Impresión 3D

El concepto general y el procedimiento para usar en la impresión 3D fueron descritos por primera vez por Murray Leinster en su cuento de 1945 "Las cosas pasan": "Pero este constructor es eficiente y flexible. Introduzco plásticos magnetrónicos —el material con el que se construyen casas y barcos hoy en día— en este brazo móvil. Realiza dibujos en el aire siguiendo los dibujos que escanea con fotocélulas. Pero el plástico sale del extremo del brazo de dibujo y se endurece a medida que avanza... solo siguiendo los dibujos". ^{[ 13 ]}

Raymond F. Jones también lo describió en su relato "Herramientas del oficio", publicado en el número de noviembre de 1950 de la revista Astounding Science Fiction . En dicho relato, se refirió a él como un "aerosol molecular".

El 27 de julio de 1971, Johannes F. Gottwald recibió la patente estadounidense 3596285A para el "Grabador de Metal Líquido", tras haber solicitado el 11 de julio de 1969 ^{[ 14 ]} un dispositivo de inyección de tinta continua para material metálico que permitía crear una pieza metálica extraíble sobre una superficie reutilizable para su uso inmediato o su posterior refundición para imprimirla de nuevo. Esta parece ser la primera patente que describe la impresión 3D con prototipado rápido y fabricación controlada de patrones bajo demanda.

La patente establece:

En el presente documento, el término impresión no se utiliza en un sentido limitado, sino que incluye la escritura u otros símbolos, caracteres o patrones formados con tinta. El término tinta, tal como se utiliza, abarca no solo materiales que contienen tintes o pigmentos, sino cualquier sustancia o composición fluida adecuada para su aplicación sobre una superficie con el fin de formar símbolos, caracteres o patrones mediante marcado. La tinta preferida es de tipo termofusible. Actualmente, se desconoce la gama de composiciones de tinta disponibles comercialmente que podrían cumplir con los requisitos de la invención. Sin embargo, se ha logrado una impresión satisfactoria según la invención utilizando la aleación metálica conductora como tinta.

Pero en lo que respecta a los requisitos de materiales para pantallas tan grandes y continuas, si se consumen a los ritmos conocidos hasta ahora, pero aumentan en proporción al aumento de tamaño, el alto coste limitaría severamente cualquier disfrute generalizado de un proceso o aparato que satisfaga los objetivos antes mencionados.

Por lo tanto, un objetivo adicional de la invención es minimizar el uso de materiales en un proceso de la clase indicada.

Otro objetivo de la invención es que los materiales empleados en dicho proceso puedan recuperarse para su reutilización.

Según otro aspecto de la invención, una combinación para escribir y funciones similares comprende un soporte para mostrar un patrón inteligente y un mecanismo para extraer el patrón del soporte.

En 1974, David EH Jones expuso el concepto de impresión 3D en su columna habitual Ariadne en la revista New Scientist . ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Los primeros equipos y materiales de fabricación aditiva se desarrollaron en la década de 1980. ^{[ 17 ]}

En abril de 1980, Hideo Kodama del Instituto Municipal de Investigación Industrial de Nagoya inventó dos métodos aditivos para fabricar modelos plásticos tridimensionales con polímero termoendurecible fotopolimerizable , donde el área de exposición UV se controla mediante un patrón de máscara o un transmisor de fibra de escaneo. ^{[ 18 ]} Solicitó una patente para este trazador XYZ, que se publicó el 10 de noviembre de 1981 (JP S56-144478). ^{[ 19 ]} Sus resultados de investigación, como artículos de revistas, se publicaron en abril y noviembre de 1981. ^{[ 20 ] [ 21 ]} Sin embargo, no hubo reacción a la serie de sus publicaciones. Su dispositivo no fue bien valorado en el laboratorio y su jefe no mostró ningún interés. Su presupuesto de investigación era de solo 60 000 yenes o 545 dólares al año. Se abandonó la adquisición de los derechos de patente para el trazador XYZ y se canceló el proyecto.

La patente estadounidense 4323756, titulada " Método para fabricar artículos mediante deposición secuencial" , concedida el 6 de abril de 1982 a Raytheon Technologies Corp., describe el uso de cientos o miles de "capas" de metal en polvo y una fuente de energía láser, y representa una de las primeras referencias a la formación de "capas" y la fabricación de artículos sobre un sustrato.

