15.08.2020 - 21:50
En el moment culminant de la pandèmia de la covid-19, vam veure la utilització la impressió 3D per tot del món per a fabricar ràpidament respiradors combinant parts molt diverses. Sense anar gaire lluny, la catalana Seat va utilitzar-la per fabricar peces clau en els respiradors fets a partir dels eixugaparabrises. Es tracta d’una tecnologia de la qual s’ha parlat molt sovint aquests últims anys. En un principi, semblava que tothom tindria una impressora 3D a la llar. Però malgrat que no s’han acomplert les expectatives inicials, és una tecnologia que comença a aplicar-se en àrees de gran interès i que pot canviar les normes del comerç internacional. Al país, aquesta tecnologia compta amb un centenar d’empreses, factura uns 300 milions anuals i dóna feina a més de mil persones. A continuació repassem els orígens de la impressió 3D, en quins sectors avança i la manera com podem iniciar-nos en aquesta apassionant tecnologia.
Digitalització d’objectes físics: la unió de la indústria del programari i la ciència de materials
La impressió tridimensional es basa, com qualsevol altra tecnologia, en més de prèvies. Els seus inicis es remunten als anys 70 i 80 del segle passat, com una evolució de les impressores de paper que imprimeixen en dues dimensions: ample i llarg. Una altra de les tecnologies en què s’inspira és en el mecanitzat de peces que es fa a la indústria, amb màquines de control numèric, com torns i fresadores. En aquest tipus de màquines, s’introdueixen blocs de metall –també de més materials, com la fusta i el plàstic– als quals es van traient material seguint uns plànols programats, fins a donar-los la forma desitjada. Les impressores 3D, en comptes de treure material d’un bloc, afegeixen –imprimeixen– material en successives capes fins a donar la forma desitjada. És per això que també és coneguda com a fabricació additiva.
En definitiva, és una tecnologia que digitalitza els objectes físics mitjançant models
tridimensionals CAD dissenyats en computadores. Representa la unió entre la indústria del programari i la ciència de materials, perquè aquesta segona ha d’aportar aquelles substàncies que permeten la impressió, donant les propietats físiques necessàries, com ara poder ser foses, solidificar ràpidament un cop feta la impressió i presentar la resistència als esforços requerits. Els materials utilitzats principalment són els polímers, com ara plàstics, resines i fibres de carboni. Tanmateix, s’avança en la utilització de metalls per a fabricar peces d’alta resistència i en la impressió de cèl·lules per a produir teixits biològics.
Avantatges i inconvenients d’una tecnologia potencialment disruptiva
A priori, els avantatges d’aquesta tecnologia són diversos. Actualment, la majoria de
productes manufacturats contenen peces fabricades en diverses parts del món. Aquestes parts han de fer grans recorreguts fins a arribar al lloc d’assemblatge del producte final –com ara una bicicleta, un cotxe o una rentadora. L’avantatge que aporta la impressió 3D és que permet de prescindir de transportar objectes físics. En comptes d’això, es transmeten ràpidament per internet i a cost zero els models tridimensionals que han desenvolupat les empreses, que poden imprimir-se tots alhora i directament al lloc d’assemblatge. Això permet d’utilitzar menys materials, menys energia i menys mà d’obra, la qual cosa pot dur a productes més barats i a disminuir l’impacte ambiental, perquè es produeixen més a prop del lloc de consum. Al nostre continent, i en general a Occident, aquesta tecnologia es veu amb gran interès per ser una eina que pot permetre la reindustrialització, disminuint l’actual gran dependència de les manufactures asiàtiques. Això pot canviar completament les normes del comerç internacional, reduint notablement les necessitats de transport marítim, aeri i per carretera.
Un dels altres avantatges és que permet de fer produccions més petites. La personalització és una de les grans tendències actuals en el comerç. Si fins ara hem consumit productes que es produïen en grans quantitats per oferir un preu més baix, actualment els consumidors demanen productes més específics que s’adeqüin a les seves necessitats concretes i, fins i tot, més exclusius, alineats amb la seva personalitat i estil de vida. També es poden fer més freqüentment, de manera que es pot començar a fer una producció petita d’un producte i, en cas de tenir èxit, fer-ne produccions puntuals. D’aquesta manera s’elimina la sobreproducció. Una derivada d’això són els recanvis. Actualment els productes manufacturats estan compostos per milions de peces diferents, i moltes vegades hem de llençar un producte perquè alguna de les peces malmeses no les trobem o han deixat de fabricar-se. Amb la impressió 3D es poden conservar els plànols d’aquestes peces i imprimir-les sota demanda, evitant que hàgim de llençar-los.
