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El prototipado rápido es empleado en diversas industrias que lo describen como un proceso de rápida creación de un sistema o la representación de un objeto ates de su comercialización o lanzamiento. En otras palabras es crear algo de forma rápida de un modelo. Actualmente esta terminología adopto el nombre Manufactura Aditiva pero común mente es llamada impresión 3D, ya que su principal objetivo es formar objetos únicos o personalizados con la aplicación de capas de material 

Al referirnos a los principios básicos de esta tecnología son al modelo generado inicialmente empleanto Diseño Asistido por computadora en tres dimensiones (Three- dimensional Computer Aided Desing 3D CAD). La manufactura Aditiva tiene como propósito simplificar  el proceso de producción de objetos complejos en  3D empleando estas herramientas computacionales. Otra parte necesaria  del proceso consiste en contar con el cuidado y el análisis detallado de las partes geométricas para determinar de forma jerárquica  los procesos y herramientas para su fabricación 

La clave de como  trabaja la Manufactura Aditiva es que los objetos se van creando mediante la adición de capas de material; cada capa es una sección transversal delgada, derivada de los datos CAD del modelo original. Cada capa debe contar con un grosor finito y así el objeto resultante sera una aproximación de los datos originales. Cuanto más delgada sea la capa sera más similar al diseño original. Otros factores que influyen en este acercamiento derivan de las propiedades mecánicas  de los materiales que se utilicen, así como la velocidad con la que trabaje la maquina, el procesamiento de esta misma así como su tamaño.

¿Para que utilizar la Manufactura Aditiva?

El numero de aplicaciones aumenta a medida a medida de que los procesos de fabricación se desarrollan y mejoran. Inicialmente  se empleaban para realizar modelos de visualización de productos en desarrollo. Debido a que el empleo de estos modelos permite tener una mejor interpretación de lo que el diseñador quiere realizar. Aunque los dibujos son más fáciles y rápidos de crear, casi siempre se requiere de la representación de un modelo para la validación del diseño.

A medida de que surgieron avancen en la tecnología materiales, precisión y la calidad en el desarrollo de la fabricación de objetos surge la tecnología en Manufactura Aditiva.  Estos modelos sirvieron para proporcionar la información conocida como las 3F “forma”, “ajuste” y “función”. La apreciación de la forma y propósito general del diseño (Forma). Precisión con las tolerancias requeridas para su montaje (Ajuste) y evaluación de acuerdo al funcionamiento y manejo adecuado de las piezas (Función).

Historia y estado del Arte de la impresion 3D

La tecnología conocida como Fabricación Aditiva o Additive Manufacturing (AM), es una colección de procesos en donde objetos físicos son creados directa y rápidamente por modelos generados en computadora. El concepto básico de prototipado rápido (RP) es donde una estructura 3D es formada por láminas de líneas delgadas de acuerdo a la capa de un archivo en dos dimensiones (2D), obteniendo la forma del modelo en 3D creado en  un sistema CAD/CAM. 

El método de construcción por impresión de tres dimensiones fue demostrado en 1980 patentado como “Manufactura con partículas balísticas”, el cual involucra la deposición simple por partículas de material. Charles Hull invento la estereolitografia, que es un tipo de impresión donde un haz de láser solidifica un  material polimérico formando una estructura en 3D. La estereolitografía es uno de los procesos AM más populares

El primer éxito tecnológico comercial fue el ModelMaker por Sanders Prototype, Inc (ahora Solidscape), introducido en 1994, a base de cera fundida en estado líquido. En 1996 3D Systems Inc  se une a la competencia con la introducción de Actua 2100, otra máquina de impresión a base de cera. Los métodos de impresión por aglutinante fueron desarrollados cerca de los años 90´s, primeramente el MIT. Creando el proceso de impresión 3D (3DP) en el que se imprime sobre una cama de polvos el aglutinante, formando secciones transversales. 

Estas dos técnicas son consideradas el nacimiento de la impresión 3D

Aplicaciones de la impresion 3D

La impresion 3D fue adoptada como una técnica biotecnológica con un amplio uso en la ingeniería de tejidos y medicina regenerativa, contribuyendo favorablemente a una o más aplicaciones médicas en diferentes categorías:

Ayuda diagnostica y quirúrgica

 El uso de AM con el propósito de diagnóstico y como modelos quirúrgicos  fue probablemente la primera aplicación médica.  Los cirujanos trabajan en equipo con el apoyo de médicos y enfermeras durante una cirugía y los técnicos médicos previos a operaciones. Utilizan estructuras o modelos en 3D con el fin  de comprender los procedimientos quirúrgicos complejos así como para comunicarse con el demás personal de trabajo

Desarrollo de prótesis

A medida que la tecnología AM ha mejorado, los modelos lucen con  apariencia más anatómica y se han vuelto más precisos, siendo así posible la fabricación de dispositivos prostéticos con ajustes personalizados brindando mayor comodidad y rendimiento. 

Ingeniería de tejidos e impresión de órganos

 La fabricación de implantes del cuerpo para su remplazo empleando procesos de fabricación aditiva, en donde  se depositan células vivas, proteínas y otros materiales de ayuda para la regeneración de la estructura del tejido. Algunas técnicas de prototipado rápido han sido explotadas y adaptadas para la generación de andamios, tales como el modelado por deposición fundida, como la impresión en tres dimensiones (3DP), sinterizado selectivo por láser (SLS) y la estereolitografía (SLA).

Impresión 3D en obras y construcción

Una de las mas recientes aplicaciones en la tecnología por manufactura aditiva es en el area de la contrucción reduciendo la necesidad de recursos humanos. El interes  por investigar el uso de la impresión 3D en la construcción de edificios a aumentado exponencial mente en los últimos años. 

Por mas de 25 años de investigación, el desarrollo y el uso de la impresión 3D en diferentes industrias como la aeroespacial, automotriz y medicina, continua creciendo desarrollando nuevas tecnologías, métodos y aplicaciones. Uno de los métodos que ha comenzado a explorarse recientemente tanto academicamente como el practica de construcción es la impresión 3D por concreto. Los procesos de construcción convencional parece ser relativamente sencillo y sistemáticamente requiere dibujos de dos dimensiones y a escala(Para la evaluación del diseño) que suelen ser engorrosos, encofrado y se requiere mucha mano de obra calificada para construir cualquier tipo de estructuras de forma libre.