FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA 3D Printing AUTORES: Barbaran Trujillo, George Rodríguez Rodríguez, Anyelo Johan Saul Huamán, Tello Velásquez Castillo, Raúl Gustavo Valdez Rebaza, Deybi David ASESOR: Ing. Pelaez Chavez Victor Hugo LINEA DE INVESTIGACIÓN TRUJILLO-PERU 2023 i ii II. INTRODUCCIÓN En el siguiente trabajo de investigación busca conocer las funciones e importancia de la impresión 3D, así mismo conocer el origen de dicho avance importante en el mundo de la tecnología, dicha creación se remontarnos unos 40 años atrás, dónde Charles Hull, en 1983, creó el primer dispositivo capaz de reproducir pequeños objetos usando una luz ultravioleta que endurecía un polímero líquido según una serie de datos digitales. (Cardoso. R, et al. 2020) Estas impresoras nunca llegaron al público general ya que, su precio resultaba bastante elevado y su mantenimiento complicado para el mercado doméstico. Sin embargo, Atalay, H, et al. (2017) manifiesta que con el paso de los años llegaron nuevos modelos al mercado que democratizaron el acceso a esta nueva tecnología. Las nuevas impresoras 3D ya no usaban líquidos por lo que el mantenimiento de las mismas se simplificó en gran medida. El nuevo sistema de impresión usaba unas bobinas con hilos de polímero a modo de “tinta” que se fundía para crear objetos en tres dimensiones. Este modelo que te citábamos anteriormente es el que, si has oído hablar anteriormente de la impresión 3D, posiblemente reconozcas. Uno de los principales retos en el uso de las tecnologías como apoyo a la educación es superar la resistencia al cambio por parte de los profesores de educación convencional, pero no se trata de refutar con las nuevas tecnologías antiguos programas educativos, sino de diseñar y aplicar modelos pedagógicos de innovación que orienten a los alumnos hacia las competencias que necesitaran para adaptarse en un mundo que ya es digital; con esta tecnología, el docente podrá crear nuevas herramientas didácticas de aprendizaje y el estudiante podrá comprender fácilmente muchos temas que quizás son abstractos o difíciles de comprender. 1 Figura 1 estudiantes revisando un modelo de su diseño en 3D En el ámbito educativo, la impresión 3D ya se ha incorporado en varios proyectos de investigación y entornos de laboratorio. De aquí a los próximos, las impresoras 3D se utilizarán cada vez más en el arte, el diseño, la fabricación y las ciencias para crear modelos en 3D que ilustren conceptos complejos o arrojen luz sobre ideas y diseños novedosos, incluso moléculas químicas y orgánicas para ofrecer a los estudiantes problemas y situaciones reales con los que interactúen y tengan que analizar y dar una respuesta a ello; este material fortalece habilidades mecánico-espaciales y asociativas, además de fomentar la educación basada en problemas, que es, a su vez, educación basada en el estudiante, rompiendo la unilateralidad de la información. Las tecnologías de transformación son materia de la historia. La máquina de vapor, la bombilla, la energía atómica, el microchip, por nombrar algunos, cambió inalterablemente nuestro mundo. Tales avances a menudo toman décadas desde el inicio invención a cambiar la forma en que hacemos las cosas y su impacto potencial puede ser casi inimaginable al principio del proceso. Figura 2 La impresión 3D de tejidos y órganos. 2 Ahora otra nueva tecnología está ganando terreno que puede cambiar el mundo. Impresión 3D/Fabricación aditiva (AM) es una tecnología emergente revolucionaria que podría cambiar los últimos dos siglos de enfoques para el diseño y fabricación con profundas implicaciones geopolíticas, económicas, sociales, implicaciones demográficas, ambientales y de seguridad. La fabricación tradicional ha impulsado la revolución industrial que ha permitido nuestro mundo de hoy, sin embargo, contiene inherentes limitaciones que apuntan a la necesidad de nuevos enfoques. Manufactura viene de la palabra francesa para “hecho por mano." Este origen etimológico ya no es apropiado para describir el estado de la fabricación moderna de hoy tecnologías, sin embargo. Fundición, conformado, moldeado y El mecanizado son procesos complejos que involucran herramientas, maquinaria, computadoras y robots. Por el contrario, AM es un grupo de tecnologías emergentes que crear objetos de abajo hacia arriba agregando material capa transversal a la vez. El proceso AM comienza con un modelo 3D del objeto, generalmente creado por software de diseño asistido por computadora (CAD) o un escaneo de un artefacto existente. Inicialmente, AM se denominó "prototipo rápido" y fue utilizado principalmente para fabricar rápidamente modelos conceptuales de nuevos productos para evaluación de forma y ajuste. Los diseños, no los productos, se moverían por el mundo como archivos digitales para ser impresos