Cuando se trata de la producción, el impacto humano sobre la naturaleza y el medio ambiente está en el punto de mira. De ahí el auge del vegetarianismo, los coches eléctricos, la energía verde y otras iniciativas.
El calentamiento global, la contaminación de los océanos del mundo, los vertederos de basura y la extinción de algunas especies animales o incluso de ecosistemas enteros son temas críticos que hay que abordar. Si no se hace nada hoy, dentro de unas décadas es poco probable que el medio ambiente no tenga su grandeza natural.
La impresión 3D puede servir para resolver problemas globales y conservar los ecosistemas de nuestro todavía verde planeta.
Veamos el impacto de la impresión 3D en el medio ambiente.
Impacto medioambiental de la impresión 3D
Producción ecológica
Las impresoras 3D hacen que la fabricación sea más respetuosa con el medio ambiente. Utilizar la impresión 3D en lugar de los métodos de fabricación tradicionales ayuda a reducir los residuos y las emisiones de gases de efecto invernadero.
Reducción de las emisiones atmosféricas
El humo, los residuos, los gases de carbono y los humos tóxicos son compañeros habituales de los métodos de producción tradicionales. Estas emisiones pueden reducirse significativamente o eliminarse utilizando impresoras 3D en la producción.
Producción en masa frente a impresión 3D
A primera vista, parece que la producción de pequeños lotes es menos perjudicial para la naturaleza que la producción de una sola pieza mediante impresión 3D. Sin embargo, esto no es del todo cierto. El ingeniero académico Joshua Pearce y sus colegas trazaron el ciclo de vida de tres artículos domésticos: un exprimidor de naranjas, piezas de un diseñador infantil y un segmento de bajante.
Joshua Pearce – Científico de la Universidad Tecnológica de Michigan EE.UU.
Según sus investigaciones, la producción de estos artículos domésticos ordinarios consume una enorme cantidad de recursos. Hay un consumo de energía en la extracción de materias primas, su procesamiento, producción, almacenamiento y entrega al consumidor final.
En la producción en masa se suele utilizar el estampado o la fundición. Después, quedan restos de plástico..
La impresión 3D puede reducir significativamente la cadena de producción y los costes energéticos en un 40-60%. Al fin y al cabo, la impresión no requiere entrega (siempre que el cliente tenga su propia impresora). Basta con enviar un modelo digital en 3D a la impresora.
Los modelos impresos resultantes pueden ser más precisos y tener menos residuos de plástico. Una impresora 3D puede incluso hacer piezas huecas o enrejadas que son técnicamente imposibles de producir en masa mediante fundición o moldeado.
Reducción del consumo de combustible
Cada vez más fabricantes de vehículos empiezan a desarrollar motores eléctricos. Están surgiendo vehículos eléctricos nuevos y asequibles, y se está desarrollando la infraestructura para el mantenimiento de los equipos eléctricos. Muchos países pretenden reducir el uso de combustibles fósiles en un futuro próximo.
Coche eléctrico impreso en 3D Strati
Eliminar los combustibles fósiles en las próximas décadas es difícil. Sin embargo, la impresión 3D está ayudando a reducir la cantidad de combustible consumido. Esto se consigue gracias a la reducción del peso tanto de la máquina como de los componentes mecánicos del motor de combustión interna (motor de combustión interna).
Bisagra del capó del motor, a la izquierda, impresa en 3D y a la derecha, en chapa
Producción ecológica
La impresión 3D ayuda a reducir las emisiones industriales y a aplicar nuevas ideas. Cuando se tiene una impresora 3D, se puede imprimir un objeto con materiales ecológicos. Esto ayuda a mitigar el cambio climático.
Gafas ecológicas
Los vasos de plástico desechables son un dolor de cabeza para los ecologistas de todo el mundo. Según las estadísticas, una persona media utiliza un vaso de plástico durante 15 minutos. Para que el vaso se descomponga en un vertedero, se necesitan entre 400 y 450 años.
Las propiedades de los plásticos hacen que sean difíciles de sustituir, especialmente en la industria alimentaria. Sin embargo, algunos entusiastas lo están intentando. Por ejemplo. Jun Aizaki cree que puede resolver este problema con una calabaza.
