Impresión 3D: incursionando en la industria de la madera

Joe Silva González Periodista

Las impresoras 3D hacen posible la realización de infinidad de prototipos, en tiempos récord y sin altos costos, y aunque no trabajan con materiales 100% de madera, sí utilizan filamentos polímeros que contienen un porcentaje de ella y simulan su apariencia. Estas versátiles máquinas pueden ser útiles e interesantes herramientas para la industria del mueble.

Las tecnologías de impresión 3D o de manufactura aditiva (AM), desde sus inicios en 1978 han presentado constan-tes desarrollos –tanto en las máquinas como en los materiales que utilizan– ayudando a mejorar los procesos de producción en industrias como la aeroespacial, la de defensa, la automotriz, la médica y la de construcción, entre otras, incluida la de muebles que recién se familiariza con esta tecnología.

De hecho, un estudio del proyecto español FAMA (1) sobre fabricación aditiva en el sector del mobiliario, publicado en 2015, destaca entre los varios beneficios que ofrece este pro-ceso innovador, la versatilidad ya que permite una transformación sustancial en la forma como se diseña y se fabrica.

También resalta que se trata de tecnología flexible y de prototipado rápido y fácil, que da la posibilidad de explotar al máximo la creatividad; a la vez que reduce los costos elaborando el producto en el mismo sitio, con lo que se evitan costes logísticos y de producción (residuos, acabados, etc.). De igual manera destaca que hace posible la producción de piezas personalizadas, pues cualquiera puede fabricar sus propios productos que además serán únicos.

Ejemplos de la eficiencia y el servicio de la impresión 3D son visibles en la industria aeroespacial, la que mayor impulso ha dado a la introducción de la fabricación aditiva en el merca-do pues gracias a ella ha conseguido mejorar los rendimientos de los componentes fabricados, ha reducido el mantenimiento y ha ahorrado combustible disminuyendo el peso de los mismos. La empresa Boeing ha impreso 22.000 componentes que tiene en uso en diferentes aviones.

En Colombia, el mercado de las máquinas 3D está empezando a crecer, existen compañías ensambladoras, distribuidoras y otras que van más allá que las diseñan y fabrican, como es el caso de Bogohack, empresa nacional que hace cinco años entró al negocio de la venta de impresoras 3D obteniendo resultados positivos, con ventas crecientes que iniciaron con dos impresoras, llegaron a 30 el año pasado y hoy estiman serán de 60 en este 2016.

Hoy Bogohack está desarrollando y fabricando, además, una impresora 3D de tipo personal, de gran formato, 2 x 1 x 1 metros,  que puede trabajar con filamentos parecidos a la madera y servir a la industria del mueble.

Víctor Gómez, gerente de Bogohack y diseñador y fabricante de impresoras 3D señala que la competencia en mate-ria de impresoras 3D ha venido creciendo y la demanda ha aumentado. “Ya se abrió el primer almacén de impresoras 3D en Unilago, Bogotá y estamos a menos de un año de que el 40 % o 50 % de la población de una ciudad conozca qué es una impresión 3D”, afirma.

Para el caso del sector mueble y productos de madera, la opción de usar esta tecnología se muestra interesan-te aunque le implica a sus industriales explorar al detalle una tendencia hoy global, indagar para aprovecharla en la medida de sus requerimientos y objetivos, e integrarla a su cadena de fabricación.

En qué consiste la impresión 3D

Las impresoras 3D fabrican piezas tridimensionales, volumétricas a partir de un diseño hecho por computador; es decir, transforman archivos 2D en prototipos reales o 3D. Entre las diferentes máquinas disponibles en el mercado, el sector madera-mueble puede utilizar las de fundición o adición que emplean la tecnología FDM (Fused Deposition Modelling) –la más popular– y consiste en depositar capas finas de material termosensible que luego se solidifica enfriándose y sirviendo como base para la capa sucesiva. Para su funcionamiento, un inyector y un cabezal que se desplazan a través de los tres ejes XYZ. Cuando el cabezal termina de inyectar el material para una capa, este se mueve en el eje Z y realiza el mismo proceso para aplicar la siguiente capa.

En este proceso, un filamento de plástico se desenrolla de una bobina y abastece material hacia una boquilla de extrusión. El filamento que alimenta la boquilla tiene un tamaño aproximado de 1,25 mm y es calentado a una temperatura de entre 0,5 y 1ºC por debajo de la temperatura de fusión del material. La boquilla, montada en una plataforma mecánica, puede moverse en dirección horizontal y vertical y a medida que se desplaza por la mesa de acuerdo con la geometría adecuada, deposita una fina capa de plástico extruido para formar cada capa (2).

La tecnología 3D ha ido evolucionando en término de acabados, sistemas, calidad, tiempo y costes, introduciendo equipos sofisticados y ampliando el abanico de materiales que puede usar

El material base se endurece inmediatamente después de salir de la boquilla y se adhiere a la capa inferior. Todo el sis-tema está dentro de una cámara que se conserva a una temperatura justo por debajo del punto de fusión del plástico.