en cualquier lugar por cualquier impresora que puede cumplir con los parámetros de diseño. El Internet primero eliminó la distancia como un factor en moviendo información y ahora AM la elimina para el mundo material. La fabricación aditiva o impresión tridimensional (3D) ha creado una revolución en varias áreas, incluidas la médica, la electrónica, la ingeniería mecánica, la ingeniería civil, la industria alimentaria, la exploración espacial y la industria química. En el área de la química, la tecnología de impresión 3D ha se ha aplicado ampliamente al prototipo rápido de material de reacción, dispositivos microfluídicos, supercondensadores, baterías, sensores electroquímicos, dispositivos analíticos basados en teléfonos inteligentes, y procesos de división de agua. Hay diferentes técnicas de impresión 3D disponibles y probablemente la más popular es el modelado por deposición fundida (FDM). 3 Figura 3 manufactura aditiva Manufactura aditiva es la construcción tridimensional de una imagen previamente diseñada. El diseño de objetos, herramientas y otros recursos es procesado en una impresora con la capacidad de generar ese diseño en un objeto 3D. Gracias a esta tecnología, lo que antes tomaba largos meses de trabajo, hoy es posible generarlo en tiempo récord, y a un costo mucho más bajo. Existen diversos tipos de impresoras 3D, todas con capacidades distintas. Algunas son incluso utilizadas en entorno de consumo de baja demanda. Y claro está, existen las unidades de soporte industrial, capaces de generar grandes cantidades de productos finales. Recientemente, las impresoras 3D FDM se han convertido en una herramienta muy importante para la fabricación rápida de máscaras de protección facial para el personal médico que trabaja contra el COVID-19 como una estrategia bajo demanda de herramienta de emergencia para piezas fabricadas en plástico. Otra versión portátil más simple y no automatizada de una impresora 3D FDM es un bolígrafo 3D, comúnmente utilizado como juguete para niños. Cuando se aplican a prototipos de dispositivos electroquímicos como baterías, supercondensadores y sensores electroquímicos, los filamentos termoplásticos conductores son imprescindibles. Los agentes conductores más comunes en estos compuestos son el grafeno o el negro de carbón. También se han propuesto filamentos conductores hechos en laboratorio para la impresión 3D para varias aplicaciones, incluidos sensores electroquímicos, supercondensadores y baterías en las que la conductividad de los filamentos para 3D la impresión se mejoró drásticamente mediante el uso de un alto contenido de carbono (grafito o negro de carbón) o nanotubos de carbono. 4 Recientemente, se propuso una pluma de impresión 3D para fabricar materiales bioactivos para aplicaciones médicas y para fabricar dispositivos analíticos basados en papel. La industria de la impresión 3D también se vio afectada por la crisis sanitaria de la Covid-19, sin embargo, logró hacerse fuerte durante el confinamiento y el cierre del comercio internacional. Muchos productores locales que poseían una impresora 3D unieron fuerzas para satisfacer la demanda de componentes sanitarios, como por ejemplo respiradores hechos íntegramente con componentes impresos en 3D. Esta nueva tecnología ha demostrado ser de gran utilidad en la producción de todo tipo de componentes, ya no solo los sanitarios sino también el prototipado para diseño industrial, o incluso, con los últimos avances, en la industria alimenticia. Figura 4 tecnología 3D frente el COVID 19 III. OBJETIVOS Conocer que las impresoras 3D se dividen usualmente en 2 categorías: Impresoras hogareñas e impresoras profesionales. Las herramientas impresas en 3D, técnicamente un tipo de piezas funcionales, está ahora tan extendida que se puede considerar una categoría de aplicación. Los fabricantes pueden crear y probar herramientas nuevas u optimizadas cuando quieran, así como plantillas y accesorios personalizados para que el proceso de fabricación sea más fácil y repetible y obtener resultados correctos al primer intento. 5 La invención de la impresión 3D apunta a dos objetivos principales: Reducir el tiempo necesario para obtener la primera versión de un producto y eliminar varias restricciones de los métodos de producción tradicionales. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la tecnología de impresión suele ser significativamente diferente entre ambas clases de impresoras. La mayoría de las impresoras accesibles para el público general son del tipo FDM (del inglés “Fused deposition modeling” o “Modelado por deposición de material fundido”, el cual típicamente es un filamento) mientras que las impresoras profesionales pueden imprimir en múltiples materiales y con mayor precisión. Más allá de las increíbles historias que vemos en las noticias a menudo, la impresión 3D ya ha generado un cambio en los procesos de fabricación de varias industrias, medicina dental, aeroespacial, aeronáutica civil y militar, joyería. Cuanto más trabajamos en tecnologías de impresión 3D, ¡más nos damos cuenta como casi todas las industrias se beneficiarán de la impresión 3D! Una impresora 3D es un aparato capaz de imprimir en tres dimensiones, estamos acostumbrados a imprimir en papel plano con las impresoras habituales, pero con esta impresora 3D nuestros objetos tendrán volumen lo que puede dar mucho juego. Las impresoras 3D aparecieron mucho antes de que se popularizaran para su uso doméstico, así podíamos ver impresoras 3D a mitad de los años 80 como algo excepcional, hoy en día están comercializadas y ocupan relativamente poco espacio que se han domesticado y podemos comprar una para imprimir nuestros propios objetos en casa. La impresora 3D puede funcionar con diferentes materiales, aunque lo más común es encontrar las que inyectan polímeros como PLA o ABS, en este caso se funde este material construyendo finas capas que se van depositando unas encimas de otras hasta construir el objeto deseado. Este método necesita de una buena calibración para que el objeto obtenga una mejor calidad. También existen las impresoras a base de resinas fotosensibles que ofrecen una mejor calidad, pero a cambio los objetos que se pueden crear son de un menor tamaño, en este caso la resina es fotosensible y a través de luz ultravioleta va solidificando las capas que se van depositando unas encima de otras hasta construir el modelo 6 final. Existen otros tipos menos comunes, como las de tinta aglomerantes o de láser para compactar el polvo ya solidificado. Figura 5 diferencias entre el PLA VS ABS IV. MARCO TEORICO Definición de la impresión 3D La impresión 3D es un proceso de fabricación que crea un objeto físico a partir del archivo de un modelo digital. La tecnología funciona agregando capa sobre capa de material para formar un objeto completo. ¿No sería fabuloso que el médico que nos va a operar tenga la oportunidad de practicar varias veces la intervención antes de hacerla en un modelo exactamente igual a nuestro cuerpo? Esto, que parece ficción, es perfectamente posible hoy en día utilizando réplicas exactas de partes del cuerpo humano hechas con impresoras 3D. A este proceso se le denomina planeamiento precirugía utilizando 3D printing. Venegas, R. (2017) La impresión 3D es el proceso de manufacturar objetos sólidos (tridimensionales) a partir de un archivo digital. Este es uno de los principales inventos disruptivos de los últimos tiempos y ya está generando una gran transformación en muchos campos, especialmente en la medicina. Es una nueva tecnología más extendidas en todo tipo de industrias y sectores, dónde se da un conjunto de procedimientos que se utilizan para la generación de objetos tridimensionales. 7 Figura 9 réplica del cuerpo humano Es una tecnología que no debe dejar pasar la creatividad; se utiliza para todo tipo de fines. Desde la creación de objetos por hobby o para uso doméstico hasta para la fabricación de componentes para integrarlos. También se utiliza mucho en prototipado, para la obtención de objetos físicos, para una presentación de un proyecto antes de su fabricación en serie cuando se apruebe (Ruiz. A, Junio 2022) Tecnologías de impresión 3D Los plásticos son un tipo de material versátil, por lo que hay muchas formas de usarlos en la fabricación. La impresión 3D no es una excepción, así que vamos a explorar los diferentes métodos. Para Cardoso. R, et al. (2020) Las tecnologías más utilizadas son la impresión 3D FFF, SLA (estereolitografía) y SLS (sinterizado selectivo por láser). Impresión 3D FFF Atalay, H, et al. (2017) Es el proceso FFF implica la extrusión de un cordón grueso de material, comúnmente denominado filamento, a través de una boquilla calentada. La boquilla está montada en un sistema de movimiento que la desplaza alrededor de un área de impresión, donde el filamento fundido se deposita en una placa de impresión. A medida que el material se enfría y se solidifica, la placa de impresión se desplaza hacia abajo una fracción de milímetro, capa por capa, hasta que el objeto está completo. 