Impresión 3D: ¿Deberían tomar nota los diseñadores y desarrolladores?

La impresión 3D no es una tecnología nueva, pero los avances recientes en varios campos la han hecho más accesible para los aficionados y las empresas. En comparación con otros sectores tecnológicos, sigue siendo una industria pequeña, pero la mayoría de los analistas coinciden en que tiene mucho potencial. Pero, ¿dónde está el potencial para los diseñadores e ingenieros de software autónomos?

Un compañero de Toptaler me preguntó esto hace un par de semanas, porque solía cubrir la impresión 3D para un par de publicaciones. No tenía una respuesta clara. No podría simplemente enumerar las oportunidades de negocios porque esta es una industria de nicho con un potencial limitado y atractivo para el mercado masivo. Además, la impresión 3D aún no es una tecnología madura, lo que significa que no hay mucho en el camino de la estandarización y los recursos en línea para los diseñadores y desarrolladores dispuestos a dar el paso.

Sin embargo, esto no significa que no haya oportunidades de negocio; están ahí fuera, pero son limitados. En esta publicación, intentaré explicar qué hace que la industria de la impresión 3D sea diferente y qué pueden esperar los trabajadores autónomos en el futuro.

Impresión 3D para aficionados y empresas

En primer lugar, creo que debemos distinguir entre dos nichos muy diferentes en la industria de la impresión 3D o fabricación aditiva.

En un extremo del espectro, tiene innumerables entusiastas del hardware, desarrolladores de software y diseñadores que trabajan en proyectos de código abierto. El proyecto RepRap encarna este enfoque ágil y abierto mejor que cualquier iniciativa similar en la industria. RepRap significa Replicating Rapid Prototyper y es básicamente una iniciativa para desarrollar impresoras económicas basadas en la tecnología de fabricación de filamentos fusionados (FFF). Esencialmente, esa es la tecnología de modelado por deposición fundida (FDM), pero RepRap no puede usar ese nombre porque fue comercializado por Stratasys. Cuando expiró la patente de la empresa sobre FDM, la comunidad de código abierto adoptó FDM, aunque con un nombre diferente.

RepRap cumplió diez años este año y las primeras impresoras aparecieron unos años después del lanzamiento. Para 2010, el proyecto RepRap estaba en su diseño de tercera generación y la comunidad RepRap experimentó un gran crecimiento en los años siguientes.

Una característica notable que surge de la iniciativa RepRap es la autorreplicación; el objetivo final del proyecto es crear una impresora 3D que eventualmente se replique a sí misma. Todavía no hemos llegado allí, pero algunos diseños de RepRap permiten a los usuarios imprimir tres cuartas partes de la impresora. Todavía no puedes imprimir extrusores y servos eléctricos, pero es un comienzo.

Sin embargo, nunca se supuso que RepRap fuera un éxito comercial. Se creó como una iniciativa tecnológica, por lo que nunca se centró en el consumidor. Se trataba de ser pionero en varias tecnologías y llevarlas al mercado de aficionados a bajo costo. Nunca se supuso que RepRap fuera una fuente de ingresos.

Entonces, ¿qué pasa con las grandes empresas? Varios pioneros de la industria ya se han convertido en pesos pesados ​​de la impresión 3D. Estos incluyen Stratasys, 3D Systems, Ultimaker y Printbot. Las impresoras RepRap todavía tienen una gran cuota de mercado y no están siendo desplazadas por plataformas propietarias. De hecho, la mayoría de los proveedores no tienen más remedio que adoptar algunos estándares RepRap para garantizar la compatibilidad.

Sin embargo, enumerar simplemente las empresas de impresión 3D y su cuota de mercado respectiva no pinta el cuadro completo. Por ejemplo, RepRap se limita a la tecnología FFF, que es la tecnología de impresión 3D más extendida en la actualidad. El problema es que las impresoras FFF tienen muchas limitaciones, lo que significa que no se pueden usar en muchas industrias.

Diferentes tecnologías para diferentes aplicaciones

Para tener una mejor idea de lo que hay, debemos echar un vistazo a las tecnologías de impresión 3D disponibles actualmente. Esto puede no parecer interesante si no es un geek del hardware, pero es importante entender la diferencia entre varias tecnologías de impresión (e intentaré que esta sección sea lo más breve posible).

