Impacto Social de las Tecnologías de Impresión 3D y 4D

Dra. Rosa Martha Jiménez Barrera y Dr. José de Jesús Kú Herrera

Investigadores por México del CONAHCYT-CIQA

Departamento de Química Macromolecular y Nanomateriales

INTRODUCCIÓN

La manufactura aditiva, también coloquialmente como impresión 3D, va más allá de una simple definición técnica. Es una tecnología disruptiva con el potencial de transformar la forma en que creamos, consumimos e interactuamos con los objetos que nos rodean. La historia de la impresión 3D se remonta a la década de 1980, con pioneros como Charles Hull, inventor de la estereolitografía, una de las primeras técnicas de impresión 3D. Desde entonces, la tecnología ha experimentado un rápido desarrollo, con avances en materiales, software e impresoras que la han hecho más accesible y versátil (1) . A diferencia de la manufactura sustractiva, como en el caso del torneado o fresado (manual o automatizado), donde una pieza se maquina removiendo material de un bloque inicial, en la manufactura aditiva el objeto se construye capa por capa añadiendo material. La manufactura aditiva engloba una serie de tecnologías, dentro de las que destacan el modelado por depósito en fundido (FDM), estereolitografía (SLA), sinterizado láser, inyección directa de tinta (DIW), entre otros. Desde su concepción, la manufactura aditiva se ha convertido en una de las tecnologías más revolucionaras para la fabricación de objetos y dispositivos funcionales (1, 2) . Estos procesos permiten producir partes con arquitecturas diseñadas a la medida y, además, no requiere el uso de accesorios, herramientas de corte, refrigerantes y otros recursos auxiliares. Otra de las ventajas de la manufactura aditiva es su versatilidad, ya que permite la fabricación de objetos en una amplia variedad de materiales, desde azúcar hasta cerámica, e incluso la combinación de diferentes materiales en un solo objeto (1, 3, 4) .

¿QUÉ HAY DE LA IMPRESIÓN 4D?

La impresión 4D es una tecnología aún más nueva que lleva la impresión 3D al siguiente nivel, esto gracias a los materiales inteligentes. Los objetos obtenidos por impresión 4D tienen una dependencia espacio-tiempo y experimentan cambios en su forma y/o propiedades en función del tiempo cuando se exponen a estímulos externos como, el calor, luz, pH, campo magnético, electricidad, humedad, etc. (3)

UN UNIVERSO DE POSIBILIDADES CON IMPACTO EN LA SOCIEDAD

Las aplicaciones de la impresión 3D y 4D son tan amplias como la imaginación misma, y tienen impacto en sectores como:

Impacto en la salud

Prótesis y órtesis personalizadas: Las tecnologías 3D y 4D se pueden utilizar para crear prótesis y órtesis personalizadas que se ajusten perfectamente a las necesidades de cada paciente, mejorando su calidad de vida.

Impresión de órganos y tejidos: Se están desarrollando técnicas y materiales para imprimir órganos y tejidos humanos, lo que podría revolucionar el tratamiento de enfermedades y salvar vidas. La aplicación de estos prototipos en la medicina lleva un proceso riguroso de validación y de autorización por las instancias regulatorias competentes.

Modelos anatómicos para la formación médica: Los modelos 3D de órganos y tejidos humanos pueden ser utilizados para la formación médica, permitiendo a los estudiantes y profesionales practicar técnicas quirúrgicas sin necesidad de utilizar cadáveres.

Impacto en la educación

Modelos y prototipos 3D para la enseñanza: Los modelos y prototipos 3D pueden ayudar a los estudiantes a comprender conceptos abstractos de una manera más tangible y atractiva.

Modelos de materiales educativos: Las tecnologías 3D y 4D se pueden utilizar para crear materiales educativos personalizados que se adapten a las necesidades de cada estudiante.

Fábricas de aprendizaje: Las escuelas pueden equiparse con impresoras 3D para que los estudiantes experimenten con la tecnología y aprendan sobre diseño, ingeniera y fabricación.

Aprendizaje inclusivo: La impresión 3D abre nuevas posibilidades de aprendizaje para estudiantes con discapacidad, permitiéndoles participar en actividades educativas de forma más equitativa. Se pueden crear materiales con diferentes características, como texturas o sonidos, para facilitar el aprendizaje de estudiantes con diferentes discapacidades.