Copas HyO o copas naturales
El hombre primitivo se adaptó y empezó a utilizar calabazas como depósitos de agua. Hoy en día, puedes dar a tu calabaza en crecimiento casi cualquier forma gracias a las formas impresas en 3D,
Calabaza en forma de jarra
Salud animal
Las impresoras 3D también se utilizan en la salud animal. Además de los usos médicos, como la fabricación de prótesis, la impresión 3D ayuda a preservar y restaurar ecosistemas enteros.
Dentaduras para animales
El mayor reto en la creación de prótesis para animales es conseguir prótesis en miniatura pero ligeras y precisas. Esto es a veces imposible de hacer manualmente o con otros métodos. Y aquí es donde entra en juego la impresión 3D.
Veamos algunos ejemplos.
El gato Curano
Curano vivió una vida plena durante 9 años, haciendo las delicias de sus dueños, hasta que enfermó de cáncer. Sus dueños hicieron todo lo posible por salvarlo y, aunque el cáncer remitió, la pata trasera izquierda de Curano estaba muy dañada. La amputación de la pata podía crear nuevos problemas. La mejor opción era sustituir la rótula por un implante.
El implante en miniatura se imprimió en 3D a partir de una aleación de cobalto y cromo mediante la tecnología DMLS (sinterización directa de láser). La fabricación por cualquier otro medio era imposible porque el implante tenía que ser en miniatura, duradero y repetir el complejo relieve para una integración de alta calidad en el hueso.
Caballo de Pascua
Holly es una yegua de 10 años con laminitis.
La laminitis es una enfermedad de las pezuñas hendidas causada por una mala circulación en las placas de los cascos. Debido a la laminitis, Holly sufría fuertes dolores en las patas al caminar o estar de pie.
El veterinario Luke Wells-Smith había oído hablar de intentos exitosos de fabricar herraduras de titanio a medida para caballos de carreras.
Herraduras hechas de titanio en una impresora 3D
Los chicos del Centro Nacional de Ciencias de Australia se empaparon de la desgracia de Holly y decidieron ayudar. En colaboración con un podólogo equino, se crearon unas herraduras especiales para Holly. Las herraduras permitieron aligerar la pezuña y distribuir más uniformemente la carga en las patas.
Escaneo de pezuñas de Holly
Los nuevos zapatos ayudaron a Holly a empezar no sólo a caminar sin dolor, sino también a correr.
Tortuga marina Akut
Una colisión con la hélice de un barco fue desafortunada para la tortuga marina Akut-3. La mayor parte de las mandíbulas superior e inferior de la tortuga habían desaparecido. Esto significaba una muerte lenta casi garantizada para la tortuga. Sin embargo, tuvo suerte.
La tortuga fue encontrada por el “Centro de Investigación y Rehabilitación de Tortugas”. La empresa se puso en contacto con la compañía turca Btech, especializada en impresión médica en 3D, para pedir ayuda. Btech pudo escanear y fabricar la mandíbula de titanio que le faltaba a Akut.
Modelo 3D de la prótesis para el Akut a la izquierda y la prótesis terminada a la derecha
Los cirujanos consiguieron implantar una mandíbula de titanio en la tortuga y, tras una exitosa rehabilitación, fue liberada en la naturaleza.
Tortuga con una prótesis instalada
Tortuga terrestre Cleopatra
Nikola Novelli recogió una pequeña tortuga terrestre cuyo caparazón se había adelgazado y deformado debido a una alimentación inadecuada. Nicola llamó a la tortuga “Cleopatra”, ya que el caparazón tenía forma de pirámide. Si el caparazón se agrietaba, Cleopatra podía morir de infección.
El caparazón deformado y piramidal de Cleopatra
Nicola se dirigió a Colorado Tech con la petición de fabricar una prótesis para Cleopatra. Los investigadores de la universidad y de una empresa de impresión 3D de Denver escanearon y fabricaron una placa de caparazón hecha de polilactida, un polímero biodegradable y biocompatible. Debido al complejo funcionamiento del caparazón, el modelo tuvo que imprimirse por partes.
Cleopatra con caparazón
Como Cleopatra es todavía una adolescente y crecerá con la edad, tendrá que cambiar periódicamente su “prótesis”.
