Impresión y bioimpresión 3D: un futuro muy presente

Situación actual de la impresión 3D 

En los últimos años hemos asistido al nacimiento de una gran expectativa entono a la fabricación aditiva, madre de  la impresión 3D, a la que muchos expertos consideran una de las patas sobre la que se sustenta la denominada “tercera revolución industrial”.

Su presencia en la lista de las 10 tendencias tecnológicas con mayor perspectiva de desarrollo a lo largo del 2015, elaborada este Enero por  un panel de 18 expertos del Foro Económico Mundial es otro signo más de que llegamos al momento en el que la expectativa se empieza a transformar en realidad. Y los datos lo abalan. Recientemente, la firma de análisis Gartner estimaba que para finales de año se habrán vendido unas 245.000 impresoras 3D a nivel mundial, y corregía sus previsiones de comercialización para 2016, en el que pronostica un crecimiento del 103% respecto del periodo anterior, con 490.000 unidades comercializadas. Auguraba además que esa tasa de crecimiento anual se mantendrá en el periodo 2016-2019, con lo que en 2019 se adquirirán más de 5,6 millones de impresoras en todo el mundo.

Y es que, aunque la impresión 3D lleva con nosotros más de tres décadas, lo que sí es nuevo son su precio, la facilidades para usarla y el mundo de posibilidades que abre contar con  miles de usuarios consumiendo, produciendo, compartiendo y colaborando.

El estudio destaca que actualmente son las entidades educativas y las pequeñas empresas las que abanderan dicha demanda y que la causa que explica que esta tecnología, que empezó a desarrollarse allá por los años 80 del siglo pasado, esté sufriendo la explosión actual ha sido el abaratamiento de la producción de las impresoras 3D y de las resinas que utilizan algunas de las tecnologías en las que estas se basan. Sin embargo las posibilidades de utilización no dejan de aumentar.

Aplicaciones de la impresión 3D

Hay una serie de características que permiten entender muchas de las aplicaciones de las impresoras 3D: 

• Democratizan los procesos de producción, al no necesitarse de grandes maquinarias y fábricas para llevarlos a cabo, y por lo tanto las inversiones que estas suponen.

• Los procesos son rápidos, ágiles, simples y baratos. 

• Permiten un alto grado de personalización y casi cualquier forma o geometría.

Esto hace que todos aquellos productos que son de coste elevado y cuya oferta es limitada sean potenciales objetivos para aplicar esta tecnología.

Sin embargo también presenta limitaciones importantes: los distintos materiales se imprimen mediante tecnologías diferentes, y estas tienen distinto grado de control sobre las prestaciones mecánicas, velocidades de impresión y resolución máxima que ofrecen, entre otras variables, lo que además depende fuertemente del coste del equipo utilizado. 

Actualmente entre los campos en los que se aplica podemos destacar:

- Prototipado y maquetado: Cuando se afronta un proceso de diseño de cualquier producto es muy importante poder valorar diferentes opciones y en fases tempranas, ya que los costes de realizar cambios aumentan a medida que avanza el proceso de desarrollo. Esto explica muchos usos en arquitectura e ingeniería. Vale de ejemplo la impresión de maquetas 3D como factor de aceleración en la finalización de la Sagrada Familia.

- Creación rápida de moldes y otras herramientas de producción: Cuando se trata de fabricar moldes complejos a partir de diseños digitales la impresión 3D, permite una reducción de tiempos dramática.

-Producción de partes y productos finales: Cuando la impresora 3D es capaz de dar las características de desempeño necesarias para el producto final, su uso ofrece todas ventajas que se han comentado anteriormente.De ahí que en este sentido se esté aplicando actualmente en multitud de industrias:

• Fabricación de piezas de automóviles y aviones: Ford, General Motors o Rolls-Royce entre otros fabrican piezas, como turbinas de aviones,  que de otra manera no podrían construirse. Recientemente se ha conocido que la NASA prevé enviar impresoras 3D al espacio para que los astronautas puedan fabricar las piezas que necesiten. 