El 2 de julio de 1984, el empresario estadounidense Bill Masters solicitó una patente para su proceso y sistema de fabricación automatizado por computadora ( US 4665492 ). ^{[ 22 ]} Esta solicitud está registrada en la USPTO como la primera patente de impresión 3D de la historia; fue la primera de tres patentes pertenecientes a Masters que sentaron las bases de los sistemas de impresión 3D utilizados en la actualidad. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

El 16 de julio de 1984, Alain Le Méhauté , Olivier de Witte y Jean Claude André presentaron su patente para el proceso de estereolitografía . ^{[ 25 ]} La solicitud de los inventores franceses fue abandonada por la empresa francesa General Electric (ahora Alcatel-Alsthom) y CILAS (The Laser Consortium). ^{[ 26 ]} La razón alegada fue "por falta de perspectiva comercial". ^{[ 27 ]}

En 1983, Robert Howard fundó RH Research (más tarde llamada Howtek, Inc. en febrero de 1984) para desarrollar Pixelmaster, una impresora 2D de inyección de tinta a color que utilizaba tinta plástica termoplástica (de fusión en caliente), que se comercializó en 1986. ^{[ 28 ]} Se formó un equipo de 6 miembros ^{[ 28 ]} de Exxon Office Systems, Danbury Systems Division, una empresa emergente de impresoras de inyección de tinta y algunos miembros del grupo Howtek, Inc. que se convirtieron en figuras populares en la industria de la impresión 3D. Uno de los miembros de Howtek fue Richard Helinski, responsable de la patente US5136515A ("Método y medios para construir artículos tridimensionales por deposición de partículas", solicitud del 7 de noviembre de 1989, concedida el 4 de agosto de 1992). Fundó CAD-Cast, Inc. (más tarde renombrada como Visual Impact Corporation (VIC) el 22 de agosto de 1991), una empresa de New Hampshire. El prototipo de impresora 3D VIC de la compañía está disponible con una presentación en video que muestra un modelo 3D impreso con una inyección de tinta de una sola boquilla. Otro empleado, Herbert Menhennett, fundó HM Research, una empresa de New Hampshire, en 1991 e introdujo la tecnología de inyección de tinta y los materiales termoplásticos de Howtek, Inc. a Royden Sanders de SDI y a Bill Masters de Ballistic Particle Manufacturing (BPM), donde trabajó durante varios años. Tanto las impresoras 3D de BPM como las de SPI utilizan sistemas de inyección de tinta y materiales al estilo de Howtek, Inc. James K. McMahon, quien fue contratado por Howtek, Inc. para ayudar en el desarrollo de la inyección de tinta, trabajó posteriormente en Sanders Prototype y ahora dirige Layer Grown Model Technology, un proveedor de servicios 3D especializado en la inyección de tinta de una sola boquilla de Howtek y el soporte para impresoras SDI. McMahon trabajó con Steven Zoltan, inventor de la inyección de tinta de gota a demanda de 1972 en Exxon y titular de una patente de 1978 que amplió la comprensión del diseño de inyección de tinta de boquilla única (Alpha jets), para ayudar a perfeccionar las inyecciones de tinta de fusión en caliente de Howtek, Inc. Esta tecnología termoplástica de fusión en caliente de Howtek es popular en la fundición de inversión de metales, especialmente en la industria de la joyería de impresión 3D. ^{[ 29 ]} Royden Sanders obtuvo la licencia de la patente de Helinksi antes de fabricar la Modelmaker 6 Pro en Sanders prototype, Inc (SPI) en 1993. El primer cliente de la Modelmaker 6Pro fue Hitchner Corporations, Metal Casting Technology, Inc en Milford, New Hampshire, a una milla de las instalaciones de SDI a finales de 1993-1995 fundiendo palos de golf y piezas de motores de automóviles.