Casas para cangrejos ermitaños
En la naturaleza, es peligroso ser pequeño y débil. Sin embargo, los cangrejos ermitaños se han adaptado a utilizar las conchas vacías de los gasterópodos como un refugio fiable.
Cangrejos ermitaños
Debido a la contaminación de las playas, muchos cangrejos ermitaños buscan nuevas “casas”. Sin embargo, durante la búsqueda, algunos caen en las trampas mortales de las bolsas de plástico, las botellas y los botes y mueren. Por otro lado, los refugios naturales son cada vez más escasos. Los cangrejos ermitaños tienen que utilizar la basura de plástico como casa, que no es adecuada para ello.
Los cangrejos ermitaños utilizan la basura como hogar
Algunos entusiastas del medio ambiente están intentando ayudar a los crustáceos fabricando una casa de sustitución digna para ellos. Por ejemplo, los empleados de MakerBot crearon el Proyecto Shellter, en el que invitan a todo el que quiera a diseñar un modelo 3D de un refugio para cangrejos ermitaños. Los mejores trabajos se imprimen en 3D y se prueban contra el cáncer.
Del concepto a la realización de casas de cangrejos de río impresas en 3D
A continuación, inspirado en la idea de un intercambio pacífico de tierras entre países, el artista japonés Aki Yamomata llevó a cabo un proyecto de casas transparentes impresas para cangrejos ermitaños en forma de pequeñas ciudades.
Cáncer en un nuevo hogar hecho en una impresora de fotopolímero
Para hacer que los nuevos habitantes se parezcan a las casas, se tuvieron en cuenta las imágenes tomográficas de las conchas, modificadas en un editor 3D. Los modelos terminados se fabrican con resina transparente en una impresora de resina.
Conservación y mantenimiento de los ecosistemas
Además de las prótesis, la impresión 3D ayuda a frenar o prevenir algunos desastres medioambientales. Esto puede dar a los científicos más tiempo para entender las razones y llegar a la gente.
Veamos algunos ejemplos.
Gran Barrera de Coral
La Gran Barrera de Coral es uno de los mayores y más antiguos arrecifes de coral del mundo. El arrecife es tan grande que puede verse desde el espacio. Su superficie es de unos 344.400 kilómetros cuadrados. Los corales son el hogar de muchas especies de peces y otra vida marina.
La Gran Barrera de Coral desde el espacio
Sin embargo, a pesar de su gigantesco tamaño, la Gran Barrera de Coral está en peligro de extinción. Las algas endosimbióticas, que dan al coral un color brillante, se están extinguiendo lentamente debido al aumento de la temperatura del agua, la contaminación de los océanos del mundo y el cambio climático.
Científicos de la Universidad de Sidney están utilizando tecnologías de escaneo e impresión 3D para preservar la Gran Barrera de Coral. Se ha construido un mapa detallado del arrecife utilizando el escaneado 3D. Con él se pueden rastrear y predecir los puntos más vulnerables.
Los científicos utilizan impresoras a3D para fabricar diversas estructuras que puedan sostener la Gran Barrera de Coral. Por ejemplo, los científicos han impreso secciones en las que viven peces que comen algas y matan a los corales. Antes se utilizaban para ello bloques especiales o barcos hundidos preparados. La impresión en 3D permite simular con mayor precisión la estructura natural del arrecife.
Arrecife artificial a partir de una mezcla de arena y hormigón
Reconstrucción de ecosistemas muertos
Los científicos planean utilizar las tecnologías de impresión 3D no sólo para mantener los ecosistemas existentes, sino también para restaurar los que han desaparecido. Según los últimos datos, alrededor de un tercio de los arrecifes de coral del mundo han sido destruidos.
Gracias a la impresión 3D, existe la posibilidad de rectificar la situación. Utilizando la tecnología de Estructuras Modulares de Arrecifes Artificiales (MARS), los científicos están tratando de implementar estructuras impresas en 3D que podrían albergar arrecifes.
