Tanto en la fabricación de prótesis personalizadas como en intervenciones quirúrgicas o para el mantenimiento de los centros hospitalarios, la fabricación aditiva está cada vez más presente en el sector médico. Sin duda, es uno de los sectores que más se ha beneficiado de esta tecnología. Además, aplicaciones que parecen sacadas de una película de ciencia ficción como la bioimpresión de tejidos están cada día mas cerca de ser una realidad.

Aplicaciones de la fabricación aditiva en las cirugía

La cirugía es una de las aplicaciones donde la fabricación aditiva tiene un mayor potencial. Por una parte, se pueden reproducir órganos que permiten al personal médico practicar antes de la intervención. De esta manera, se puede observar cual es la alternativa más adecuada y evitar errores durante la intervención.

Por otra parte, también se puede diseñar y fabricar instrumental quirúrgico adaptado a las necesidades de cada operación, permitiendo adecuarse al paciente y mejorando encarecidamente el resultado. Por supuesto, el material fabricado mediante técnicas de fabricación aditiva es biocompatible y se puede esterilizar.

Diseño y fabricación de prótesis personalizadas

La fabricación aditiva ha reducido enormemente el coste de producción de prótesis personalizadas. Gracias a esta tecnología, se pueden fabricar todo tipo de prótesis de manera que sean funcionales, cómodas y estéticas. Desde prótesis de brazos o piernas hasta implantes para personas que requieren de una reconstrucción facial.

La tecnología 3D no solo mejora la calidad de vida a nivel de movilidad o funcionalidad de las extremidades, también se emplea para aumentar el autoestima de personas que han sufrido accidentes o que han pasado por una enfermedad.

Prótesis de mano fabricada mediante impresión 3D

Mantenimiento de los centros hospitalarios

La fabricación aditiva es una herramienta versátil que tiene una gran variedad de aplicaciones médicas, pero que también cumple una función muy importante en los centros hospitalarios. Gracias a la fabricación aditiva se pueden fabricar gran variedad de recambios destinados a diversos usos.

Un ejemplo claro del uso de la tecnología 3D dentro del sector médico se ha reflejado durante el inicio de la pandemia de la COVID-19. Durante estos primeros meses de incertidumbre, la escasez de material médico de protección puso en riesgo a los sanitarios que trabajaban para frenar la enfermedad. De esta manera, desde el sector de la fabricación aditiva se fabricaron EPIs y pantallas de protección que se donaron a centros sanitarios y hospitales.

Bioimpresión de tejidos y órganos

La bioimpresión de tejidos y órganos responde principalmente a la necesidad de búsqueda de órganos para los pacientes que los necesitan. Según datos de la Unión Europea, en 2018 había 87.000 personas en la lista de espera de las cuales solo 10.500 recibieron un órgano. Por ello, cada día son más universidades e instituciones médicas que destinan recursos a la investigación de la bioimpresión.

Aunque se trata de una tecnología que aún está en desarrollo, son muchos los avances que se han conseguido durante los últimos años. En 2018, la Universidad de Tel Aviv lograron desarrollar por primera vez un corazón impreso que combinaba tejido humano extraído de un paciente. El órgano, que tenía el tamaño del corazón de un conejo, supuso un gran avance, como explicó el Profesor Tal Dvir de la Escuela de Biología Celular Molecular y Biotecnología de la TAU, quien dirigió el estudio: «Esta es la primera vez que alguien ha diseñado e inyectado con éxito células, vasos sanguíneos, ventrículos y cámaras».

A pesar de estos grandes avances, aún queda bastantes años de investigación hasta llegar a obtener órganos funcionales que pueden implantarse en un paciente. Aún así, universidades y centros de investigación seguirán destinando recursos para que la medicina regenerativa y la bioimpresión sean una realidad.

Tecnología de impresión 3D empleada en medicina

Dentro del sector médico estas son algunas de las tecnologías de fabricación aditiva más empleadas en medicina.

Sinterizado selectivo por laser (SLS): el sinterizado selectivo por láser permite crear geometrías complejas y acabados suaves ideales para la fabricación de modelos para medicina.

Modelado por deposición fundida (FDM): se trata de una de las técnicas de fabricación aditiva más empleadas debido a su reducido coste y a su gran facilidad de uso. Es una de las opciones más empleadas para la fabricación de prótesis, ya que permite acabados con gran detalle, funcionalidad y con materiales ligeros.

Además, el FDM permite la producción de repuestos y herramientas en hospitales y centros hospitalarios reduciendo encarecidamente los costes de estos recursos.

Estereolitografía (SLA): la estereolitografía es una tecnología de manufacturación aditiva que emplea resina y que permite la fabricación de piezas con un alto nivel de detalle.

En definitiva, la fabricación aditiva ha mejorado el tratamiento y la calidad de vida de los pacientes. Además, ha permitido reducir el coste de producción de prótesis personalizada y se ha convertido en una herramienta para mejorar los resultados de las intervenciones quirúrgicas. Sin duda, la tecnología aditiva abre un gran abanico de posibilidades en medicina y aplicaciones como la bioimpresión muestran un esperanzador futuro para la medicina regenerativa.

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El modelado deposición de material fundido (FDM) es la técnica más utilizadas dentro del sector de la fabricación aditiva. Gracias a su facilidad de impresión, rapidez y versatilidad, se ha convertido en una de las herramientas más demandadas en el sector industrial.

El modelo por deposición de material fundido ha conseguido abaratar los costes de producción de prototipos y modelos finales en gran variedad de sectores como el sector médico, el aeronáutico, el automovilístico, el electrónico o el alimentario. Además, gracias a la gran versatilidad de materiales y formas de producción, el FDM se está empezando a emplear en otros sectores como el educativo o para la restauración de patrimonio cultural.