Però no tot en són avantatges. Si la personalització és un avantatge per al consumidor, també representa un augment de desplaçaments logístics a les ciutats. En comptes de tenir grans camions que reparteixen un gran volum d’un mateix producte, passem a furgonetes i motos que reparteixen un producte únic a cada client, tal com ja passa amb el comerç electrònic, que ha causat l’augment del trànsit a moltes ciutats. Mentre no s’electrifiqui el transport a partir d’energies renovables, implica un augment de la contaminació als nostres carrers. De fet, molts experts critiquen la manca d’evidències que un sector manufacturer basat en impressores 3D impliqui estalvi en costos i una disminució de l’impacte ambiental en tot el cicle global dels productes. Tampoc no s’ha de menystenir l’impacte en l’ocupació. Sovint aquesta tecnologia es planteja en el context de plantes completament automatitzades que requereixen molt poca mà d’obra. Un altre inconvenient important, ara per ara, és que la impressió és lenta. En peces de complexitat mitjana i elevada, la impressió pot requerir diverses hores. A més, la tecnologia ha de millorar la precisió, ja que la reproducibilitat és difícil. Els usuaris, un cop descarregat el plànol, sovint han de fer diversos intents, ajustant els paràmetres de la impressora, per obtenir el resultat desitjat. I des del punt de vista del comprador, l’aspecte final de productes impresos té sovint un acabat poc atractiu. Les superfícies són irregulars i rugoses, en comptes de ser completament llises. Finalment, també cal pensar en els mals usos potencials de la impressió 3D. S’han detectat la circulació de plànols per a fabricar armes de foc il·legals. Grups criminals, terroristes i individus conflictius podrien fàcilment construir una arma de foc amb una impressora estàndard.
Les principals aplicacions d’una tecnologia revolucionària
Tot i els problemes, cal dir que la tecnologia d’impressió 3D s’utilitza en molts sectors, amb facturacions de milers de milions en vendes cada any. On possiblement s’utilitza més és en l’elaboració de prototips. Avui dia moltíssimes empreses disposen d’impressores 3D per al desenvolupament de nous productes. No tan sols perquè els permet de fer qualsevol peça i crear successives millores, sinó també perquè redueix ostensiblement el temps de desenvolupament. Molt sovint, les empreses havien d’encarregar peces a la Xina, esperar a rebre-les per missatgeria, comprovar-ne el funcionament, fer-hi modificacions i tornar a començar el cicle. Amb una impressora 3D poden fer tot això el mateix dia a l’oficina. I atès que la tecnologia permet dissenys més complexos, juntament amb aprenentatge automàtic –machine learning–, han obtingut dissenys més atrevits i eficients a l’hora de suportar tensions i forces, especialment amb la utilització de metall. La sorpresa ha estat que alguns dels nous dissenys produeixen peces amb aspecte biològic, mostrant que encara hem d’aprendre molt de la natura per optimitzar els productes.
Sectors com l’aviació i el transport ferroviari també comencen a aprofitar aquesta
tecnologia. En aquest cas perquè es tracta de vehicles dels quals es fan produccions
petites, gairebé de manera artesanal. Empreses com Airbus han començat a dissenyar i fer peces molt especifiques que, com que són compactes, permeten d’estalviar pes, un aspecte crític en el transport aeri. En el cas d’Alemanya, operadors ferroviaris han recorregut a la impressió 3D per fabricar recanvis de seients malmesos, estalviant-se d’haver de tenir estocs acumulats durant anys o témer el tancament de proveïdors. La tendència actual, però, és anar un pas més enllà en direcció a la producció en massa. Atesos els progressos, les automobilístiques, el paradigma de les grans produccions, comencen a plantejar-se’n l’ús. No hem d’oblidar el sector aeroespacial. Ja s’investiga la manera com imprimir eines a l’espai i fins i tot coets. Així, les primeres missions humanes a Mart, o més enllà, podrien fer reparacions o ampliar la flota de naus sense necessitat de fer grans enviaments amb eines i parts de la nau diverses de reserva.