El 8 de agosto de 1984 se presentó una patente, US4575330, asignada a UVP, Inc., y posteriormente a Chuck Hull de 3D Systems Corporation ^{[ 30 ]} , su propia patente para un sistema de fabricación por estereolitografía , en el que se añaden láminas o capas individuales curando fotopolímeros con radiación incidente, bombardeo de partículas, reacción química o simplemente láseres de luz ultravioleta . Hull definió el proceso como un "sistema para generar objetos tridimensionales mediante la creación de un patrón de sección transversal del objeto a formar". ^{[ 31 ] [ 32 ]} La contribución de Hull fue el formato de archivo STL (estereolitografía) y las estrategias de segmentación y relleno digital comunes a muchos procesos actuales. En 1986, a Charles "Chuck" Hull se le concedió una patente para este sistema, y ​​se formó su empresa, 3D Systems Corporation, que lanzó la primera impresora 3D comercial, la SLA-1, ^{[ 33 ]} más tarde en 1987 o 1988.

La tecnología utilizada por la mayoría de las impresoras 3D hasta la fecha, especialmente los modelos para aficionados y consumidores, es el modelado por deposición fundida , una aplicación especial de la extrusión de plástico , desarrollada en 1988 por S. Scott Crump y comercializada por su empresa Stratasys , que comercializó su primera máquina FDM en 1992. ^{[ 29 ]}

Poseer una impresora 3D en la década de 1980 costaba más de 300.000 dólares (650.000 dólares en 2016). ^{[ 34 ]}

Los procesos de fabricación aditiva para la sinterización o fusión de metales (como la sinterización selectiva por láser , la sinterización directa de metales por láser y la fusión selectiva por láser) solían tener nombres propios en las décadas de 1980 y 1990. En ese momento, todo el trabajo con metales se realizaba mediante procesos que ahora se denominan no aditivos ( fundición , fabricación , estampado y mecanizado ); aunque se aplicó mucha automatización a esas tecnologías (como la soldadura robótica y el CNC ), la idea de una herramienta o cabezal moviéndose a través de un espacio de trabajo 3D transformando una masa de materia prima en la forma deseada con una trayectoria de herramienta se asociaba en el trabajo con metales solo con procesos que eliminaban metal (en lugar de agregarlo), como el fresado CNC , la electroerosión CNC y muchos otros. Sin embargo, las técnicas automatizadas que agregaban metal, que más tarde se denominarían fabricación aditiva, estaban empezando a desafiar esa suposición. A mediados de la década de 1990, se desarrollaron nuevas técnicas para la deposición de material en Stanford y la Universidad Carnegie Mellon , incluyendo la microfundición ^{[ 35 ]} y los materiales pulverizados. ^{[ 36 ]} Los materiales de sacrificio y soporte también se habían vuelto más comunes, lo que permitió nuevas geometrías de objetos. ^{[ 37 ]}

El término impresión 3D se refería originalmente a un proceso de lecho de polvo que empleaba cabezales de impresión de inyección de tinta estándar y personalizados , desarrollado en el MIT por Emanuel Sachs en 1993 y comercializado por Soligen Technologies, Extrude Hone Corporation y Z Corporation .

El año 1993 también vio el inicio de una empresa de impresoras 3D de inyección de tinta inicialmente llamada Sanders Prototype, Inc. y más tarde llamada Solidscape , que introdujo un sistema de fabricación por inyección de polímeros de alta precisión con estructuras de soporte solubles (categorizado como una técnica de "punto sobre punto"). ^{[ 29 ]}

En 1995, la Sociedad Fraunhofer desarrolló el proceso de fusión selectiva por láser .

A principios de la década de 2000, las impresoras 3D todavía se utilizaban principalmente en las industrias de fabricación e investigación, ya que la tecnología era relativamente nueva y demasiado cara para que la mayoría de los consumidores pudieran acceder a ella. Fue en la década de 2000 cuando comenzó a observarse un uso a mayor escala de la tecnología en la industria, sobre todo en los sectores de la arquitectura y la medicina, aunque generalmente se utilizaba para modelado y pruebas de baja precisión, en lugar de para la producción de bienes manufacturados comunes o la creación de prototipos complejos. ^{[ 38 ]}

En 2005, los usuarios comenzaron a diseñar y distribuir planos para impresoras 3D que podían imprimir alrededor del 70% de sus propias piezas, cuyos planos originales fueron diseñados por Adrian Bowyer en la Universidad de Bath en 2004, con el nombre del proyecto como RepRap (Replicating Rapid-prototyper). ^{[ 39 ]}

