La Impresora

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Impresora

A continuación se examinará el significado.

¿Cómo se define? Concepto de Impresora

Véase la definición de Impresora en el diccionario.

Impresoras 3D

Historia de la impresión 3D

La impresión 3D apareció por primera vez en la década de 1980, pero permaneció bastante discreta hasta 2005, cuando las primeras impresoras 3D asequibles -como la RepRap (replicable rapid prototyper, impresora 3D capaz, entre otras cosas, de replicar las piezas que la componen)- salieron al mercado, generando entusiasmo entre el público en general y los medios de comunicación. Fue en 1986 cuando el estadounidense Charles W. Hull inventó el proceso de impresión estereolitográfica, un procedimiento de prototipado rápido que permite fabricar objetos sólidos a partir de un modelo geométrico digital. También definió el formato de archivo informático STL (lenguaje de teselación estándar) para describir objetos en tres dimensiones espaciales. Este formato se sigue utilizando hoy en día.

La técnica de impresión por depósito de material fundido fue propuesta en 1988 por la empresa estadounidense Stratasys. En 1993, el Instituto Tecnológico de Massachusetts desarrolló la tecnología de modelado multichorro (MJM), similar a las impresoras de chorro de tinta convencionales, pero que utiliza fotopolímeros (polímeros que sufren una transformación bajo el efecto de la luz) como material de impresión.

El término “impresora 3D” se acuñó en 1996 para describir este conjunto de tecnologías. Tendrían que pasar casi diez años para que la impresión 3D dejara de estar estrictamente reservada al sector industrial. Fue con la creación de los fablabs (contracción de la palabra inglesa “fabrication laboratory”) hacia 2005, lugares abiertos al público y que permiten acceder a todo tipo de herramientas digitales para diseñar objetos, cuando la impresión 3D entró definitivamente en nuestra vida cotidiana.

Modelo digital de un objeto 3D

El diseño de un objeto que se va a fabricar mediante impresión 3D se realiza en un ordenador personal utilizando un software de diseño asistido por ordenador (CAD) idéntico al que se utiliza en infografía, ingeniería o mecatrónica. El archivo informático STL generado por este software comprende esencialmente un conjunto de coordenadas 3D y facetas orientadas que representan el objeto virtual. Se trata de un archivo fuente (esencial y en el origen de todo el proceso de fabricación) que puede almacenarse en Internet, modificarse o revisarse. A continuación, su contenido es procesado, siempre en el ordenador personal, por un segundo programa informático, el slicer, que convierte el objeto original en capas sucesivas de material que se depositan apiladas, en toda su altura. Se utilizan potentes algoritmos para determinar la forma más optimizada de depositar cada capa de material sobre la anterior, con el fin de limitar los movimientos del cabezal de impresión (para reducir el tiempo de impresión y la cantidad de material utilizado), controlar la densidad de las superficies sólidas y solidificar el conjunto. El cortador genera un tercer archivo informático compatible con una máquina CNC (control numérico por ordenador). Este archivo CNC (en formato G-Code, por ejemplo, normalizado en 1980) contiene la secuencia de comandos digitales elementales (mover el cabezal de impresión en el espacio, iniciar o detener la extrusión) necesarios para producir el objeto. El sistema informático de la impresora lo lee y ejecuta, orden tras orden, y controla el proceso, actuando en particular sobre los motores que mueven el cabezal de impresión y la plataforma de construcción móvil, así como sobre la velocidad de extrusión del material.

Los principales procesos de fabricación 3D

Los procesos de fabricación varían en función de la técnica utilizada, pero el objeto obtenido por impresión siempre está formado por finas capas de material de igual grosor que se depositan sucesivamente una sobre otra, como una milhojas.

Impresión por fotopolimerización

La técnica de fotopolimerización (SLA por stereolithography apparatus) se basa en la capacidad de ciertas resinas líquidas de polimerizarse (solidificarse) bajo el efecto de la luz y el calor.

La estereolitografía es un proceso de fabricación basado en esta técnica, en la que la resina fotosensible se solidifica bajo la acción de un rayo láser ultravioleta. El objeto se imprime en una placa sumergida en una cuba llena de resina líquida, que se hace descender progresivamente en vertical mediante un elevador una vez depositada una capa. En cada etapa de la impresión, el láser polimeriza una parte de la resina en la superficie de la cuba en función del patrón geométrico de la capa que debe producirse.

El proceso FTI (film transfer imaging), bastante similar a la estereolitografía, utiliza un sistema de proyección de vídeo. Las partes de la capa que no son útiles para la construcción del objeto no se exponen a la luz.

