Ventajas e inconvenientes de la impresión 3D

La impresión 3D es un proceso de fabricación aditiva que está creciendo rápidamente en los segmentos industrial, comercial y de aficionados de la economía. La popularidad del sector se debe a los beneficios revolucionarios de la tecnología innovadora. El sector mundial de la impresión 3D está creciendo rápidamente y se prevé que pase de 18.300 millones de dólares en 2022 a más de 83.000 millones en 2029.

La impresión 3D ha irrumpido en todas las industrias importantes. Las aplicaciones son más notables en los sectores aeroespacial, de la automoción, médico y dental. Las industrias de la educación, la construcción, la robótica, la moda y la alimentación también integran la impresión 3D en sus negocios.

El inicio de la Industria 4.0 está contribuyendo a impulsar el rápido crecimiento de la industria de la impresión 3D, pieza central de la fabricación aditiva. La Industria 4.0 integra nuevas tecnologías, como la computación en la nube, el Internet de las cosas (IoT), la fabricación aditiva, la inteligencia artificial (IA) y el análisis de datos, en sus operaciones de producción y de negocio. Estas tecnologías integradas transformarán la forma en que las empresas fabrican productos y servicios.

Las ventajas de la industria de la impresión 3D, en rápido crecimiento, son numerosas. Entre las ventajas se incluyen las siguientes:

• Creación de geometrías complejas: a diferencia del mecanizado tradicional, la impresión 3D puede crear diseños complejos que la fabricación convencional no puede crear con ensamblajes de varios componentes. Un ejemplo son los huecos internos dentro de la pieza para aligerar el producto. La creación de piezas más ligeras es una razón importante por la que la impresión 3D es popular en los sectores aeroespacial, de defensa y de la automoción. Y con materiales caros como los metales, los huecos internos también suponen un ahorro de costes.
• Aplicaciones médicas personalizadas: la impresión 3D permite a los profesionales médicos producir artículos personalizados para procedimientos médicos, incluidos implantes personalizados para prótesis dentales, caderas, columna vertebral y rodillas. Recientemente se ha realizado un implante craneal con piezas impresas en 3D. Otras aplicaciones incluyen prótesis personalizadas resistentes y duraderas, audífonos a medida e instrumentos quirúrgicos para procedimientos específicos. Durante la pandemia hubo una gran demanda de hisopos, que se imprimieron para paliar la escasez. La investigación médica en impresión 3D está desarrollando tejidos con vasos sanguíneos, fármacos, válvulas cardiacas y órganos. Los materiales biocompatibles son esenciales para estos avances médicos en curso.
• Ingeniería de diseño y fabricación: la impresión 3D simplifica el proceso de creación de piezas. El proceso es más sencillo porque los ingenieros no tienen que enfrentarse a las numerosas limitaciones asociadas a las tecnologías de fabricación sustractivas. Esta ventaja también ahorra tiempo de ingeniería; las piezas complejas, que antes requerían múltiples componentes, pueden imprimirse fácilmente en una sola pieza ligera. En la planta de fabricación se eliminan las múltiples configuraciones y el tiempo de proceso adicional para numerosos componentes. 
• Fabricación eficiente: la impresión 3D es un método eficiente de fabricación de productos. Es un proceso de un solo paso y evita numerosas operaciones de fabricación aditiva, configuraciones y consumo de energía. Las piezas CNC cuestan hasta 10 veces más que las impresas en 3D. Se desperdicia poco material y el proceso puede automatizarse para fabricar varias piezas de forma continua. Se evitan los costes de inventario, almacén y transporte. Las operaciones locales de impresión 3D ofrecen servicios contratados que pueden ahorrar dinero a las empresas al evitar la adquisición interna de capital y el desarrollo de procesos y operarios.
• Materiales ligeros - La mayoría de los materiales utilizados en la impresión 3D son compuestos plásticos ligeros y materiales de ingeniería. Los materiales pueden personalizarse para ofrecer características de rendimiento específicas, además de un menor peso, como una mayor resistencia química, resistencia al calor, elasticidad o fuerza.
• Poco desperdicio de material - A diferencia de la fabricación sustractiva, que elimina material para la creación de piezas, la impresión 3D es una solución de fabricación aditiva que sólo añade el material necesario para la pieza y lo mantiene durante la construcción. El proceso también es respetuoso con el medio ambiente, con piezas más ligeras y ahorro de energía, pero muchos filamentos son reciclables y los materiales en polvo son reutilizables en un 95%-99%.
• Creación rápida de piezas: las piezas 3D pueden imprimirse en horas. Esta rapidez es una ventaja considerable frente a los costes adicionales del inventario o del transporte nocturno de piezas por todo el país, suponiendo que haya existencias.
• Precio razonable de los equipos - Las impresoras 3D tienen un precio razonable en comparación con los equipos de fabricación tradicionales. Las impresoras básicas para aficionados rondan los 200 dólares y las máquinas industriales son menos caras que los centros de mecanizado CNC. A primera vista, los costes de material de la impresión 3D pueden ser más elevados. Aun así, utilizan menos material, por lo que los costes totales de material son menores con plásticos de menor precio. Incluso los polvos metálicos más caros son más baratos que los costes de material de la fabricación sustractiva.
• Sostenibilidad - El proceso de impresión 3D es respetuoso con el medio ambiente, ya que utiliza menos material y puede reutilizar los polvos y reciclar la mayoría de los soportes de plástico. La pieza más ligera también mejora la eficiencia del combustible en aviones, automóviles y vehículos espaciales.

