impresión 3-D

La madre naturaleza inspira a la impresión 3-D

The wall street journal- viernes, 2 de diciembre de 2016

mitiendo a los ingenieros desarrollar como nunca antes la biónica, conocida también como biomimética. La fabricación por adición con aleaciones metálicas —o impresión 3-D en metal— permite en particular la construcción de una gama de productos de la misma forma en que crecen los árboles y los huesos: célula por célula, con desperdicios mínimos.

La combinación de la computación y la impresión 3-D “da un efecto exponencial”, señala Benjamin.

Grandes fabricantes, entre ellos Airbus, Boeing Co., General Electric Co., Daimler AG y Siemens AG, ya están imprimiendo partes metálicas, muchas con formas inspiradas por la naturaleza. La cantidad de sistemas de impresión 3-D vendidos a empresas se disparó de 125 unidades en 2009 a 808 el año pasado, según Wohlers Report 2016, un anuario de la industria. Las ventas de metales usados en los sistemas aumentaron de US$12 millones a US$88 millones en el mismo lapso.

En octubre, GE pagó más de US$1.000 millones por participaciones de 75% en la alemana Concept Laser GmbH y la sueca Arcam AB, líderes en la impresión 3-D en metal. El conglomerado estadounidense está imprimiendo miles de boquillas de combustible para motores de aviones de Airbus y Boeing. El sector de la aviación ha adoptado la impresión 3-D desde temprano porque los ahorros de peso pueden ser considerables en comparación con la manufactura tradicional.

“Hay una razón por la cual las conchas marinas son tan fuertes, para un material tan frágil; todo depende de la estructura”, explica Christine Furstoss, vicepresidenta y directora técnica de fabricación y tecnologías de materiales de GE.

Los diseñadores desde hace mucho han obtenido inspiración en la naturaleza —los hermanos Wright dieron con la solución para maniobrar un avión al observar pájaros y el velcro tomó como modelo el erizo—, pero a menudo no era posible traducir las complejidades de la biología.

“Parecía mucha ciencia ficción y un poco tonto” para las compañías hace una generación, señala Antonia Kesel, quien lidera los estudios en biónica de la Universidad de Bremen y hace poco llevó a cabo una conferencia llamada “Patentes de la Naturaleza”.

Si bien el concepto se difunde, la cantidad de ingenieros que pueden aprovechar los principios de diseño naturales sigue siendo limitada, y la impresión 3-D aún es más lenta y costosa que la manufactura tradicional para la producción a gran escala. Los conocimientos acerca de cómo las aleaciones impresas se desgastan en aplicaciones de alta tensión como las aeroespaciales también están en su infancia, lo que ha generado cautela entre los reguladores sobre su adopción.

“Estas nuevas tecnologías, en particular la fabricación por adición o impresión 3-D, no debe reducir el actual nivel de seguridad aceptable”, señaló una vocera de la Agencia Europea de Seguridad Aérea.

El proceso de fabricación por adición usa láseres o un haz de electrones para soldar diminutas partículas de aleación que empiezan a desprender polvo. Forja sólo lo que necesita y en prácticamente cualquier forma. En la manufactura tradicional, en cambio, los diseños están limitados por lo que puede ser moldeado o fabricado a máquina, lo que suele requerir soportes estructurales y material excedente.

Para llegar a un diseño, los ingenieros comienzan con un análisis por computadora de lo que debe lograr un objeto en términos de forma y resistencia, para luego utilizar software capaz de concebir miles de posibles estructuras, afinando los diseños, en un proceso llamado optimización topográfica. Con más frecuencia, estos diseños se asemejan a los que se encuentran en la naturaleza.

“El crecimiento —en la naturaleza— es un proceso por adición”, explica Julia Schmidt-Petersen, ingeniera de EOS GmbH, una empresa alemana pionera en la impresión 3-D en metal. Schmidt-Petersen, quien estudió biología marina e ingeniería, presentó en la conferencia de Kesel un diseño para una aleta de refrigeración para motores de aviones inspirada en branquias de tiburón.

Las empresas y los institutos alemanes están especialmente entusiasmados con la impresión 3-D en metal porque gran parte de la tecnología básica se originó en Alemania. El Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser en Aquisgrán, parte de la organización sin fines de lucro Sociedad Fraunhofer, posee una patente crucial para la fusión selectiva por láser, la base de la impresión 3-D.

La competencia está aumentando. Renishaw PLC, del Reino Unido, se está expandiendo y el conglomerado industrial alemán Siemens compró en agosto una compañía británica de impresión 3-D en metal, Materials Solutions Ltd., por un precio no revelado. Los fabricantes estadounidenses de manufactura por adición, entre ellos Stratasys Ltd. y 3-D Systems Inc., que hasta ahora han liderado la impresión 3-D con plásticos, están orientándose a la impresión con metales. HP Inc. es uno de los nuevos recién llegados al campo de la impresión 3-D.

Las compañías de diseño por computadora, incluidas Autodesk, Altair Engineering Inc. y Dassault Systemes S.A., también incursionan con fuerza en la parte de la simulación de la impresión 3-D.