• Producción de piezas con materiales costosos: la posibilidad de producir sin incurrir en desperdicios de materia prima, ha llevado a que esta tecnología sea aplicada para la producción con materiales costosos como el titanio o el oro.

• Juguetes, figuras y complementos a la carta que se adapten perfectamente al gusto del usuario final. Un ejemplo que ha alcanzado gran repercusión fue la decisión de Nokia de hacer públicos los planos de la carcasa de uno de sus terminales.

• Vestimenta a medida: aunque sea de forma aislada y basándose en un material polimérico rígido, ya se han fabricado los primeros vestidos y camisetas con impresoras 3D como ha sido el caso de la actriz y bailarina Dita Von Teese, y algunas empresas empiezan a posicionarse en este campo.

• Arte: la impresión 3D se ha incorporado como técnica de producción artística.

• Comida: Espaguetis, pizzas, hamburguesas entre otros han sido ya obtenidos mediante esta tecnología. La idea consiste en que el usuario final se descargue o diseñe una receta y la mande a la máquina para que esta sea impresa.

• Salud: en este ámbito se espera que la impresión 3D tenga una gran transcendencia debido a las posibilidades que ofrece en él la capacidad de tener un alto grado de personalización y precisión.

A grandes rasgos se pueden diferenciar 5 grandes áreas de aplicación dentro del ámbito de la salud: prótesis, reconstrucción de tejidos, órganos y fabricación de  medicamentos.

Las “estructuras sin vida” biocompatibles pero no biodegradables comenzaron a tener un fuerte desarrollo a partir del año 2008. La posibilidad de crear estructuras complejas, exactamente a medida y sin necesidad de montaje ha hecho que se haya desarrollado muy rápidamente el campo de las prótesis y sustitución de partes dañadas, habiendo sido ya implantados en pacientes piezas dentales, fragmentos de mandíbula, tráquea, vértebras e incluso de cráneo fabricados por tecnología de impresión 3D.

La posibilidad de producirlas a un coste reducido y que algunas de ellas cuenten con instrucciones accesibles al público en general por internet, ha supuesto una enorme ventaja para su difusión en países en vías de desarrollo, así como en el caso de los menores en edad de crecimiento que pueden afrontar producirse nuevas prótesis adaptadas perfectamente a su estado de desarrollo.

Desde hace ya 4 años, la bioimpresión 3D, esto es, la impresión de material biológico, avanza rápidamente destacando las aplicaciones ligadas  a la reconstrucción y síntesis de tejidos vivos.  Sin embargo su complejidad es mucho mayor, y la obtención de órganos funcionales impresos todavía presenta retos importantes.

En Agosto de este año hemos asistido a la aprobación en EEUU por parte de la FDA del primer medicamento fabricado mediante impresión 3D. Se trata del Spritam, un fármaco para el tratamiento de la epilepsia. Las ventajas en este ámbito son las de permitir recetar dosis más ajustadas a las necesidades específicas del paciente.

Tendencias claves del mercado de impresión 3D

Este Julio, la empresa de consultoría Gartner presentaba el hype cycle para la impresión 3D. El hype cycle o ciclo de sobreexpectación  es un modelo gráfico desarrollado por la propia firma, que explica la madurez, adopción y aplicación comercial de cualquier tecnología a lo largo del tiempo:

• Una fase de lanzamiento que se caracteriza por una generación de interés y aumento de sus expectativas debido a la presencia en  los medios de comunicación.Un pico de expectativas sobredimensionadas debido a que parte del entusiasmo y perspectivas depositadas en la misma no tienen un fundamento realista o utilidad práctica real.  El fenómeno “moda” explica entre otros la existencia de esta fase.

• Un abismo de desilusión, esto es, una caída de visibilidad y presencia debido a no satisfacer esas expectativas depositadas.

• Una rampa de consolidación, esto es, una fase de maduración debido a que pese a que ya no sea un fenómeno de moda y su presencia mediática haya disminuido, se siga experimentando para entender los beneficios que puede aportar su aplicación práctica.

• Una meseta de productividad. A medida que sus beneficios se van demostrando y aceptando, la tecnología alcanza una visibilidad acorde a las mismas y continua evolucionando. 