• FFF/FDM generalmente se basa en un "filamento" termoplástico calentado por la extrusora de la impresora antes de ser depositado en la plataforma de impresión. La mayoría de las impresoras FFF se basan en filamentos de plástico ABS y PLA, pero los últimos modelos también utilizan filamentos de policarbonato (PC), polietileno de alta densidad (HDPE) y poliestireno de alto impacto (HIPS). Algunos incluso usan alambre de metal en lugar de plástico, mientras que otros usan aserrín para crear objetos casi de madera. Algunos incluso pueden imprimir comida, chocolate, pasta, etc.

• Las impresoras granulares son bestias diferentes ya que su material no es filamento sino, por lo general, metal en polvo. Estas impresoras suelen estar basadas en tecnología láser (aunque no tienen mucho en común con la impresora láser de su oficina). Utilizan un potente láser para fusionar selectivamente materiales granulares. Hay varias formas de hacerlo: las impresoras de sinterización selectiva por láser (SLS) fusionan pequeñas partículas de metal mediante el proceso de "sinterización", mientras que las impresoras de fusión selectiva por láser (SLM) derriten el polvo. Las impresoras de fusión por haz de electrones (EBM) golpean el polvo de metal con un haz de electrones en un entorno de vacío

• Las impresoras de estereolitografía (SLA) transforman la materia prima líquida en sólidos utilizando la luz. Estas impresoras tienen una serie de ventajas, en términos de precisión y la capacidad de producir objetos complejos en una sola pasada, porque las impresiones SLA no requieren puntales ni soportes, en la mayoría de los casos. La desventaja es que la elección de materiales es muy limitada. Por lo general, son polímeros líquidos exóticos y no se pueden usar para imprimir metal o chocolate.

Existen algunas tecnologías de impresión 3D más, pero no veo el sentido de cubrirlas todas a los fines de esta publicación de blog.

El reto

Entonces, ¿por qué no estamos todos jugando con impresoras 3D en nuestros hogares y oficinas? ¿Por qué no podemos imprimir objetos de la misma manera que imprimimos facturas, hojas y correos electrónicos? La impresión 3D no se generalizará en el corto plazo, y aquí hay algunos desafíos y problemas que deben abordarse primero.

• Hardware prohibitivamente caro
• Base de usuarios limitada (en comparación con las impresoras tradicionales)
• Tecnología inmadura
• Velocidad
• Precio/rendimiento, ROI
• Correr cuesta
• Eficiencia energética

Con cada nueva generación, las impresoras 3D de nivel de entrada se vuelven un poco más baratas, pero siguen siendo demasiado caras para la mayoría de los usuarios potenciales. Una cosa es comprar una impresora de $ 200 para su hogar u oficina, probablemente terminará usándola mucho, pero lo mismo no es necesariamente cierto para las impresoras 3D. ¿Cuántas personas necesitan imprimir documentos y cuántas necesitan imprimir objetos 3D?

La tecnología está mejorando, pero persisten serias limitaciones. Las impresoras 3D aún son lentas, son sensibles a todo tipo de condiciones adversas, sus "camas de impresión" tienden a ser pequeñas (especialmente en modelos económicos), la elección de materiales es limitada y el filamento puede ser costoso.

La razón por la que las empresas no hacen fila para comprar impresoras 3D es simple: el retorno de la inversión. Las impresoras 3D aún no pueden acercarse a los métodos de fabricación tradicionales en términos de velocidad, costo y eficiencia energética. Esto no significa que la industria no cambiará a la impresión 3D en el futuro; ya estamos viendo algunos desarrollos pioneros, pero las impresoras 3D no dejarán obsoletas las técnicas de fabricación tradicionales pronto.

Aún así, hay algunas excepciones notables. Hace un par de años, General Electric se propuso diseñar y construir una nueva boquilla de inyección de combustible para su motor turbofan CFM LEAP de próxima generación, que seguramente terminará en cientos de aviones. GE finalmente se decidió por las boquillas de titanio impresas en 3D. ¿La razón? La nueva boquilla impresa en 3D terminó siendo un 25 por ciento más liviana que el diseño anterior y constaba de una sola pieza en lugar de las 18 de la boquilla anterior. Se espera que la durabilidad sea cinco veces mejor. Estas boquillas se utilizarán en motores fabricados a partir de 2016. GE espera producir más de 100.000 piezas impresas en 3D para finales de la década.

Un equipo de ingenieros de GE decidió crear una réplica funcional de uno de los motores de la empresa, utilizando una nueva técnica de impresión granular denominada "fusión de metal por láser".