El proceso MJM proyecta finas gotitas o partículas de resina, del mismo modo que las impresoras de chorro de tinta, que se fotopolimerizan y se unen entre sí.

Sinterizado selectivo por láser

El sinterizado selectivo por láser (SLS) es también un proceso de fabricación aditiva utilizado para crear un objeto 3D capa por capa, partiendo de polvos plásticos o metálicos que se calientan y funden (sinterizan) bajo la acción de un láser de alta potencia. Una impresora FSL consta de dos compartimentos unidos a pistones accionados por motores muy precisos. El primero contiene el material de base, el polvo o las partículas. En el segundo se fabrica el objeto deseado. Encima de este segundo compartimento hay un láser (generalmente de CO2) y un sistema de desviación (en X e Y) que permite posicionar el haz de luz láser con precisión en el lugar en el que deben fundirse las partículas para un estrato determinado. Los dos compartimentos están siempre dispuestos de forma que el polvo esté siempre nivelado con el plano de referencia. Un sistema electromecánico con un rodillo desplaza el polvo del primer compartimento al segundo, extendiendo una fina capa de polvo de espesor constante. A continuación, se activa el láser y se desplaza hasta el lugar donde deben fundirse las partículas de polvo. Cuando se han fundido todas las partículas de un estrato, el pistón del segundo compartimento desciende una capa y puede repetirse el proceso. La ventaja de este proceso es que no requiere el uso de una estructura de soporte para las partes en voladizo de la pieza, ya que el objeto acabado descansa en todo momento sobre el polvo sin fundir del segundo compartimento.

Depósito de material fundido

Las impresoras 3D personales suelen utilizar la técnica de deposición de filamento fundido, también conocida como FDM (modelado por deposición fundida). El material utilizado para fabricar la pieza es un hilo de plástico sólido pero flexible de uno a tres milímetros de diámetro, empaquetado en forma de bobina desenrollable que contiene algunos kilogramos de material y está disponible en una gran variedad de colores. La técnica FDM consiste en desenrollar el hilo, calentarlo para fundirlo y transportar el plástico fundido al cabezal de extrusión calentado. Este cabezal, perforado en su eje radial por un conducto de 0,3 a 0,5 milímetros de diámetro y terminado por una boquilla de impresión, conducirá el filamento de plástico fundido hasta el punto de extrusión deseado. Se alimenta con hilo de plástico mediante un sistema electromecánico compuesto por un motor paso a paso, varios engranajes, un tornillo de arrastre y rodamientos de bolas. El filamento fundido se deposita inmediatamente en el lugar adecuado de la capa que se va a fabricar.

Una impresora 3D de tipo FDM consta de una placa de impresión calefactada, que puede moverse a lo largo de un eje (el eje Y en la impresora RepRap), y de un sistema para colocar el cabezal de extrusión en la posición deseada (a lo largo del eje X) y a la altura deseada (a lo largo del eje Z). La posición de la placa calefactora se controla mediante un sistema de motores paso a paso, correas y guías lineales. Como los plásticos fundidos no se adhieren a las superficies frías, la platina que recibirá las diferentes capas del objeto que se va a producir se calienta a una temperatura de 60°C, lo que permitirá que las primeras capas depositadas permanezcan firmemente adheridas a la platina.

Para la primera capa, el cabezal de extrusión se coloca de forma que quede a ras de la platina calentada. El motor de extrusión genera el hilo de plástico de forma continua y uniforme en el cabezal calefactor y el filamento de plástico fundido se deposita directamente sobre la platina, siguiendo la forma geométrica de la capa. Una vez completada la capa, el cabezal de extrusión se eleva unos micrómetros para poder depositar la siguiente capa a la altura correcta. La precisión de desplazamiento de los ejes X e Y es del orden de unos cientos de micrómetros. En la mayoría de los casos, el cabezal calefactor se posiciona en el eje vertical (Z) mediante tornillos sinfín accionados también por motores paso a paso, lo que ofrece una resolución vertical aún mejor (del orden de 50 micrómetros).