Además de mostrar en qué fase se encuentran las distintas tendencias tecnológicas en un campo, se da una estimación del tiempo que esta tardará en alcanzar su meseta de productividad (plateau of productivity).

A la vista del gráfico, la impresión de prototipos y de algunos dispositivos, como los que permiten la audición ya han alcanzado esa meseta de productividad.

Algunos de los que se acercan mucho a esa fase  y la alcanzarán a corto plazo son el scanner 3D y las empresas de impresión 3D.

Pese a que algunos ya empiezan a llegar al mercado, la impresión de dispositivos médicos sigue siendo uno de los focos que generan mayor expectativas en los medios.

Y en fase de ir generando unas expectativas cada vez mayores encontramos las distintas tendencias ligadas a la impresión de materiales biológicos y al encaje en el tejido industrial.

Algunas aplicaciones que generan mucho interés, como la impresión de “macro-estructuras”, tardarán en alcanzar su punto de estabilidad más de 10 años.

Los laboratorios y centros de la Universidad Politécnica de Madrid no sólo no permanecen ajenos a estas tendencias sino que ofrecen servicios muy innovadores y de alto valor añadido entorno a ellas. Tal es el caso del Laboratorio de Desarrollo de Productos (LDP), ubicado en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales. Con casi 20 años de experiencia en el desarrollo de nuevos productos y piezas para la industria y habiendo colaborado tanto con empresas nacionales como internacionales en sectores como la automoción, la medicina y la edificación, ofrece las últimas tecnologías de diseño, modelado, análisis y simulación por ordenador (CAD-CAM-CAE), y las más punteras técnicas de prototipado y fabricación rápida (Estereolitografía Láser, Colada Bajo Vacío, Microfusión, Inyección, ...).

Bioimpresión 3D 

Pese a que la impresión 3D de estructuras biológicas está dando sus primeros pasos, las oportunidades futuras que permite vislumbrar, especialmente en el campo de la medicina, debido a las necesidades de una población en envejecimiento, lo ha convertido en uno de los máximos focos de interés mediático.

Y es que las oportunidades de negocio ligadas a ella son muy amplias , lo que es esperanzador, ya que al fin y al cabo la velocidad a la que se desarrollará dependerá de los ingresos que consiga generar, y dónde hay segmentos rentables aparecen las empresas. Un estudio de la consultora IDTechEX estima que el nicho de la propia fabricación de las máquinas de bioimpresión 3D podría generar un negocio de unos 6.000 millones de dólares anuales dentro de diez años.

Y los aspirantes a conquistar esa tarta no se han hecho esperar. Innofluence, proyecto del Centro láser de la UPM, se ha alzado con el primer premio de la XII competición de creación de empresas upm, actúaupm, apostando el diseño, fabricación y comercialización de máquinas basadas en tecnología láser (LIFT) para imprimir material biológico en 3D.

Otra de las líneas de aplicación que está contribuyendo a su fuerte desarrollo es  la generación de tejidos humanos para ser utilizados por los centros de investigación en sus procesos de ensayo (fármacos, vacunas etc) con el objetivo de reducir costes y acelerar los proyectos.

En el campo del trasplante de dichos tejidos a personas y la generación de órganos funcionales, todavía existen una serie de retos técnicos, especialmente la dificultad para generar los miles de pequeños vasos sanguíneos necesarios para la irrigación del tejido, que permitan predecir en que momento empezarán a aparecer en el mercado.

Lo que no cabe duda es que cada vez son más las aplicaciones y los mercados que aparecen en torno a esta tecnología, lo que no garantiza sólo su futuro, sino que esta se convertirá en presente a mayor velocidad.

Gorka Asolo Domínguez es Ingeniero Industrial con especialidad en Organización Industrial por la ETSI Industriales UPM. 
Actualmente trabaja en el Centro de Apoyo a la Innovación tecnológica CAIT-UPM en el programa de Comercialización de Tecnologías UPM Innovatech y en el programa de Creación de Empresas actúaupm.