En pocas palabras, no, no comprará juguetes impresos en 3D por $ 2 en el corto plazo, pero volará en aviones impulsados ​​​​por motores más eficientes y confiables, hechos posibles gracias a la impresión 3D. No habrá ningún chocolate impreso en 3D en su centro comercial local, al menos no todavía, pero su dentista le dirá que probablemente no sea una buena idea comer chocolate de todos modos, justo después de obtener su prótesis impresa en 3D.

Hay otra forma: servicios de cumplimiento de impresión 3D

Entonces, tienes una gran idea para un producto, pero primero necesitas una pequeña serie de prototipos. ¿A quién llamas? ¿Compras un montón de impresoras 3D? ¿O simplemente envía el diseño a un servicio logístico que le enviará los modelos completos en cuestión de días?

Un servicio de cumplimiento de impresión 3D parece una opción sin problemas, y esa es la dirección que la industria parece estar tomando. Muchos equipos de impresión 3D han lanzado servicios similares y están colaborando con otros líderes de la industria. Un ejemplo de esta relación simbiótica es Stratasys Direct Express, que recientemente se asoció con Adobe y permitió la integración de Photoshop CC, ofreciendo impresión 3D en color para diseñadores profesionales.

Google y Motorola no invirtieron miles de millones en sus propias instalaciones de impresión 3D cuando presentaron el concepto de teléfono inteligente modular Ara. Subcontrataron la fabricación de módulos a 3D Systems. Este ejemplo también subraya la flexibilidad potencial de la fabricación aditiva: Ara se basa en un exoesqueleto de aleación lleno de varios módulos estandarizados que podrían imprimirse en 3D. Dado que los módulos deben conectarse al exoesqueleto, 3D Systems desarrolló una nueva técnica para depositar materiales conductores dentro de los componentes impresos, que está muy lejos de los prototipos de impresoras 3D tradicionales.

Los servicios de cumplimiento 3D generalmente ofrecen varias tecnologías de impresión diferentes, hardware de última generación y soporte. ¿Por qué molestarse en obtener una impresora de $2,000 cuando simplemente puede enviar sus diseños a profesionales y usar cualquiera de una variedad de impresoras profesionales, algunas de las cuales cuestan más que su hogar? Y no nos olvidemos de la economía de escala; Los grandes servicios pueden y deben ofrecer una relación precio/rendimiento superior en comparación con la impresión interna.

En mi opinión, este es el camino a seguir. Este modelo de negocio sencillo tiene mucho a su favor, y es difícil ver cómo los individuos y las pequeñas empresas podrían competir en igualdad de condiciones. En términos de precio, tamaño y consumo de energía, una impresora 3D profesional tiene más en común con una imprenta que con su LaserJet, y ¿cuántas personas necesitan una imprenta en su hogar u oficina?

(Uno de mis motivos favoritos es el nombre en sí. Cuando menciona una "impresora" en una conversación, la mayoría de la gente piensa en la impresora de inyección de tinta de su hogar o en la impresora de la oficina. Si bien es cierto que las impresoras 3D son impresoras, no tienen mucho en común con las impresoras tradicionales, y esta distinción a menudo se pierde en los legos. Si seguimos llamándolas máquinas de fabricación aditiva, esto no sería un problema).

Impresión 3D para diseñadores y desarrolladores

¿Qué significa todo esto para el diseñador visual o ingeniero de software promedio? ¿La impresión 3D cambiará la forma en que hacemos negocios? ¿Permitirá la creación rápida de prototipos o incluso la fabricación económica a pequeña escala? ¿Cuándo vamos a cocinar pasta Barilla impresa en 3D para el almuerzo?

Me temo que no hay una respuesta simple porque se puede ver desde varias perspectivas. Todo depende de tus afinidades y objetivos personales.

Hay algunas formas diferentes en que los diseñadores y desarrolladores pueden involucrarse en la impresión 3D:

• Participación en iniciativas de código abierto (RepRap)
• Uso de herramientas de diseño profesional (Adobe CC)
• Integración de la funcionalidad de impresión a las aplicaciones (plataforma de impresión 3D Spark de Autodesk)
• Uso de servicios de cumplimiento de impresión 3D
• Integración de servicios de cumplimiento de impresión 3D

La mayoría de las iniciativas de código abierto están dirigidas a usuarios individuales y aficionados. También son valiosos para la educación y pueden fomentar mucha innovación. La desventaja es que no se puede ganar mucho dinero en este nicho. Es sobre todo un trabajo de amor. La buena noticia es que el listón está bastante bajo; puede obtener una impresora de nivel de entrada y un montón de filamentos de plástico por menos de $ 500. Puede obtener una impresora 3D barata y relativamente buena por el precio de un buen teléfono inteligente.

