La tecnología de impresión 3D nació en el Instituto de la Tecnología de Massachusetts (MIT), pero algunos de los proyectos más sorprendentes en impresión 3D provienen de otras parte del mundo, especialmente de la Universidad de Stellenbosch, en Sudáfrica. La institución cuenta con 25.000 estudiantes y es líder consolidado en investigación, con 2 de los 6 departamentos de ciencia de Sudáfrica y Centros Tecnológicos de Excelencia en el campus. Más de 200 miembros de su plantilla son investigadores calificados por la Fundación Nacional de Investigación, el segundo mayor número en el país.
Actualmente se están en desarrollando proyectos de biotecnología, energía solar, polímeros, medicina y satélites, entre otros.
Ya que el potencial de la impresión 3D aún está por comprender totalmente, la Universidad está desarrollando un "perfil de posibilidades" de la tecnología. El profesor de Ingeniería Industrial Dimitri Dimitrov, jefe del laboratorio de la Universidad para el Desarrollo Rápido de Producto (LRPD), está dirigiendo los esfuerzos de la Universidad para evaluar el valor de la impresión 3D en sectores como la fabricación, el prototipado, la arquitectura y la medicina.
La investigación proporciona a la industria sudafricana datos objetivos sobre cómo tomar decisiones de fabricación. Simultáneamente, el trabajo está descubriendo a los estudiantes múltiples disciplinas, desde la ingeniería hasta tecnologías avanzadas.
"Aquellas compañías que deseen integrar procesos de impresión 3D, prototipado y fabricación en el desarrollo de sus productos, tienen aún una importante carencia de información en cuanto a su potencial", comenta Dimitrov. "Nuestro objetivo es proporcionar respuestas, de manera que los usuarios puedan controlar mejor sus procesos y resultados. Deseamos que los usuarios, incluidos nuestros estudiantes, sepan exactamente lo que deben esperar cuando usan una impresora 3D.
Para llevar a cabo la investigación, el Departamento de Ingeniería Industrial de la Universidad patentó la tecnología de inyección de tinta por la gran ventaja que supone.
El Departamento eligió esta tecnología en vez de otras más caras como la estereolitografía, el modelaje por deposición fundida, y sinterización selectiva láser.
La Universidad compró su primera impresora 3D en el año 2000, y en el año 2004 adquirió la DESIGNmate Mx. Actualmente ha completado más de 800 proyectos diferentes en distintos departamentos y disciplinas. La investigación está revelando nuevas e interesantes aplicaciones para la impresión 3D, incluida la creación de modelos y patrones para modelaje y para la rápida fabricación de prototipos plenamente funcionales.
"Algunas compañías se resisten a incorporar el prototipado rápido porque ven la tecnología demasiado extravagante o consideran que los materiales o la calidad son insuficientes", comenta Dimitrov. "La impresión 3D ha avanzado, sin embargo, hasta el punto en que puede proporcionar importantes beneficios estratégicos. Estos beneficios se pueden observar no sólo en términos de modelaje sino también en la producción de herramientas para prototipos que las empresas pueden utilizar en evaluaciones de diseño, tests funcionales, pruebas de conceptos y tests de diseño en la fase pre-producción". Por ejemplo, los diseñadores pueden construir un molde directamente desde un archivo CAD o fabricar moldes, cavidades y patrones.
Uno de los aspectos más importantes que la Universidad de Stellenbosch está logrando con la impresión 3D es la máxima precisión. Dimitrov y su compañero de investigación Neal de Beer han publicado una detallada matriz de diferentes combinaciones de materiales y sus efectos en la precisión, rugosidad de la superficie, volumen de producción y tiempo necesario para cada combinación. La industria puede utilizar estos descubrimientos para mejorar los procesos de fabricación.
Los estudiantes también se están involucrando en el sector, especialmente en los casos en que la asociación Universidad/industria implica alta tecnología, ya que proporcionan una educación sin precedentes.
Como parte de su misión, Stellenbosch ha llevado a cabo trabajos de impresión 3D para una empresa de arquitectura cercana. Los estudiantes han creado un modelo físico de la Torre Durban Millennium, un monumento que identifica la ciudad portuaria de Durban, Sudáfrica, de la misma manera que la Torre Eiffel representa París.
Con setenta y cinco metros de altura, el edificio es una barómetro para la ciudad, comunicando las fluctuaciones del sol, viento y las mareas. La cubierta gira de forma que su curvada parte delantera se enfrenta con el viento. La aguja central se mueve hacia arriba y hacia abajo para indicar las mareas. Una pantalla solar dirigida por ordenador sigue el movimiento del sol, protegiendo a los operarios del puerto del resplandor. Por la noche, los colores brillantes en el interior de la cubierta cambian de acuerdo con un algoritmo aleatorio, impulsada por las mareas, la dirección del viento y la humedad.
El arquitecto solicitó un modelo de la torre para presentaciones con sus clientes y otros objetivos de marketing. El modelo representaba un gran desafío porque el tamaño final excedía los límites de la impresora. Además, las partes debían ser resistentes y era necesario un perfecto ensamblaje de los segmentos impresos.
La DESIGNmate Mx produjo un impresionante resultado que provocó que otras compañías soliciten modelos arquitectónicos para el concepto y las fases de diseño de sus proyectos.
Entretanto, la Escuela Médica y la Universidad también están utilizando la impresión 3D. Está transformando datos de escáner CT y MRI en modelos 3D con propósitos clínicos y académicos, permitiendo a los estudiantes estudiar anatomía sin necesidad de cirugía o disección. Esto les permite practicar y planear procedimientos y tratamientos, y resulta especialmente útil para detectar anormalidades tales como tumores o defectos de nacimiento. Los estudiantes están trabajando estrechamente con un especialista craneofacial para crear modelos de estructuras faciales y craneales.
Los estudiantes también han utilizado la impresora 3D para producir modelos de productos tales como teléfonos celulares, controles remotos, cámaras acuáticas, modelos de complejos perfumes, o innovadores conectores eléctricos.
Según Dimitrov, el alcance de los posibles usos de la impresión 3D a través de la Universidad está proporcionando una idea de las múltiples posibilidades que tiene para la educación. "Estamos muy contentos con nuestra decisión estratégica de adoptar esta tecnología. Es económicamente efectiva, versátil, rápida y fácil de usar. Dada su precisión, resistencia, acabado superficial, velocidad de construcción y coste, encontramos una excelente relación calidad - precio para la DESIGNmate Mx. Está mereciendo mucho la pena en cuanto a enseñanza, aprendizaje y negocio".