8 Figura 6 proceso de impresión 3D FFF Tipos de Impresión 3D Según Retrieved. ( 2023) Afirma que existen los siguientes tipos de impresión 3D: a. Impresión 3D SLA: Se utiliza resina curable mediante rayos UV como materia prima. La resina se vierte en un recipiente con fondo de cristal, en el que se sumerge una plataforma de impresión. Un láser proyecta luz ultravioleta sobre la resina para endurecer selectivamente una sección transversal de la forma deseada. La plataforma se eleva gradualmente fuera del contenedor para generar la copia impresa. Figura 7 modelo en resina en una impresora SLA b. Impresión 3D SLS: La impresión 3D SLS utiliza una materia prima en polvo, habitualmente un polímero. Este polvo se almacena en un recipiente, donde una pala distribuye una fina capa de material sobre el área de impresión. Un láser funde las pequeñas partículas de material para formar una única capa horizontal de la pieza; a continuación, el contenedor se mueve una fracción de milímetro para iniciar una nueva 9 capa y la pala se desliza por el área de construcción para depositar una nueva capa de material en bruto. Este proceso se repite para crear el objeto terminado. Figura 8 retirar una pieza impresa en 3D SLS terminada 10 V. CONCLUSIONES En la actualmente para hacer posibles muchos proyectos es de gran importancia la tecnología, y es aquí donde la impresión 3 D ofrece más funciones y aplicaciones abriendo las puertas al futuro de la ingeniería. La Impresión 3 D en la industria ofrece importantes beneficios como la reducción del uso de determinados materiales, la reducción de los costes de desarrollo y el aumento de la velocidad de producción. A través de la impresión en 3D, pueden imprimirse herramientas específicas que ayuden a los equipos de producción en sus tareas diarias, aumentando su eficiencia y también se utiliza para la producción de piezas finales. También se utiliza mucho en prototipado, para la obtención de objetos físicos, para una presentación de un proyecto antes de su fabricación en serie cuando se apruebe (Ruiz. A, Junio 2022) Figura 10 método prototipado 11 VI. RECOMENDACIONES La invención de la impresión 3D apunta a dos objetivos principales: Reducir el tiempo necesario para obtener la primera versión de un producto y eliminar varias restricciones de los métodos de producción tradicionales. Por ejemplo, la impresión 3D permite producir geometrías complejas o partes interconectadas sin requerir de ensamblado. También es posible imprimir objetos individuales, así como pequeñas cantidades, rápidamente y a bajo costo. Esta tecnología también ayuda a reducir la perdida de material de producción. La impresión 3D puede producir diferentes objetos sin la necesidad de usar herramientas especificas o múltiples herramientas. Así es como la impresión 3D aumenta la flexibilidad en el flujo de producción y ayuda a reducir los gastos industriales. Además, debido a que no hay necesidad de montar una línea de producción, también ayuda a reducir los tiempos significativamente, permitiéndole innovar y fabricar más rápido. Mientras que los métodos tradicionales de fabricación están orientados a la producción de miles o millones de unidades, la impresión 3D es el método más idóneo para objetos “a pedido” o personalizados. Para saber más acerca de las muchas otras razones las que la impresión 3D está ganando terreno sobre los métodos de fabricación tradicional. la impresión 3D posibilita a cualquier persona a fabricar objectos cuando quiera o necesite. Es un proceso de fabricación fantástico para los creativos que desean materializar su imaginación, brindando la posibilidad de producir y vender sus creaciones salteando varias de las típicas etapas de producción y distribución. La impresión 3D también es útil para reproducir objectos que no se consiguen más, por ejemplo, para reparar una vieja maquina en que sus repuestos fueron discontinuados. La impresora 3D sirve para imprimir objetos que tienen volumen y de un material acorde al uso que vayamos a dar. Con una impresora 3D podemos fabricar objetos que nos pueden servir para un uso cotidiano o incluso para reemplazar o mejorar otros. 12 Figura 11 ventajas impresión 3D *reducir el tiempo necesario para obtener la primera versión de un producto. *eliminar varias restricciones de los métodos de producción tradicionales. 13 VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ¿Qué Es Una Impresora 3D y Para Qué Sirve? - Defi¿Qué Es Una Impresora 3D y Para Qué Sirve? - Definición. (n.d.). Retrieved May 2, 2023, from Https://Www.Geeknetic.Es/Impresora-3D/Que-Es-y-Para-Que-Sirvenición, n.d.) Atalay, HA, Canat, HL, Ülker, V., Alkan, İ., Özkuvanci, Ü. y Altunrende, F. (2017). Impacto de los modelos del sistema pélvicocalicial impresos tridimensionales (3D) personalizados en la información del paciente en la cirugía de nefrolitotricia percutánea: un estudio piloto. International braz jurol , 43 , 470475. https://www.scielo.br/j/ibju/a/XbzMRbNPRLvqMcjqjFH5RPR/abstract/?lang=en Cardoso, R. M., Castro, S. V., Stefano, J. S., & Muñoz, R. A. (2020). Drawing electrochemical sensors using a 3D printing pen. Journal of the Brazilian Chemical Society, 31, 1764-1770. https://www.scielo.br/j/jbchs/a/Rc9WjZTQDsJn4nZyrRRDRKd/abstract/?lang=e n Venegas, R. (30 de abril del 2017) "3D printing en la medicina". El Comercio https://elcomercio.pe/economia/opinion/3d-printing-medicinarafaelvenegas421858-noticia/ 14