La integración de capacidades de impresión y diseño 3D podría resultar más lucrativa a largo plazo. Los diseñadores no tienen que esforzarse por experimentar con la impresión 3D porque ya es accesible a través de los principales paquetes de software. Tarde o temprano, un cliente comenzará a hacer preguntas sobre prototipos impresos en 3D o producción a pequeña escala, por lo que, dependiendo de su nicho, podría ser una buena idea investigar un poco.

Nos quedamos con el elefante en la habitación: los servicios de cumplimiento de impresión 3D.

Externalización de la impresión 3D a través de la nube

A primera vista, los servicios de cumplimiento parecen ser la respuesta a todo. Ponen los servicios profesionales al alcance de personas, empresas emergentes y pequeñas empresas que, de otro modo, no podrían pagar ciertas técnicas de impresión, como la sinterización por láser o la estereolitografía. Son prácticamente la única forma viable de integrar la impresión 3D en una gama de diferentes servicios, principalmente a través de aplicaciones web y móviles basadas en la nube.

¿Entonces cuales sonlas desventajas? No hay muchos.

Los servicios de cumplimiento a escala industrial son un concepto relativamente nuevo. Sin embargo, la disponibilidad sigue siendo limitada. Claro, si necesita imprimir unas pocas docenas de prototipos de titanio en California, eso no será un problema, pero ¿qué sucede si necesita hacer exactamente lo mismo en Botswana o Bahrein? Será más caro porque los diseños fabricados tendrán que enviarse por todo el mundo. La fabricación in situ suena bien, pero podría resultar prohibitivamente costosa

Por supuesto, la fabricación in situ tiene mucho que ofrecer; Si una empresa necesita iterar y revisar diseños rápidamente, entonces la velocidad y la conveniencia de la creación rápida de prototipos de impresoras 3D no pueden ser igualadas por los servicios de impresión. Este es un nicho relativamente estrecho, pero de ninguna manera es pequeño. Estudios de diseño, arquitectos, ingenieros, varios departamentos de mantenimiento, logística, educación; todos necesitan impresoras in situ. Además, si necesita una pieza de repuesto impresa en la Estación Espacial Internacional, no puede llamar exactamente a Amazon. En otra nota, la impresión 3D en el espacio habría hecho que las hazañas de la tripulación del Apolo 13 parecieran menos impresionantes. No es de extrañar que la NASA ya esté experimentando con ellos en el espacio.

Vale la pena señalar que las impresoras 3D se pueden usar para imprimir más que piezas de repuesto y componentes pasivos. También se pueden utilizar para imprimir componentes eléctricos en funcionamiento, desde altavoces hasta placas de circuito impreso (PCB). La creación de prototipos de PCB es un buen nicho porque los métodos tradicionales son lentos y costosos. Una impresora 3D con una bobina de filamento conductor generalmente puede hacer el truco en el sitio, a tiempo y dentro del presupuesto.

Aún así, en lo que respecta a las aplicaciones del mercado masivo, es probable que este espacio esté dominado por grandes jugadores como Amazon, Stratasys, 3D Systems y posiblemente Hewlett-Packard. A medida que la industria madure, la disponibilidad mundial dejará de ser un problema, los precios bajarán y el nuevo hardware ofrecerá nuevas oportunidades y una calidad superior.

En mi opinión, el mayor problema al que se enfrenta actualmente la industria es la falta de casos de uso. Claro, suena conveniente, pero ¿ para quién es ? ¿Cómo hacemos que los productos impresos en 3D lleguen a las manos de los consumidores principales?

Esta pregunta no es tan sencilla como parece porque la fabricación aditiva ha sido promocionada en los últimos años. Intente buscar en Google casos de uso de impresión 3D y verá lo que quiero decir: la impresión 3D parece ser la respuesta a todos nuestros problemas, pero en realidad la mayor parte es exageración, basada en proyecciones a largo plazo.

Entonces, decidí incluir investigaciones de una fuente imparcial: la Oficina de Propiedad Intelectual del Reino Unido. El documento, titulado El estado actual y el impacto de la impresión 3D en el sector industrial: un análisis de seis estudios de casos, es extenso y examina el impacto potencial de la fabricación aditiva en varias industrias: automotriz, electrodomésticos, repuestos, productos personalizados, ingeniería inversa. , juegos y gráficos generados por computadora.

