tardará alrededor de cinco horas en fabricarse.
Reproducción a escala
Mientras tanto, en su despacho de la primera planta, el director y fundador de Estudios Durero, Ander Soriano, explica las ventajas de la impresión en 3D. “Nos permite hacer muchas cosas. Por lo general, estos aparatos imprimen solo un color a la vez, pero ya podemos usar cientos de colores juntos, mezclarlos, hacer piezas transparentes, opacas, rígidas, flexibles… y a una resolución de 14 micras, que es muy elevada”. Esta misma impresora acaba de realizar la reproducción a escala de una obra de ingeniería de 7000 piezas que ocupa casi un metro cuadrado. A un par de metros hay otro aparato más pequeño que está fabricando una carcasa verde para un videojuego. Funciona con la tecnología más popular: el modelado por deposición fundi- da (FDM). Este sistema parte de una bobina de filamento de plástico que se funde en el cabezal de la impresora y se va depositando sobre la bandeja, capa a capa, según el patrón del fichero 3D elegido en el ordenador. Existen otros dos procedimientos muy utilizados: la estereolitografía (SLA), que utiliza como materiales resinas líquidas que se solidifican aplicando luz ultravioleta, y el sinterizado selectivo por láser (SLS), que emplea materiales en polvo y los funde con un láser.
La impresión en 3D es una tecnología tan reciente como puede parecer. Las principales técnicas datan de los años ochenta. La primera máquina salió del laboratorio del ingeniero estadounidense Chuck Hull, que dedicó su tiempo libre a desarrollar esta idea. Es el inventor de la estereolitografía. Pero fue a partir de 2005, año en el que empezaron a caducar las patentes relacionadas con el 3D, cuando esta tecnología empezó a expandirse. Poco a poco, estas máquinas han pasado de ser algo casi exclusivo de grandes empresas e ingenierías que la utilizaban para desarrollar sus prototipos a extenderse a todos los sectores económicos, a los usuarios particulares y para producir piezas que se venden directamente al cliente, como dientes hechos a medida, joyas personalizadas y elementos del interior de un automóvil. La consultora norteamericana A. T. Kearney calcula que el mercado de la impresión tridimensional movió cerca de 7000 millones de dólares el año pasado y que crecerá hasta los 17.200 millones en 2020, sobre todo en el sector aeroespacial, de la construcción, la salud y la automoción.
Motors se dispone a sacar al mercado motores turbopropulsores fabricados, en una gran proporción, por impresoras 3D. Más de un millar de piezas de un Airbus 350 se imprimen en uno de esos aparatos, como algunos elementos de las paredes interiores y componentes de plástico de los asientos. Resulta más barato y flexible hacerlo así. Permite hacer productos menos pesados y reponer piezas rotas con facilidad.
Cultura maker
“Una de las grandes ventajas de estas impresoras es que puedes personalizar el producto para resolver un problema único”, explica Daniel Pietrosemoli, coordinador del grupo de fabricación digital del MedialabPrado, un espacio cultural y tecnológico dependiente del Ayuntamiento de Madrid. “Se puede producir una sola pieza sin que te cueste un dineral y sin tener acceso a una cadena de producción”, añade.
Esta sala es una mezcla de taller de carpintería y lugar de experimentación informática. Aquí se enseña cómo utilizar las impresoras 3D a personas que sienten interés por aprender esta técnica, bien sea para experimentar con objetos por una motivación artística o para fabricarse un monopatín a medida. Desde este espacio también se lanzan proyectos innovadores relacionados con esta tecnología. Es lo que se conoce como un fablab, acrónimo de fabrication laboratory, es decir, un taller de producción de objetos físicos de uso personal en el que se utilizan ordenadores. Este tipo de laboratorios y las impresoras 3D se han convertido en símbolos de la cultura maker, una versión del hágalo-ustedCoincide mismo basada en la tecnología que ha experimentado un auge en los últimos años.
El ingeniero Pietrosemoli muestra ejemplos de cosas fabricadas allí: unas torres de arcilla, una reproducción de una pirámide y una prótesis de mano infantil, rudimentaria, de color rojo, azul y amarillo. La ventaja de la personalización unida al menor costo de fabricación se materializa a la perfección en esa pequeña mano de plástico. “Hablamos con las familias para que nos indiquen las necesidades del niño. Escaneamos el muñón e imprimimos una prótesis a medida”, explica Luis Carlos González, de Autofabricantes, un grupo de investigación nacido en el seno de Medialab-Prado que ofrece a las familias una alternativa más asequible que el sistema de prótesis actual. Han diseñado ya cinco prótesis mecánicas y trabajan en un prototipo de prótesis mioeléctricas desarrollado con software libre (gratuito).