La calidad de la impresión FDM depende de muchos factores: la temperatura a la que se calienta el cabezal de extrusión, la calidad del plástico y el ajuste de las piezas mecánicas de la impresora. También es necesario calibrar la impresora con frecuencia. El resultado impreso también depende mucho de la calidad del slicer, el software que corta el objeto 3D en capas 2D superpuestas. Antes de la impresión, que puede durar varias horas en función del tamaño del objeto, su complejidad y el número de capas a depositar, siempre es aconsejable visualizar todas las capas sucesivas mediante un software de control, para comprobar que los filamentos están correctamente entrelazados de una capa a la siguiente. Las superficies correspondientes a las capas intermedias internas (que no son visibles una vez terminado el objeto) se realizan frecuentemente con patrones “nido de abeja” de tamaño configurable, lo que permite jugar con la densidad del objeto final y ahorrar material, sin perder resistencia.

Algunos objetos con partes en voladizo son difíciles de fabricar mediante este proceso, ya que la capa n + 1 debe poder apoyarse sobre la capa n sin riesgo de que el filamento fundido se colapse. Por ello, se utilizan varias técnicas (aceleración de la velocidad de movimiento del cabezal, sobreimpresión) para producir estas piezas delicadas. Algunas impresoras incluso utilizan la deposición temporal de material para facilitar la creación de “puentes”, “agujeros” y otras hendiduras.

Aplicaciones de las impresoras 3D

El campo de aplicación de las impresoras 3D es potencialmente enorme, y todos los sectores de actividad se ven o se verán afectados en un futuro próximo. Como plantas de fabricación de bajo coste fácilmente accesibles al gran público, las impresoras 3D permiten transformar una idea en un objeto tangible, fabricado a partir de cualquier material, ya sea mineral, vegetal u orgánico. Las primeras aplicaciones, que permitieron el despegue de la impresión 3D, son principalmente decorativas, utilitarias o con fines de creación de prototipos. Pero también es posible reproducir piezas de recambio para responder a los problemas de obsolescencia programada, o fabricar piezas para maquetas (objetos voladores, drones personales).

También se han realizado numerosos intentos a escala industrial, tanto civil como militar. Airbus Group (antes E.A.D.S., European Aeronautic Defence and Space Company) utiliza con éxito la impresión 3D para fabricar piezas complejas de aviónica. Los fabricantes de automóviles también están adaptando sus metodologías de fabricación a estas nuevas herramientas para reducir costes. Al utilizar nuevos cementos sin mortero, la construcción de edificios también se beneficiará de esta evolución metodológica, y pronto será posible “imprimir” casas, rápidamente y a muy bajo coste. La industria alimentaria no se queda atrás, con el desarrollo de alimentos caracterizados por nuevos sabores y texturas. Lejos del tópico de las esculturas de chocolate para tartas de boda, ya es posible diseñar alimentos con virtudes nutricionales dosificadas con precisión, respetando al mismo tiempo el medio ambiente en su producción.

Pero el campo de aplicación que más interés está despertando es el médico, con algunos ejemplos realmente espectaculares. Entre los mayores avances se encuentran la bioimpresión de piel y córneas humanas, y la cirugía reconstructiva con materiales similares al hueso y biocompatibles para fabricar vértebras, prótesis o exoesqueletos personalizados para discapacitados. Algunos equipos de investigación ya utilizan células madre como materia prima en sus impresoras 3D, con el objetivo de recrear células óseas, ligamentos musculares e incluso sintetizar órganos internos como el hígado, los riñones o el corazón humano, minimizando la posibilidad de rechazo (las células vivas utilizadas proceden del paciente).

La tercera revolución industrial

Los medios de comunicación describen con razón la impresión 3D como la tercera revolución industrial, después de la mecanización y el taylorismo. Con su infinito abanico de aplicaciones, la impresión 3D está llamada a revolucionar la economía y las prácticas tradicionales de fabricación. Su potencial creativo se ve reforzado por la fantasía de poder fabricar un objeto en casa, sin la intervención ni el control de un tercero en el proceso de fabricación, que también puede dar lugar a abusos. Esta libertad de “aprendiz de brujo” va acompañada de numerosos problemas en materia de propiedad intelectual. La circulación de archivos de diseños plantea cuestiones evidentes de derecho, ética y competitividad. Es tan fácil ser el autor de una obra artística o de una invención tecnológica como de un arma. Esperamos que la impresión 3D fomente la imaginación y cree puestos de trabajo, no que estimule la falsificación…

Revisor de hechos: EJ

Impresora Laser

Cuando fue contratado por Xerox en 1964, el joven investigador Gary Starkweather fue destinado a la fabricación de lentes ópticas para fotocopiadoras. Antes había trabajado en Bausch & Lomb en lentes especializadas para metrología, fotografía y cine.