El cabezal va imprimiendo por capas hasta completar el diseño. Para sustentar las zonas en voladizo de la pieza, se extruye un segundo material de soporte que se elimina fácilmente, por ejemplo disuelto en agua. De esta forma se obtienen productos funcionales realizados en materia-les termoplásticos, excelentes para ensayos y montajes e incluso algunos materiales con una resistencia a altas temperaturas (200ºC). El tamaño de las capas pueden regularse (dependiendo de la máquina y el material) desde 0,127mm hasta 0,33mm de espesor.

Hay que tener en cuenta que antes del proceso de impresión es necesario contar con un software de diseño de piezas 3D CAD –como Blender, Catia, FreeCAD, OpenS-CAD, SolidWorks o Tinkercad, entre otros– que permita alimentar a la impresora de adición para producir las pie-zas y forma capas de hasta 0.1 mm de espesor. Los software suelen disponer de funciones que evalúan si el diseño realizado cumple con las características necesarias tanto en forma como rendimiento para ser fabricado mediante una impresora 3D.

Vale señalar que una impresión con este método puede tardar horas ya que deben aplicarse todas las capas necesarias, y que la duración del proceso dependerá de la complejidad de la pieza a fabricar.

Filamentos símiles a la madera

Actualmente los materiales plásticos son los más usados en la tecnología de fabricación aditiva o 3D, entre ellos están el ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), un monómero termoplástico amorfo que no tiene un punto de fusión claro, y sus propiedades más importantes son la dureza y la resistencia al impacto y al calor; y el PLA (Polylactic Acid), un termoplástico biodegradable –disponible en diversos grados de suavidad– que se obtiene a partir de almidón de maíz en Estados Unidos; de yuca o mandioca, en Asia; o de caña de azúcar en el resto del mundo.

Además del ABS y el PLA existen otros materiales mixtos que combinan plástico con otros compuestos, que permiten imprimir artículos con apariencia de madera, y que se emplean para elaborar pequeños objetos o prototipos de reducido tamaño, no muy exigentes desde el punto de vista de resistencia esfuerzos, cambios de  temperatura o variaciones de la humedad.

El  Laywoo-D3  es un filamento frágil, patentado por la compañía holandesa FormFutura, su composición de polímero y 40% de polvo de madera le da un acabado, color y olor que se asemeja a la madera.

Tecnología asequible

“Leon 3D, por ejemplo, fabrica dos modelos de impresoras 3D que ad-miten el tipo de filamento de madera, uno en versión DIY, Do It Yourself, (hazlo tú mismo) y otro profesional, ambos testeados, el filamento lo desarrollamos en conjunto con un centro tecnológico de Alemania. Los precios de estos equipos oscilan entre los 450 y los 2500 euros”, manifiesta la empresa española Leon 3D.

se emplean para elaborar pequeños objetos o prototipos de reducido tamaño, no muy exigentes desde el punto de vista de resistencia esfuerzos, cambios de  temperatura o variaciones de la humedad.

Entre estos materiales combinados está el Laywoo-D3, un filamento frágil, patentado por la compañía holandesa FormFutura, especializada en la producción de artículos de consumo para las impresoras 3D, que tiene además del polímero un 40 % de polvo de madera que le da un acaba-do, color y olor semejante a la madera.

Otro material mixto desarrollado también por FormFutura es el filamento Easy Wood Coconut, una mezcla compues-ta al 40 % de finas partículas de nuez de coco y al 60 % de polímeros, y que a primera vista ofrece una superficie y un aspecto de madera tropical de color marrón oscuro.

De igual manera está la marca china Popbit con el filamen-to Woodfill Fine, hecho con un 30% de fibras recicladas y polvo de madera de chopo, aunque no se ha encontrado información sobre los porcentajes; y finalmente está el Timberfill – Fillamentum, del que señalan sus productores es 100 % biodegradable y derivado de la madera, pero del cual tampoco hay información detallada sobre composición y porcentajes.

Según Víctor Gómez, gerente de Bogohack, en el mercado colombiano es posible encontrar máquinas de prototipado, en las que puede utilizarse  filamento Laywood, desde seiscientos mil pesos –que en realidad son más como un juguete de experimentación– hasta impresoras de quince millones de pesos y cuya producción depende de la calidad de la máquina.

“En tiempos de producción, una im-presora 3D del rango de los quince millones de pesos es entre un 20% y un 30% más eficiente que una máquina de 600.000 pesos, pero la verdadera diferencia se nota en la  calidad y la confiabilidad. Una impresora económica exige calibración y saber hacerlo; no traen soporte técnico, el comprador tiene que experimentar y aprender con ella para operarla. De otro lado, las  máquinas de 15 millones de pesos están pensadas para trabajos grandes, con software robustos, para que las piezas sean de mejor calidad”, señala Gómez.