Esta técnica de fabricación fue desarrollada por S. Scott Crump a finales de la década de los 1980, pero su comercialización no comenzó hasta 1990. Aunque lleva años empleándose en la industria, hoy en día ha ganado un gran reconocimiento por parte del público general que ha comenzado a ver las grandes posibilidades que ofrece la fabricación aditiva.

Ventajas de la fabricación mediante FDM

La fabricación de modelos mediante FDM ha revolucionado por completo el sector industrial. Esta técnica ofrece una serie de ventajas respecto a otras tecnologías tradicionales:

Reducción de tiempos de producción: el FDM ha permitido reducir los plazos de producción de procesos industriales. Por ejemplo, se ha reducido en un 80% el tiempo de fabricación de prototipos industriales.
Gran versatilidad: gracias a las peculiaridades de la fabricación aditiva con una única máquina puedes producir infinidad de piezas de tamaños, formas y materiales distintos, a diferencia de lo que ocurre con otras técnicas de fabricación tradicionales.
Ahorro de costes: el FDM es la técnica de fabricación aditiva más económica tanto en impresoras como en filamentos.
Tecnología ecológica: el material más empleado en FDM es el PLA, un termoplástico producido a base de materiales renovables como el almidón de maíz, raíces de tapioca o caña de azúcar. Por otra parte, gracias a las peculiaridades de la fabricación aditiva, apenas se producen residuos durante el proceso de producción.
Gran facilidad de impresión: el FDM es una técnica de fabricación muy fácil de usar y que no requiere de grandes conocimientos técnicos para ponerla en marcha.

Aunque el modelado por deposición fundida ofrece grandes ventajas, es cierto que los niveles de detalles suelen ser menores que en otras técnicas de fabricación como el SLS. Además, requiere de una calibración precisa para obtener los resultados óptimos.

Aplicaciones de la fabricación mediante FDM

Estos son las principales aplicaciones del modelado por deposición fundida:

Producción de piezas finales: el FDM permite la producción de series cortas o de piezas complejas de uso final.
Prototipado industrial: uno de los procesos donde más destaca el FDM es en la producción de prototipos tanto de análisis funcional y pruebas de forma, como para la fabricación de prototipos producidos directamente con los materiales de producción.

Sectores industriales que emplean el modelado por deposición fundida

Grandes empresas industriales como BMW, Hyundai o Nestlé han visto en la fabricación aditiva una oportunidad para mejorar el rendimiento de sus procesos de producción, pero también se ha introducido en sectores como el médico o en universidades y centros de investigación. Estos son algunos de los sectores donde se emplea el FDM:

Sector médico: la industria médica fue una de las pioneras en el uso de la fabricación aditiva, se ha utilizado tanto para la creación de prótesis y férulas adaptadas a cada paciente, como en cirugía para obtener modelos de referencia que sirvan de guía durante las intervenciones.
Industria aeroespacial: la industria aeroespacial requiere de la fabricación de piezas muy concretas y precisas. La fabricación aditiva permite la producción de modelos en serie corta, respondiendo a las necesidades de esta industria.
Investigación y divulgación: el sector de la investigación y la divulgación científica ha encontrado en la fabricación aditiva un gran aliado. Gracias a la facilidad a la hora de producir prototipos, la diversidad de materiales y las ventajas que ofrece la tecnología 3D, el FDM se ha introducido en centros de investigación.
Sector alimentario: en el sector alimentario se ha empelado para la producción de envases y recipientes, ya que materiales como el PLA o el PETG son aptos para el uso alimenticio.

También se ha comenzado a introducir la fabricación aditiva en colegios e institutos debido a los grandes beneficios que ofrece en el sector educativo.

Materiales empelados en FDM

Uno de los aspectos en los que más destaca el modelo por deposición fundida es en la gran variedad de materiales que se pueden utilizar. Estos son algunos de los más empleados:

PLA: se trata del material más empleado en fabricación aditiva. Su reducido coste y su facilidad de impresión lo han convertido en uno de los materiales más demandados. Aunque no ofrece propiedades mecánicas como el PETG o el ABS, ofrece grandes resultados con costes de producción muy reducidos. No obstante, durante los últimos años se han comenzado a comercializar materiales como el PLA + de 3DLAC que ofrecen unas mejores propiedades mecánicas, pero manteniendo la facilidad de impresión de un PLA.
PETG: este material ofrece mejores propiedades mecánicas que el PLA, pero requiere de mayores conocimientos técnicos durante su producción.
ABS: se trata de un material que ofrece una buena resistencia al impacto, una buena rigidez y es ligero. Es algo más difícil de imprimir porque es un material que absorbe la humedad del aire, por lo que debe mantenerse seco.
PC: el policarbonato es un material extremadamente fuerte y con un gran resistencia al impacto. Además, tiene una gran resistencia al fuego y soporta el contacto con aceites, grasas y disolventes.

En el mercado existen otros filamentos como el PLA metálico, que ofrece un acabado similar al del metal; o el filamento de fibra de carbono de XYZ, entre muchos otros.

Impresoras 3D que emplean el modelo por deposición fundida

En el mercado podemos encontrar gran variedad de impresoras FDM con una amplia gama de precios y de especificaciones técnicas. Desde máquinas que rondan los 200-300 euros y que están destinadas para un usuario amateur, hasta impresoras industriales que ofrecen especificaciones técnicas superiores y mayor fiabilidad.

En Laboratorios 3D, confiamos en las impresoras de XYZprinting para ofrecer nuestros servicios de fabricación y prototipado industrial. En este caso, empleamos la PartPro 300 xT de XYZprinting con la que se pueden conseguir resultados increíbles en tiempos récord.