Xerox era entonces una empresa floreciente, gracias al enorme éxito de sus fotocopiadoras. Starkweather había descubierto el prometedor potencial del láser, una tecnología emergente, durante sus estudios para obtener un máster en óptica en la Universidad de Rochester (Estado de Nueva York). En 1967, imaginó transformar una fotocopiadora en una impresora láser capaz de imprimir en papel cualquier cosa que pudiera aparecer en la pantalla de un ordenador.

Xerox no vio entonces el valor comercial de esta idea, pero la creación de Xerox PARC en 1970 dio a este científico la oportunidad de ponerla en práctica en un nuevo contexto. Este centro de investigación reunía a los investigadores e ingenieros más eminentes, con el objetivo de imaginar “la oficina del futuro”. Starkweather se trasladó de la sede histórica de Xerox en Rochester a Palo Alto, y en 1971 ya había desarrollado un prototipo funcional.

De la transferencia analógica a la inscripción digital

En las fotocopiadoras actuales, la imagen del original se reproduce, gracias a una potente luz y mediante un proceso electrostático, en un tambor recubierto de un material semiconductor que imprime el documento final. Este proceso fue patentado en 1938 por Chester Floyd Carlson (1906-1968) con el nombre de “electrofotografía”, más tarde denominada “xerografía”. El principio de la nueva impresora era sustituir la reproducción analógica de la luz por la inscripción digital directa de la imagen en el tambor fotosensible mediante un láser de precisión. El rayo láser se envía al cilindro mediante una rueda provista de espejos y que gira a gran velocidad. El hardware, que depende en gran medida de la óptica, está dominado por Starkweather. En cambio, la parte informática, consistente en describir la página que hay que imprimir y controlar la parte óptica, era muy compleja. Los ingenieros de PARC, a la vanguardia de la innovación en este campo, tenían todos los conocimientos necesarios y crearon el lenguaje de descripción de páginas requerido.

Hasta entonces, sólo se habían utilizado impresoras matriciales de puntos para la impresión a gran escala, y éstas estaban diseñadas únicamente para inscribir caracteres, línea por línea. Con la impresión láser, se puede imprimir cualquier tipo de imagen generada por ordenador, al principio sólo en blanco y negro.

En 1973 se desarrolló una impresora totalmente operativa, denominada EARS (Ethernet, Alto Research character generator, Scanned laser output terminal). Estaba destinada únicamente al uso interno del centro de investigación, pero aun así produjo varios millones de copias impresas a 300 puntos por pulgada y lanzadas a través de la red interna desde los ordenadores personales de los investigadores: ordenadores Xerox Alto.

En 1976, otra empresa estadounidense, IBM (International Business Machines Corporation), sacó su propia impresora láser, la 3800, pero con una resolución tres veces menor y más orientada a usos de oficina, como la impresión de notificaciones o documentos bancarios.

Al año siguiente, Xerox lanzó la 9700, una impresora láser capaz de imprimir dos páginas A4 por segundo. Con esta máquina y la generación de impresoras que le siguió, Xerox obtuvo unos beneficios considerables que amortizaron con creces su inversión en PARC. A pesar del entusiasmo de los equipos de Xerox PARC por una informática más individual, ni Xerox ni IBM vieron la conveniencia de abandonar el mercado de los mainframes y los grandes grupos en favor del uso personal. La LaserWriter, lanzada por Apple en 1985 para crear una cadena gráfica completa con el Macintosh, puso la impresión láser al alcance de las pequeñas y medianas empresas. Y sin embargo, fue entre las paredes de PARC donde todos los conceptos fundacionales de este nuevo microordenador personal habían visto la luz más de una década antes.

Revisor de hechos: EJ

Ciberseguridad e Impresoras 3D

La impresión 3D está al borde de una adopción masiva, lo que supondrá un cambio fundamental en la producción industrial.

Puntualización

Sin embargo, la fuerza motriz que lo impulsa no es la mejora tecnológica (también importante), sino más bien una transformación en el modelo de negocio industrial.

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

En la última década, el sector de la impresión 3D ha estado dominado por sistemas cerrados que solo permitían utilizar las impresoras con la resina y el software propios del fabricante. El problema con los sistemas cerrados es que limitan la innovación. (Tal vez sea de interés más investigación sobre el concepto). Un solo fabricante de impresoras no puede ofrecer la variedad de materiales necesarios para las miles de aplicaciones potenciales de la impresión 3D o fabricación aditiva.Entre las Líneas En consecuencia, el desarrollo de nuevas aplicaciones y materiales para el usuario final se ha estancado al igual que el crecimiento y expansión de la impresión 3D. Para evitarlo, la industria debe reinventarse y abrirse.