Impacto en la industria

Producción personalizada y bajo demanda: Las tecnologías 3D y 4D permiten la producción de objetos personalizados y bajo demanda, lo que reduce el desperdicio y aumenta la eficiencia.

Fabricación local: La impresión 3D puede llevar la fabricación a lugares más cercanos a los consumidores, reduciendo la necesidad de transporte y almacenamiento.

Nuevos modelos de negocio: Las tecnologías 3D y 4D están dando lugar a nuevos modelos de negocio, como la impresión bajo demanda y la venta de los modelos digitales para su impresión.

Impacto en el medio ambiente

Reducción del desperdicio: Las tecnologías 3D y 4D pueden ayudar a reducir el desperdicio de materiales, ya que solo se utiliza el material necesario para crear un objeto.

Fabricación sostenible: Se están desarrollando materiales sostenibles para la impresión 3D, lo que podría reducir el impacto ambiental de la fabricación.

Productos con mayor vida útil: La impresión 3D puede permitir la fabricación de productos con mayor vida útil, reduciendo la necesidad de producir y desechar productos con frecuencia.

DESAFÍOS Y RIESGOS

A pesar de su enorme potencial, la impresión 3D y 4D también presenta algunos desafíos y riesgos que deben ser considerados:

Costo: Las impresoras 3D, especialmente las de alta precisión, aún pueden ser costosas para los usuarios, limitando su acceso a la tecnología. El costo de los materiales de impresión 3D también puede ser elevado, especialmente para materiales especializados como biomateriales o dispositivos inteligentes.

Precisión: La precisión de la impresión 3D puede ser un problema en algunas aplicaciones, especialmente en aquellas que requieren un alto nivel de detalle o tolerancia dimensional. Los errores de impresión pueden afectar la calidad y el rendimiento del objeto final.

Propiedad intelectual: La piratería y la falsificación de productos son una preocupación en el ámbito de la impresión 3D, ya que los diseños digitales pueden ser fácilmente copiados y distribuidos. Es necesario establecer marcos legales claros para proteger la propiedad intelectual de los diseños 3D.

Seguridad y ética: La impresión 3D de objetos como armas o biomateriales plantea serios riesgos de seguridad y éticos. Es necesario desarrollar normas y regulaciones para garantizar la seguridad y el uso responsable de la tecnología.

En conclusión, la impresión 3D y 4D tiene un enorme potencial para mejorar nuestras vidas, pero es importante ser conscientes de los desafíos y riesgos que conlleva. La colaboración entre gobiernos, empresas, academia y sociedad civil es fundamental para abordar estos desafíos y asegurar que la tecnología se desarrolle y se utilice de manera responsable y sostenible.

En la Figura 1 se presentan algunos de los objetos impresos por nuestro grupo de investigación. Para solicitar más información pueden contactarnos a través de la página http://www.ciqa.mx o bien enviarnos un correo electrónico.

Figura 1. Piezas obtenidas por manufactura aditiva en el CIQA. a) ejemplos de impresión 3D, b) piezas impresas con materiales fotoactivos.

Dra. Rosa Martha Jiménez Barrera; rosa.jimenez@ciqa.edu.mx

Dr. José de Jesús Kú Herrera; jesus.ku@ciqa.edu.mx

1. Singh S, Mehla S, Bhargava SK, Ramakrishna S. History and Evolution of Additive Manufacturing. In: Bhargava SK, Ramakrishna S, Brandt M, Selvakannan PR, editors. Additive Manufacturing for Chemical Sciences and Engineering. Singapore: Springer Nature Singapore; 2022. p. 19-51.

2. Mahmood A, Akram T, Shenggui C, Chen H. Revolutionizing manufacturing: A review of 4D printing materials, stimuli, and cutting-edge applications. Composites Part B: Engineering. 2023;266:110952.

3. Fu P, Li H, Gong J, Fan Z, Smith AT, Shen K, et al. 4D printing of polymers: Techniques, materials, and prospects. Progress in Polymer Science. 2022;126:101506.

4. Kumar SB, Jeevamalar J, Ramu P, Suresh G, Senthilnathan K. Evaluation in 4D printing – A review. Materials Today: Proceedings. 2021;45:1433-7.