Este tipo de prótesis funciona mediante unos sensores conectados a unos microGeneral motores que hacen que los dedos puedan abrirse o cerrarse. Uno de estos productos cuesta en el mercado entre 15.000 y 20.000 euros –están parcialmente financiados por la sanidad pública, pero las familias tienen que adelantar el dinero– y hay que cambiarlos cada tres años, porque los niños crecen. Las prótesis en las que trabajan van a costar bastante menos, según sus cálculos. Las mecánicas de Autofabricantes cuestan alrededor de 200 euros.
Las impresoras que utilizan en MedialabPrado son las más comunes y funcionan con la tecnología más popular, la FDM, la misma que utiliza la máquina más pequeña que tienen en Estudios Durero y la que emplea Nieves Cubo para sus investigaciones. Estos aparatos son estructuras de tamaño similar a una impresora de papel como las que se usan en las casas, que pueden hacer piezas con un volumen máximo de 28×15×15 centímetros. Se pueden comprar ya ensambladas por unos 600 euros, o también se pueden hacer en casa, descargando de forma gratuita unos archivos con algunas de las piezas necesarias e imprimiéndolas con otra impresora 3D. Aparte hay que comprar la electrónica, los motores y otros materiales para la estructura. “Esta fue una de nuestras primeras impresoras”, explica Pietrosemoli. “Adrian Bowyer estuvo de visita en nuestra fábrica digital en 2009 y nos ayudó con el proceso”, continúa.
Máquinas democratizadoras
Adrian Bowyer, profesor de ingeniería mecánica de la Universidad de Bath (Reino Unido), es uno de los principales impulsores del proyecto RepRap. El objetivo de esta iniciativa es facilitar que cualquier individuo que lo desee pueda conseguir con una inversión mínima una impresora 3D para fabricar un objeto que desee para su vida cotidiana. Para conseguirlo, gente como Bowyer colgó en la web los archivos necesarios para imprimir algunas piezas y dónde encontrar el resto de materiales necesarios. “Estas máquinas democratizan los procesos de fabricación, porque todo se realiza de forma automática y versátil. Cualquiera que tenga un jardín puede cultivar su propia comida y cualquiera que tenga una impresora 3D puede producir sus propios bienes materiales”, explica Bowyer en un correo electrónico.
El proyecto RepRap echó a andar en 2005, pero recibió su mayor impulso a fines de esa década, cuando caducó la patente que protegía la tecnología FDM de la competencia. La iniciativa de Bowyer, según explica el británico, ha presionado a la baja los precios: las impresoras se vendían hace años por 50.000 euros y ahora se puede encontrar una por menos de 600 euros. La impresión 3D es cada vez más habitual. Los aficionados al hágalo-usted-mismo tecnológico, los makers, pueden encontrar ideas en Thingiverse, una web con un millón de modelos en 3D que se pueden descargar en casa, como posavasos, colgantes, drones o piezas de impresoras.
“Cuando la gente ve lo útil que resulta, no hace falta explicar las bondades de la impresión 3D”, opina César García, uno de los socios fundadores de Makespace, otro fablab de Madrid, instalado en un antiguo taller mecánico de Arganzuela, un distrito al sur de la capital. El ingeniero pone como ejemplo algunos accesorios elaborados por el Centro de Referencia Estatal de Autonomía Personal y Ayudas Técnicas del Imserso para ayudar a las personas con discapacidades físicas. Estas piezas están disponibles en Thingiverse y cualquiera puede descargar los archivos sin costo. “Con 200 o 300 euros en materiales, uno se puede armar una impresora en casa, una máquina que habría sido el sueño de cualquier inventor hace años”, añade.
a paso de gigantes
¿Hasta dónde llegará la impresión 3D? Los escépticos señalan que el tiempo que requiere la producción de piezas con esta tecnología es uno de los elementos que juegan en su contra, sobre todo cuando se trata de producciones de gran volumen. En caso de objetos complejos, pueden pasar días. Los entusiastas responden que la tecnología avanza a pasos de gigante y que en unos años será mucho más veloz. En un editorial publicado en junio pasado, The Economist concluía que el escepticismo en torno al papel de la impresión 3D en la producción en masa “parece cada vez menos y menos creíble”.