Ha habido avances en esta dirección: algunas empresas clave de industrias adyacentes han comenzado en los últimos tiempos a introducirse en el sector y aportar un enfoque más abierto.

Un ejemplo es HP. La compañía se ha introducido hace poco en el mundo de la impresión 3D, pero lo ha hecho a través de una plataforma abierta.Entre las Líneas En lugar de crear su propio sistema cerrado con sus propios materiales, HP está dispuesta al desarrollo de materiales de terceros. La empresa ofrece un kit de desarrollo de materiales para la industria de la fabricación aditiva (MDK, por sus siglas en inglés). Se trata de algo parecido a los paquetes para el desarrollo de software en plataformas de aplicaciones como Apple Store. El MDK permite a las empresas interesadas en certificar sus materiales, por ejempl, probar rápidamente la compatibilidad de sus polvos 3D con las impresoras HP Jet Fusion 3D, amtes incluso de enviarlos a HP para su certificación. (Tal vez sea de interés más investigación sobre el concepto). Otras empresas 100 % digitales como Autodesk, dedicada al software de diseño en 2D y 3D, también presionan a favor de un planteamiento abierto y colaborativo.

Pasar de un sistema cerrado a otro abierto tiene muchas ventajas. Los sistemas abiertos tienden a ser más innovadores, por lo que esperamos ver más novedades en materiales y aplicaciones para la impresión 3D en un futuro.Si, Pero: Pero también tienen algunos inconvenientes. El más evidente es la ciberseguridad: un virus, una vez introducido en un entorno abierto, puede propagarse con mucha más rapidez a través de las diferentes partes involucradas y los flujos de información que en un sistema cerrado.

Los hackers pueden causar (ya lo hacen) daños digitales significativos en forma de fallos informáticos, pérdidas de datos, la caída de sitios web y servidores y, entre tantas otras cosas, la denegación de servicios importantes.

Puntualización

Sin embargo, con la impresión 3D, las amenazas también se trasladan al mundo físico.

Un peligro digital y físico

Dado que los objetos impresos en 3D tienen una representación digital y otra física, la complejidad y los riesgos de cualquier posible ataque son también mayores. Un archivo corrupto puede traducirse en fallos en el producto, lo que a su vez puede provocar lesiones, litigios y retiradas de productos. Si bien los efectos de la información de tarjetas de crédito robadas, por ejemplo, pueden ser rápidamente identificados y corregidos, ese no es el caso de objeto 3D corrupto que funciona en un sistema mecánico. Las consecuencias de un archivo pirateado pueden no materializarse hasta ya pasado un tiempo y, cuando lo hacen, puede ser de una manera totalmente impredecible.

Por ejemplo, en un estudio reciente, investigadores de la Universidad de Nueva York examinaron dos aspectos de la impresión 3D con implicaciones de ciberseguridad: la orientación de la impresión y la inserción de pequeños defectos. Errores que los sistemas normales de control y verificación como la imagen ultrasónica podrían no detectar.

Si no se aborda correctamente, la amenaza de la ciberseguridad puede dificultar el desarrollo de un ecosistema de fabricación aditiva abierto basado los modelos de negocio propios de las plataformas. Por ejemplo, si los usuarios temen posibles problemas de seguridad, también estarán menos dispuestos a utilizar el sistema. Un solo accidente visible, y la industria se retirará.

Los riesgos relacionados con la ciberseguridad para el futuro de la impresión 3D son a tener en cuenta. Los candidatos a convertirse en los futuros líderes de cualquier plataforma necesitan actuar como garantes de la calidad e integridad de los archivos y los datos, garantizar la certificación y el control adecuados hasta la verificación del objeto físico. La ciberseguridad deberá pasar de lo digital a lo físico y encontrar formas eficaces de ampliar la verificación de los objetos físicos uno por uno, sobre todo de las piezas impresas en 3D fundamentales en la industria manufacturera y la atención médica.

La originalidad y el poder de la impresión 3D reside en su existencia paralela en el mundo físico y el digital. La oportunidad y el riesgo, también.

Revisión de hechos: Michael

Características de Impresora

Recursos

Traducción de Impresora

Inglés: Printer
Francés: Imprimante
Alemán: Drucker
Italiano: Stampante
Portugués: Impressora
Polaco: Drukarka

Tesauro de Impresora

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Véase También

• Impresora láser

Tecnología
Material informático

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