Los productos personalizados y los diseños derivados de CGI se destacan como los casos de uso más realistas para los autónomos, así que echemos un vistazo más de cerca.

Fabricación personalizada

Una de las mayores ventajas de la fabricación aditiva sobre los métodos de fabricación tradicionales es la capacidad de producir diseños únicos o series pequeñas. ¿Cuánto tiempo llevaría crear un juguete de plástico utilizando la fabricación tradicional? Necesitarías un montón de equipo, troqueles y todo eso. Con la impresión 3D, solo es cuestión de seleccionar una estructura alámbrica y hacer clic. Esto significa que es posible producir diseños únicos, adaptados para satisfacer las necesidades de diferentes clientes.

La fabricación aditiva puede permitir que los consumidores promedio diseñen y personalicen varios productos antes de realizar una compra. Esto se puede hacer usando aplicaciones de escritorio profesionales, o incluso aplicaciones web y móviles. Nadie espera que el consumidor promedio diseñe un artículo desde cero, pero incluso un niño podría personalizar un juguete usando una aplicación móvil simplificada.

Dicha plataforma tendría que incluir un montón de diferentes colores o opciones de calcomanías, junto con los mismos wireframes 3D. Además, debería ser posible crear diseños modulares, por lo que si los niños están personalizando un coche de juguete o una muñeca, podrían elegir entre decenas de componentes diferentes, pero compatibles, que se ensamblarían para hacer el producto.

Sí, en lugar de personalizar entornos virtuales en aplicaciones y juegos, los niños nacidos hoy podrán personalizar sus juguetes reales o convertir sus personajes de videojuegos en figuras de acción. Te hace desear haber nacido un par de décadas después, ¿no?

Aquí hay algunos casos de uso de impresión 3D personalizados con atractivo para el mercado masivo:

• Juguetes
• Joyas personalizadas
• Productos de bricolaje y aficionados
• Complementos de moda y gadgets
• Electrodomésticos y artículos para el hogar personalizados

Sin embargo, los productos no tienen que personalizarse para que coincidan con su gusto; también se pueden hacer para que combinen perfectamente con tu físico, como un traje a medida. Es posible que estos productos no tengan el atractivo del mercado masivo de los juguetes personalizados, pero eso no los hace menos emocionantes. De hecho, los encuentro mucho más interesantes que un broche o una muñeca personalizados.

Estos son solo algunos ejemplos:

• Odontología digital
• Cirugía (maquetas para entrenamiento, articulaciones de reemplazo impresas en 3D)
• Prótesis avanzada
• Equipos y prendas a medida para diversas profesiones.
• Material deportivo y accesorios

Claro, estas aplicaciones no tienen casi el mismo atractivo emocional que las que mencioné anteriormente, pero en el gran esquema de las cosas podrían ser igual de lucrativas e importantes, especialmente cuando se consideran las aplicaciones médicas.

Las implicaciones y el futuro de la impresión 3D

Entonces, ¿cuál es el resultado final? ¿La impresión 3D cambiará el panorama industrial? ¿Es realmente la próxima revolución industrial?

La impresión 3D, o fabricación aditiva, es una tecnología muy prometedora, pero inmadura. Claramente tiene mucho potencial, pero todavía no estamos cerca de realizarlo a pesar de que la industria está experimentando un gran crecimiento.

De hecho, el mercado de servicios, hardware y materiales de impresión 3D ha estado creciendo a un ritmo saludable de dos dígitos durante años. La mayoría de los analistas esperan que el mercado se duplique a finales de la década, superando la marca de los 10.000 millones de dólares. Eso puede sonar como mucho dinero, pero pongámoslo en perspectiva: los mismos analistas esperan que los envíos anuales de teléfonos inteligentes para 2015 terminen en el rango de 1.300 a 1.400 millones de unidades.

Mirando más allá del bombo publicitario, la impresión 3D es una tecnología con un atractivo limitado, al menos en esta etapa inicial. Sin embargo, continuaremos viendo crecimiento y desarrollo en el futuro previsible, respaldado por nuevos casos de uso. Muchos de estos casos de uso y modelos comerciales se basarán en los servicios de cumplimiento de impresión 3D. Esta es una buena noticia para las pequeñas empresas y las personas, ya que podrán utilizar la infraestructura de terceros con relativa facilidad. No tendrán que comprar docenas de impresoras, simplemente integrarán algunas API a su plataforma y eso es todo.

A corto plazo, este es el futuro de la impresión 3D, al menos desde la perspectiva del mercado masivo.