Un altre dels sectors prometedors i on es fan els primers passos és en el de la medicina. Com dèiem, la personalització és un dels grans avantatges d’aquesta tecnologia. En medicina, cada cop se’n va més a tractaments específics que no pas a genèrics. Així es comencen a seqüenciar genèticament tumors per dissenyar els medicaments més eficaços per atacar-los. El plantejament inicial en relació amb les impressores 3D en l’àrea de la salut, encara en fase molt inicial, és resoldre la manca d’òrgans i teixits. S’han començat a fer les primeres proves d’impressió orgànica, com ara de pell, que després pot ser trasplantada a pacients que ho requereixin; i de parts del cos, com la part externa de l’orella, per qui n’hagi patit una mutilació o defecte congènit. L’objectiu final és poder anar incrementant la complexitat i acabar imprimint òrgans sencers. Continuant amb la impressió de material biològic, l’empresa catalana Nova Meat –carn nova– proposa d’imprimir carn d’origen vegetal que imita a la vedella i el porc. Uns altres candidats a aprofitar aquesta tecnologia són la pastisseria, usant xocolata, i la pasta.
Un altre dels sectors que afecta la nostra vida diària és el de l’habitatge. Fa anys
que es fan proves per imprimir cases, però sembla que de moment no està en la fase comercial –l’aspecte visible, com dèiem, no és atractiu, ara per ara. També, molts museus han comprat impressores 3D per fer reproduccions de patrimoni cultural, ajudant a la seva difusió, conservant els originals i recuperant peces perdudes a partir d’imatges antigues. La joieria, la moda i la producció de ninots són més sectors on comença a implantar-se la impressió tridimensional sota demanda. No hem d’oblidar el sector del reciclatge. Com que una de les matèries primeres en la impressió 3D són els plàstics, ja hi ha empreses que reaprofiten les ampolles i més plàstics d’un sol ús per produir els filaments que s’utilitzen en la impressió 3D.
Com iniciar-s’hi
Finalment, hi ha un sector on també té força èxit: els faedors –makers en anglès. Hi ha tota una cultura de fabricació d’objectes per a persones aficionades al bricolatge i l’enginyeria. Els aficionats comparteixen lliurement els plànols com si fossin receptes de cuina, se’n fan modificacions i millores, i es tornen a compartir, seguint la filosofia del programari lliure. I si volem iniciar-nos-hi? Bàsicament, necessitem tres elements: una impressora, filament d’impressió i els plànols dels models o peces a reproduir. Les empreses d’impressió acostumen a proporcionar models, mentre que els filaments els podem comprar en botigues especialitzades, a través dels fabricants i botigues com Amazon.
Hi ha molta oferta d’impressores 3D domèstiques, amb un rang de preus ampli. Les
podem trobar a partir d’uns 200€, i els models més sofisticats poden superar els 5.000€. Tanmateix, la facilitat d’ús, especialment quan comencem, i la comunitat de suport són punts a considerar. També la qualitat de construcció, com ara que incorporin parts metàl·liques en comptes de plàstiques, o que ja vinguin muntades. Per aquesta raó, una de les impressores que es recomanen per començar, tot i no ser de les més barates (1.500€), és la Lulzbot Mini 2. Fàcil de configurar i amb motors i elements de qualitat, pot usar diversos materials d’impressió. També té una base que s’autoanivella i permet d’introduir els models mitjançant targetes SD. A més, té una velocitat d’impressió elevada, la qual cosa ens pot anar bé si després volem comercialitzar impressions. Si disposem d’un pressupost més limitat per iniciar-nos-hi, la 3D Photon de Anycubic és la nostra opció. Al voltant dels 200€, permet de crear models de dimensions reduïdes, però amb bona qualitat. En aquest rang de preus, també tenim la Comgrow Creality Ender 5, per uns 350€. Tanmateix, si en volem la més completa, la Makerbot Replicator+ n’és una de les candidates (a partir dels 2.500€). Si, en canvi, en volem fer un ús també professional, podrem valorar les característiques extres de la Ultimaker 3 (3.500€): doble filament d’impressió, que ens permet d’imprimir amb materials diferents alhora, obtenint peces més complexes, i un rang més ampli de filaments –ABS, niló, copolièster, etc.–, a més de tenir quatre resolucions/velocitat d’impressió, en funció de la qualitat resultant que necessitem, i ser molt silenciosa.
Com veiem, tot i que la popularització de la impressió 3D no ha anat tan de pressa com es pensava inicialment, l’ús té una base sòlida, va evolucionant ràpidament i té un gran potencial disruptiu. Potser iniciant-nos amb una impressora domèstica podem acabar fundant una gran empresa. No seria la primera vegada que algú des d’un garatge canvia el món.