César García, de Makespace, en que el potencial industrial es enorme: “Vamos hacia la fábrica flexible. Se podrán hacer piezas distintas sin tener que cambiar la maquinaria. La producción se gestionará de forma más ágil y se llevarán las ideas al mercado mucho más rápido”. La alemana Adidas trabaja en un sistema en 3D para fabricar suelas para zapatillas con el que espera que el proceso que requiere llevar un nuevo modelo al mercado se acorte sustancialmente en el futuro.
Además, la precisión que se consigue con estas impresoras mejora día a día. En uno de los mostradores de Estudios Durero se ve una muñeca con forma de guerrera, con colitas de color naranja, junto a la maqueta de una casa de dos plantas y la reproducción de un cráneo de hace 1,6 millones de años. Agustín Robredo, encargado de impresión 3D de la empresa, muestra una cabeza humana fabricada a partir de una TAC: “Se aprecian todos los detalles: huesos, venas, músculos y glándulas linfáticas. Usamos material transparente para la parte exterior, así se ve todo”. La TAC del paciente se procesa delimitando y aplicando color a las partes que interesa observar. Tras varias horas en la impresora, sale, reproducida en tres dimensiones, una pieza que puede resultar clave para un equipo de cirujanos que opere al paciente.
Ander Soriano está convencido de que las impresoras 3D van a ser la mayor revolución después de la llegada de Internet. “Creo que dentro de unos años muchos tendremos en casa una de estas máquinas para imprimir desde las plantillas de unas zapatillas hasta unos tapones para los oídos a medida”, pronostica. ¿Aunque haya empresas que te lo manden a casa en cuestión de horas como Amazon? “Sí”, responde sin dudar.
Adrian Bowyer se muestra más cauto en cuanto a la expansión de estas máquinas en el hogar: “Es un avance importante, pero creo que de la misma forma que mucha gente no tiene impresora de papel, tampoco creo que tenga una 3D”. Este experto vaticina que en el futuro “estas impresoras podrán trabajar con múltiples materiales a la vez (plásticos, cerámica, metales…) para construir mecanismos y electrónica complejos”. Y destaca que la impresión en tres dimensiones puede ser clave en futuros viajes espaciales. Recientemente se han llevado a cabo experimentos exitosos para utilizar la luz del sol con el objetivo de fundir el regolito (material que conforma el suelo lunar) y, con una impresora, construir una base en la Luna.
Un gran potencial innovador
Si el potencial de este tipo de impresión es enorme para la industria, para el mundo artístico es un auténtico filón. Sobre todo para quienes buscan cómo innovar. Destaca la obra del pintor y escultor británico Michael Eden, que utiliza la tecnología 3D. “En el área creativa, las aplicaciones más interesantes son aquellas en las que estas técnicas son empleadas como otra herramienta por parte del artesano o el artista, que las utiliza junto con otros métodos tradicionales. Se consiguen nuevos objetos hermosos, valientes y experimentales que de otra forma nunca podrían haber sido creados solo con las manos”, expone por correo electrónico Lucy Johnston, analista de tendencias culturales y autora de Digital Handmade: Craftsmanship and the New Industrial Revolution (El hecho a mano digital: la artesanía y la nueva revolución industrial).
En el libro, publicado por primera vez en 2015 y que fue actualizado en septiembre pasado, Johnston incluye múltiples aplicaciones innovadoras de la tecnología 3D, como una oficina real en Dubái que se ha construido con una impresora.
Es posible que tengan que pasar algunos años más para valorar en su justa medida la importancia real de la impresión 3D. Así ha sucedido con otros grandes inventos en el pasado. La lanzadera volante, por ejemplo, fue ideada por el inglés John Kay en 1733 para tejer el algodón a mayor escala y rapidez que a mano. Pero tuvieron que pasar un par de décadas para que el movimiento que generaba esta herramienta se mecanizara y empezara a ser ampliamente utilizada en los inicios de la Revolución Industrial. Veremos si la impresión en 3D resulta ser una técnica tan transformadora.
Las impresoras que utilizan en Medialab-Prado son las más comunes
Estos aparatos son estructuras de tamaño similar a una impresora de papel