Al tratarse de una industria relativamente nueva que está proliferando, la impresión 3D presenta algunas desventajas, entre las que se incluyen las siguientes:

• Precisión - Los artículos producidos por impresoras 3D se esfuerzan por obtener la precisión dimensional de las máquinas CNC y otra maquinaria de fabricación sustractiva. La diferencia es notable, ya que las piezas 3D producen piezas de ~0,2 mm en comparación con las máquinas CNC de hasta 0,005 mm. Esto puede cambiar con las continuas mejoras en la industria de la fabricación aditiva.
• Coste - Aunque los equipos de impresión 3D son más baratos que sus homólogos de fabricación sustractiva, invertir en una nueva tecnología cuesta dinero. El equipo de capital, la formación y el desarrollo de procesos pueden resultar intimidantes.
• Falsificaciones e infracciones de derechos de autor - A medida que la tecnología de impresión 3D gana popularidad, aumenta la oportunidad de crear productos falsificados. Y, a medida que aumentan las falsificaciones, también lo hacen las infracciones de los derechos de autor. Numerosos diseños pueden descargarse sin compensación para el propietario original. 
• Eliminación de mano de obra - Tanto a favor como en contra, las operaciones de impresión 3D requieren menos mano de obra, ya que un solo operario puede manejar varias máquinas. Al igual que ocurre con la Industria 4.), no se trata de un problema exclusivo del sector de la impresión 3D a medida que avanza la tecnología.
• Disponibilidad de materiales - La selección general de materiales de impresión 3D es relativamente reducida en comparación con los materiales disponibles para otros procesos de fabricación. Muchas aleaciones metálicas requieren una conversión a materiales compatibles con la impresión 3D. Los materiales aptos para alimentos también son bastante limitados. Los materiales termoestables no pueden reciclarse, lo que genera residuos. Esta es la queja número 1 en el sector de la automoción y la sanidad.
• Calidad de la pieza - Algunas tecnologías de impresión 3D, como FDM, polyjet y multijet, pueden producir una pieza con delaminación, fragilidad, tensiones internas y deformación, o problemas dimensionales.
• Post-procesamiento - La mayoría de las piezas impresas en 3D requieren algún tipo de tarea de post-procesamiento. Normalmente se necesitan operaciones añadidas, ya sea tratamiento térmico, pulido, eliminación de soportes o mecanizado. Los problemas de posprocesamiento son la principal queja de las industrias de electrónica de consumo y equipos pesados.
• Volumen de producción - En el pasado, la impresión 3D se utilizaba principalmente para prototipos porque el proceso aditivo es más lento que la producción en serie tradicional. Aunque la tecnología puede producir volúmenes de producción bajos y medios, el tiempo de ciclo no es tan rápido como el de los procesos aditivos tradicionales. 
• Tamaño - Las impresoras 3D industriales necesitan cámaras de impresión más grandes. Aunque algunas impresoras 3D especializadas fabrican productos de gran tamaño, gran parte de la tecnología se limita a construcciones más pequeñas.

La impresión 3D es una nueva industria que está experimentando los dolores de un rápido crecimiento. Con el tiempo, los materiales y la tecnología se pondrán al día con la industria. El crecimiento previsto de la impresión 3D es un claro indicador de que las quejas se reducirán mientras que la aprobación seguirá aumentando.