Arrecife” artificial a la izquierda – recién instalado, a la derecha – después de algún tiempo
Estos diseños de bloques son fáciles de instalar. No se necesitan grúas ni otros equipos para que los bloques se sumerjan y se instalen. Varios buzos pueden llevar las estructuras al fondo en bloques separados. Cada bloque tiene secciones huecas rellenas de refuerzo y hormigón especial para su durabilidad.
Sistema modular instalado
Uno de los mayores “arrecifes de coral” impresos en 3D ya se ha colocado en las Maldivas.
Reducción de residuos
Además de restaurar los ecosistemas, es necesario reducir las emisiones de residuos domésticos. Aquí, la impresión 3D adquiere un valor incalculable.
Veamos algunos ejemplos.
Cora Ball
Cora Ball es el desarrollo del proyecto Rozalia. La Cora Ball es una pequeña bola de plástico que recoge las microfibras que se desprenden de nuestra ropa durante el lavado. En el océano, estas micropartículas pueden ser consumidas por los peces y otros animales.
Cuando la bola Cora está en el océano, la suciedad y las fibras que puedan haber entrado en las masas de agua quedan atrapadas en el cubo.
Prototipo de bola Cora
La producción en masa de la Cora Ball estaba prevista para ser realizada por moldeo. Sin embargo, los primeros lotes y prototipos de la Cora Ball se hicieron en una impresora 3D.
La segunda vida de las cosas rotas
Cualquier máquina se desgasta y falla con el tiempo. En algunos casos, se puede fabricar una pequeña pieza de plástico para que la máquina vuelva a funcionar. Por lo tanto, gracias a la impresión 3D, muchos artículos se pueden restaurar para que sigan funcionando. Esto significa que no acaban en un vertedero para contaminar aún más el planeta.
Máquina RC
Los coches de radiocontrol no son sólo juguetes para niños. A muchos adultos les encanta jugar y juguetear con ellos como pasatiempo
Máquina RC
Las máquinas de RC tienen un punto débil principal: la suspensión de plástico. Casi siempre se pueden encontrar piezas de repuesto para los modelos de réplica caros. Sin embargo, no es fácil encontrar repuestos para modelos raros o chinos.
En lugar de tirar un juguete que casi funciona, puedes fabricar una pieza rota en una impresora 3D. Al modelar, puedes incluso aumentar la resistencia de la pieza añadiendo refuerzos en los puntos débiles.
Coche RC de buje trasero en escala 1/18
Algunos entusiastas imprimen el chasis por completo en una impresora 3D. Esto permite sustituir fácilmente los elementos rotos y modificar y corregir rápidamente los fallos de diseño.
Chasis de coche RC impreso en 3D
La segunda vida de la amoladora
Incluso cosas aparentemente tan resistentes como las amoladoras de metal pueden romperse, especialmente las partes que no soportan una carga fuerte.
Tuerca de sujeción impresa en 3D para una picadora de carne
Puede imprimir en 3D un recambio para casi cualquier pieza de plástico (por ejemplo, el engranaje de una batidora, el mango de una lavadora de plástico, etc.) utilizando una amplia gama de materiales.
A veces, puede tener un dispositivo antiguo o raro cuyas piezas de repuesto originales ya no son fabricadas por el fabricante. Dichas piezas pueden imprimirse en 3D, lo que hará que el aparato tenga más años de vida en lugar de acabar en un vertedero.
Sello del coche
A veces puede romperse una pequeña pieza de un céntimo en un nodo importante. Sin embargo, es posible que el fabricante venda la pieza de repuesto necesaria sólo como un conjunto. Esto significa que no sólo tendrá que pagar de más por la pieza necesaria, sino también tirar el mecanismo innecesario que casi funciona.
Boquilla de lavado para el Toyota Avensis – impresa en 3D a la izquierda, original a la derecha
En tal caso, una impresora 3D puede ayudarle. El dispositivo puede fabricar una pieza de repuesto difícil o imposible de conseguir (por ejemplo, cuando una pieza ya no se fabrica, no se puede encontrar o el envío costará más que la propia pieza).
Energía verde
La transición a la energía verde es un paso importante para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera.
Energía eólica
La energía eólica es una fuente de energía renovable y limpia. A pesar de algunos inconvenientes (inconstancia de la fuerza del viento y, por tanto, generación desigual de electricidad), es prometedora para algunos países. Por ejemplo, en 2019, Dinamarca utilizó turbinas eólicas para generar el 48% de la electricidad consumida.
