Helados. Moléculas para la medicina. Incluso células humanas. La lista de los materiales que se utilizan en la impresión 3D se alarga -y es mucho más interesante- cada día. Y ampliarla es una carrera armamentística de materiales multimillonaria en estos momentos.
Un estudio del mercado de la impresión 3D publicado recientemente ha revelado que la aceleración del desarrollo tecnológico impulsará el valor del mercado de la impresión 3D desde su nivel de 2017 de 6.980 millones de dólares hasta 12.000 millones de dólares a finales de 2018. Eso significa un enorme aumento de los materiales que utilizan esas máquinas.
El plástico sigue reinando en el mundo de los materiales de impresión 3D. Según un informe de SmarTech Markets Publishing, se espera que la impresión 3D genere 1.400 millones de dólares en ventas de plásticos para 2019. No se trata del plástico «de toda la vida». La industria está experimentando ampliamente con nuevos y novedosos enfoques, como las resinas de base biológica hechas de maíz y aceite de soja.
Pero la cosa no se queda ahí en el mundo de los materiales de impresión 3D.
Manía del metal
Si hay un subcampeón del plástico, sería el metal. El sinterizado directo de metales por láser (DMLS) es la técnica y, a diferencia de la impresión de plásticos, puede utilizarse para fabricar un producto industrial acabado o un prototipo. El sector de la aviación ya es uno de los primeros defensores y consumidores de la impresión DMLS para agilizar las operaciones y fabricar piezas listas para instalar. Incluso ya existen impresoras DMLS de venta masiva para crear joyas.
El crecimiento y la popularidad de la impresión 3D de metales encierra el potencial de fabricar y crear piezas de máquinas más eficaces que actualmente no pueden producirse en masa in situ. Esto podría dar lugar a mejores conductores, resistencia a la tracción y otros atributos de los metales de laboratorio que los metales «extraídos y refinados», como el acero y el cobre.
En la industria aeroespacial, la cuestión de los materiales está en gran medida resuelta, y crear volumen de piezas es el Santo Grial. GE Aviation empezará a imprimir inyectores para su motor a reacción LEAP en 2016 y aumentará su producción hasta 35.000 al año cuatro años después. Se trata del mayor y más ambicioso proyecto de fabricación aditiva jamás emprendido por nadie en la industria.
Los recién llegados: El grafito y el grafeno
La empresa minera de grafito y níquel Kibaran Resources, que cotiza en la bolsa australiana, se ha asociado con la empresa de impresión en 3D 3D Group para compartir los costes de desarrollo de una empresa de investigación y desarrollo llamada 3D Graphtech Industries.
La asociación está buscando patentes para investigar la impresión en 3D de grafito y grafeno, una forma pura de carbono creada por primera vez en un laboratorio en 2004. El grafeno conduce mejor la electricidad, es más fuerte, más fácil de aislar y más ligero que otros conductores del mercado actual. Supera varias veces incluso a los mejores conductores. Como debe crearse en un laboratorio, es un buen caso de estudio para ver qué tipo de producción en masa de metales puede lograr la fabricación aditiva.
Los materiales para la investigación y el desarrollo se obtienen de las minas tanzanas de Kibaran, donde se ha encontrado grafito con alta cristalinidad y una pureza del 99,9% de carbono. Esto es increíblemente adecuado para la producción de grafeno.
La industria de los semiconductores también está interesada en producir grandes cantidades de grafeno. Por ejemplo, IBM encontró recientemente una forma de utilizarlo para la iluminación LED. La capacidad de imprimir en 3D láminas de material para su uso en los LED reduciría seriamente los costes de producción de la iluminación.
Fibra de carbono: ¿Tan fuerte como el acero?
Al igual que el grafito, la fibra de carbono (que se somete a un proceso de oxidación que estira el polímero) puede añadirse al plástico más tradicional para crear un compuesto que puede ser tan fuerte como el acero pero menos intensivo en su uso que el aluminio, dice Markforged. Las impresoras 3D de gran formato de la empresa están diseñadas para imprimir piezas más resistentes con mayor rapidez y a un coste significativamente menor.
Mientras tanto, la startup Impossible Objects también ha estado explorando la fibra de carbono, así como el vidrio, el Kevlar y la fibra de vidrio. La impresora de la empresa también puede trabajar con polímeros termoplásticos PEEK (poliéter éter cetona), que se suelen utilizar para cojinetes, piezas de pistón e instalación de cables eléctricos.
¿Necesito una nueva impresora 3D para estos materiales?
Así que mientras la lista de materiales crece, ¿qué significa esto para el hardware real? Ahora mismo, a nivel de consumidor, el plástico es lo mejor que hay. Por ejemplo, la Dremel 3D20, de 899 dólares, está limitada a un tipo de material de impresión, un polilactido (PLA) común. El PLA es un plástico biodegradable fabricado a partir de materiales renovables como el almidón de maíz.
En la actualidad hay varias impresoras centradas por completo en el DMLS, como la 3DSystems ProX 300 y varios modelos de Stratasys, pero actualmente cuestan más de 100.000 dólares cada una porque las impresoras DMLS arden mucho más que sus homólogas de plástico, ya que los polvos y metales que crean tienen puntos de fusión más altos. Las carcasas más resistentes y las herramientas de fundición industrial más potentes aumentan sus costes de forma significativa.
Aunque muchos fabricantes de impresoras 3D están ofreciendo servicios de impresión 3D en metal, pasará algún tiempo antes de que las economías de escala que ayudaron a reducir el coste de la impresión 3D en plástico afecten al mercado del DMLS. Y los sistemas de impresión 3D con grafito/fibra de carbono apenas están empezando a ganar tracción en el mercado.
La diversidad de aplicaciones que las industrias están explorando para la impresión 3D hace que sea un momento emocionante pero tumultuoso. Desde las piezas de chorro hasta la iluminación, los nuevos (y «viejos») materiales ofrecerán aún más oportunidades sobre cómo y qué imprimen las industrias.
Este artículo ha sido actualizado. Fue publicado originalmente en noviembre de 2014.