Este experto recomienda, para los profesionales del sector madera, impresoras personales de alta gama, que pueden estar entre los seis millones de pesos y los quince millones de pesos, dependiendo de sus características. “Son máquinas listas y preparadas para producción; sus fabrican-tes deben garantizar confiabilidad y servicio técnico”, asegura.

Vale indicar que las piezas en impresión 3D no son 100 % conformadas por material sólido, usualmente tienen estructuras vacías internamente, como panales de abeja o triangulares, que las hacen mucho más livianas pero resistentes. Con un kilo de filamento se puede producir una cantidad importante de piezas, por ejemplo, alcanza para imprimir alrededor de doscientas unidades de un llavero de casa. Un kilo de filamentos Laywood, puede conseguirse aproximadamente desde ciento cincuenta mil pesos en adelante.

Oportunidades que brinda la impresión 3D al sector

La industria madera-mueble, con las impresoras 3D puede incursionar en el ámbito del prototipado previo de forma rápida o determinar cómo que-darán sus productos a una escala más pequeña. De otra parte representa un proceso de fabricación innovador que ofrece un rápido y alto grado de personalización en el diseño pues de un día para otro la pieza puede ser modificada drásticamente y da la posibilidad al fabricante de hacer elementos a la medida de cada cliente.

“Los parámetros de fabricación de las impresoras 3D se miden por horas.

Fábrica de impresoras Bogohack. Pie de foto: Actualmente los tutoriales que se encuentran en YouTube y los kit de impresoras 3D son  tan completos que mucha gente se puede decir: “soy ensamblador y lo hago bien”.

Un llavero para un automóvil puede tardar 15 minutos en imprimirse, pero un producto como un florero de cualquier diseño puede demandar entre seis o siete horas. La impresión 3D es un proceso revolucionario porque para este caso  si lleva numerosos huecos o va con grabados, en técnicas tradicionales, resultaría muy demorado y costoso ya que se debe hacer un molde, una inyección; pero si tiene una máquina 3D, el fabrican-te espera solo medio día y tal vez le cueste cincuenta mil pesos”, expresa el gerente de Bogohack.

Con el uso de estas máquinas también existe la oportunidad de aprovechar el amplio margen de diseño que ofrecen; es así que se puede integrar madera maciza a partes terminadas por impresoras 3D, igual que cuando se combina el vidrio con la madera, o diferentes materiales para generar muebles. También pueden ser muy útiles para hacer uniones entre piezas de madera, o realizar apliques o molduras para decorar un mueble.

Vale aclarar que si se utiliza una impresora 3D para hacer las diferentes partes de un mueble, como una silla, el proceso puede tardar varios días dependiendo de la complejidad del diseño. Por esta razón empresas como Bogohack han armado un muro de fabricación que cuentan con varias impresoras trabajando simultáneamente lo que reduce el tiempo de fabricación de las piezas para luego ensamblar.

“Si tenemos cincuenta impresoras y cada una cuesta seis millones de pesos, todas valdrían $300 millones, que puede ser el valor equivalente o menor a una línea de moldeo y extrusión. Con ellas se podrían obtener 50 piezas en tres horas lo que vuelve viable el negocio”, asegura Gómez.

Las impresoras 3D hacen posible que los usuarios diseñen sus propias piezas, subcontratando la fabricación a talleres especializados que disponen de esta tecnología, fácil de usar y económica.

Utilizarlas correctamente, realizarles los mantenimientos indicados por los fabricantes, conocer los diferentes filamentos para manipularlos adecuadamente, tener horas de impresión “bajo la manga”, son las condiciones básicas para aprovechar esta tecnología cuyo límite real es la imaginación a la hora de  experimentar y crear productos originales.

1. El proyecto FAMA, desarrollado en cola-boración entre el Instituto Tecnológico del Mueble, Madera, Embalaje y Afines (AIDIMA)
y el Instituto Tecnológico Metalmecánico de Valencia (AIMME), en España, busca estudiar

2. la viabilidad y desarrollar una tecnología de fabricación aditiva para el sector del mueble y del hábitat en general, así como los mate-riales más adecuados a emplear. El proyecto está financiado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) y el Fon-do Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

 El documento sobre fabricación aditiva del  Proyecto FAMA describe el funcionamiento del proceso FDM.

Fuentes:

Estudio del Proyecto FAMA sobre fabrica-ción aditiva en el sector del mueble. 2015. Investigación del proyecto español  FAMA, fue realizada en colaboración entre el Ins-tituto Tecnológico del Mueble, Madera, Embalaje y Afines (AIDIMA ) y el Instituto Tecnológico Metalmecánico de Valencia (AIMME).

Víctor Gómez. Gerente de la compañía co-lombiana Bogohack  que diseña y fabrica impresoras 3D.

Leon 3D. empresa española precursora de la tecnología 3D o fabricación aditiva, la cual implementa en el campo educativo, profe-sional y particular.

www.imprimalia3d.com

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