Hay varias opciones de turbinas eólicas. Entre ellas, las que tienen un eje de rotación vertical y las que tienen uno horizontal.
Los principales tipos de turbinas eólicas
Los generadores eólicos verticales tienen un rendimiento menor que los horizontales. Sin embargo, sólo pueden utilizarse cuando la velocidad del viento es superior a 6 m/s.
Generador eólico doméstico
En muchas partes del mundo, el uso de fuentes de energía verde no es muy popular debido a su elevado coste. La impresión 3D ayuda a los entusiastas a diseñar y crear modelos de turbinas eólicas de bajo coste.
Aerogenerador casero realizado mediante impresión 3D
Puede que no sea práctico utilizar un generador eólico en un edificio de apartamentos. Sin embargo, en una casa de campo, los generadores resultan muy útiles en caso de apagón.
Optimización de la producción de los aerogeneradores
Los aerogeneradores industriales son máquinas grandes y complejas.
Pala de aerogenerador industrial
Puede ser difícil calcular correctamente todos los parámetros utilizando únicamente técnicas de modelado en 3D. Sin embargo, puedes imprimir en 3D una copia en miniatura de un aerogenerador y probarlo en un túnel de viento. De este modo, puedes optimizar y perfeccionar el diseño para que los aerogeneradores sean más eficientes.
Un prototipo de turbina eólica se prueba en un túnel de viento
Algunas empresas también imprimen en 3D torres de aerogeneradores. Por ejemplo, GE Renewable Energy, COBOD (especialistas en impresión 3D) y LafargeHolcim (fabricante de cemento y otros materiales de construcción) se han unido para desarrollar las torres de aerogeneradores más altas del mundo. Esto reducirá el coste de instalación de los aerogeneradores y los hará más altos (200 metros en lugar de 100) que otros materiales.
Torre de turbina eólica impresa en 3D
En general, cuanto más alto sea el aerogenerador, más electricidad podrá generar al año. Por ejemplo, una turbina de 5 MW a una altitud de 80 metros generará aproximadamente 15,1 GWh al año. La misma turbina a una altitud de 160 metros genera unos 20,2 GWh al año, lo que supone un 30% más.
Energía solar
La energía solar se obtiene mediante paneles especiales formados por células fotovoltaicas. En las células fotovoltaicas tienen lugar diversos procesos físicos y químicos bajo la influencia de la luz solar.
Hay varios tipos de células solares. Entre ellas se encuentran las monocristalinas, las policristalinas y las amorfas (flexibles, de película), entre otras.
En algunos países, los paneles solares no son muy comunes debido a su uso poco rentable en latitudes altas.
Actualmente se está desarrollando la producción de paneles impresos en 3D. Sin embargo, la impresión 3D solar se utiliza principalmente para imprimir prototipos y accesorios de paneles.
Accesorios para paneles solares
FORTY2 es un panel solar portátil con potencia suficiente para alimentar un ordenador portátil, iluminación, etc. El panel solar fue creado por Peppermint Energy, con sede en Dakota del Sur.
Se utilizó una impresora industrial Stratasys para imprimir en 3D los prototipos de accesorios . Gracias a la impresión 3D, fue posible producir rápidamente varios prototipos funcionales de la maleta y eliminar todos los defectos.
Por ejemplo, la primera versión de FORTY era demasiado voluminosa e incómoda de transportar. El diseño original se ha simplificado mucho. El uso de una impresora 3D ha reducido los costes de producción en unos 250.000 dólares.
Energía hidráulica
La mayoría de las fuentes de energía renovables (solar, eólica, etc.) son volátiles. La electricidad obtenida de este modo necesita ser “estabilizada”, es decir, almacenada en baterías.
Con las fuentes de energía renovables, el agua es más predecible. Sin embargo, las centrales hidroeléctricas industriales tienen varios inconvenientes, como el riesgo de inundaciones, la desertificación, la migración humana, etc. En cambio, las pequeñas centrales hidroeléctricas no tienen los inconvenientes de sus homólogas industriales ni un gran efecto devastador sobre el medio ambiente.
Turbina Vortex
Turbulent, una empresa emergente belga, está intentando crear un generador hidráulico compacto que pueda proporcionar electricidad a una o dos casas particulares. Una vez completado, el generador ayudará a los residentes de zonas remotas que no están en la red eléctrica a disponer de electricidad procedente de arroyos o pequeños ríos.
Prototipo de hidrogenerador turbulento
Para que la turbina sea más accesible y barata, se eligió la impresión 3D como método de fabricación. Según las estadísticas, 1.300 millones de personas no tienen acceso a las redes eléctricas. Además, muchas personas sufren constantes cortes de electricidad y se ven obligadas a utilizar otras fuentes de energía (por ejemplo, generadores de gasolina/diesel) que no son respetuosas con el medio ambiente.
Turbina fluvial
Ted Christopher ha dedicado varios años a desarrollar un prototipo de turbina fluvial capaz de generar electricidad sin afectar al medio ambiente. El resultado de su desarrollo fue el sistema Volturn, que lleva el nombre del dios del río en la mitología griega.
El Volturn tiene un diseño horizontal que genera energía y desvía los desechos del río, como rocas, plantas o troncos.
El prototipo se imprimió en 3D y se probó en ríos locales. 5 turbinas unidas en un solo sistema podrán suministrar electricidad a unas 40 casas.
Reciclaje de plásticos
Las propiedades del plástico lo convierten en un salvador y en una maldición para el medio ambiente en el mundo moderno. Los productos de plástico son ligeros y duraderos. No es necesario emplear mucho tiempo para fabricarlos. Sin embargo, no todos los tipos de plástico pueden reciclarse. Por término medio, un producto de plástico puede tardar de 400 a 700 años en descomponerse. Por desgracia, los plásticos se pudren en los vertederos y también contaminan la naturaleza y los océanos del mundo.
Reutilización del filamento
Durante la impresión 3D, se dejan restos de plástico. Pueden ser soportes de modelos o elementos rotos que salieron mal durante la impresión.
Impresión 3D sin éxito
Sin embargo, el plástico usado puede triturarse, mezclarse con pellets frescos y reutilizarse (si el plástico no es biodegradable). En este caso, la impresión 3D se convierte en algo prácticamente libre de residuos.
En Internet, hay tutoriales sobre cómo fabricar tu propio filamento a partir de filamento desperdiciado. Se puede utilizar una máquina de autoensamblaje, parcialmente impresa en una impresora 3D, para reciclar el filamento de una impresión fallida.
Inicio Máquina de fabricación de filamentos autoensamblados
También se puede comprar una máquina de hacer filamentos ya preparada. Los gránulos de plástico también están disponibles en línea.
Máquina de fabricación de filamentos para el hogar
Filamento de botellas de plástico
Además de reciclar el filamento usado, se puede imprimir incluso a partir de botellas de plástico.
Máquina casera para fabricar filamento a partir de botellas de plástico
Cada día se utilizan y desechan en el mundo unos 100 millones de botellas de plástico. Sólo el 20% de las botellas se reciclan o reutilizan. Una botella de plástico puede tardar hasta 450 años en descomponerse.
El uso de botellas de plástico como material para una impresora 3D les dará una nueva vida en forma de cosas útiles para el hogar.
Bobina impresa en botella
Engranaje, impreso en una impresora 3D a partir de una “botella”
Una botella produce de 15 a 30 gramos de filamento de plástico.
Conclusión
Las impresoras 3D todavía tienen un largo camino que recorrer para ser realmente ecológicas. Sin embargo, incluso ahora, a pesar de su tecnología imperfecta, pueden ayudar a reducir la contaminación ambiental.
Hoy en día, se están realizando muchas buenas acciones gracias a la impresión 3D. Por ejemplo, la tecnología ayuda a mejorar las tecnologías de producción, a reducir la cantidad de emisiones a la atmósfera y a intentar restaurar el frágil equilibrio natural.
Sin embargo, hay que tener en cuenta que una impresora 3D es sólo una herramienta. Depende del uso que hagamos de ella si seguimos llenando los vertederos con residuos de plástico innecesarios.