De manera similar, en 2006 Evan Malone y Hod Lipson iniciaron el proyecto Fab@Home , otro proyecto cuyo propósito era diseñar un sistema de fabricación de bajo costo y código abierto que los usuarios pudieran desarrollar por sí mismos y publicar comentarios sobre él, lo que hizo que el proyecto fuera muy colaborativo. ^{[ 40 ]}

Gran parte del software para impresión 3D disponible al público en aquel entonces era de código abierto y, como tal, fue rápidamente distribuido y mejorado por muchos usuarios individuales. En 2009, las patentes del proceso de impresión por modelado por deposición fundida (FDM) expiraron. Esto abrió la puerta a una nueva ola de empresas emergentes, muchas de las cuales fueron fundadas por importantes contribuyentes a estas iniciativas de código abierto, con el objetivo de desarrollar impresoras 3D FDM comerciales más accesibles al público en general. ^{[ 41 ]}

A medida que los diversos procesos aditivos maduraron, quedó claro que pronto la eliminación de metal ya no sería el único proceso de metalurgia realizado mediante una herramienta o cabezal que se desplaza a través de un espacio de trabajo 3D, transformando una masa de materia prima en la forma deseada capa por capa. La década de 2010 fue la primera en la que las piezas metálicas de uso final, como los soportes de motor ^{[ 42 ]} y las tuercas grandes ^{[ 43 ]} , se fabricarían (antes o en lugar del mecanizado) en la producción en serie , en lugar de mecanizarse obligatoriamente a partir de barras o placas. Si bien la fundición, la fabricación, el estampado y el mecanizado siguen siendo más frecuentes que la fabricación aditiva en el trabajo del metal, la fabricación aditiva está empezando a ganar terreno de forma significativa, y con las ventajas del diseño para la fabricación aditiva , es evidente para los ingenieros que aún queda mucho por venir.

Un sector donde la fabricación aditiva (FA) está teniendo un impacto significativo es la industria aeronáutica. Con casi 3.800 millones de pasajeros aéreos en 2016, ^{[ 44 ]} la demanda de motores a reacción eficientes en el consumo de combustible y de fácil producción nunca ha sido mayor. Para los grandes fabricantes de equipos originales (OEM) como Pratt & Whitney (PW) y General Electric (GE), esto significa recurrir a la FA como una forma de reducir costes, disminuir el número de piezas defectuosas, reducir el peso de los motores para aumentar la eficiencia del combustible y encontrar formas nuevas y altamente complejas que no serían factibles con los métodos de fabricación anticuados. Un ejemplo de la integración de la FA en el sector aeroespacial se dio en 2016, cuando Airbus entregó el primero de los motores LEAP de GE . Este motor integra boquillas de combustible impresas en 3D, reduciendo las piezas de 20 a 1, una reducción de peso del 25 % y tiempos de montaje reducidos. ^{[ 45 ]} Una boquilla de combustible es la puerta de entrada perfecta para la fabricación aditiva en un motor a reacción, ya que permite un diseño optimizado de los complejos componentes internos y es una pieza de baja tensión y no giratoria. De manera similar, en 2015, PW entregó sus primeras piezas AM en el PurePower PW1500G a Bombardier. Centrándose en piezas de baja tensión y no giratorias, PW seleccionó los estatores del compresor y los soportes del anillo sincronizador ^{[ 46 ]} para implementar por primera vez esta nueva tecnología de fabricación. Si bien la AM aún tiene una participación menor en el número total de piezas en el proceso de fabricación de motores a reacción, el retorno de la inversión ya se puede apreciar en la reducción de piezas, las capacidades de producción rápida y el "diseño optimizado en términos de rendimiento y costo". ^{[ 47 ]}

A medida que la tecnología maduró, varios autores comenzaron a especular que la impresión 3D podría contribuir al desarrollo sostenible en el mundo en desarrollo. ^{[ 48 ]}

En 2012, Filabot desarrolló un sistema para cerrar el ciclo ^{[ 49 ]} con plástico y permite que cualquier impresora 3D FDM o FFF pueda imprimir con una gama más amplia de plásticos.

En 2014, Benjamin S. Cook y Manos M. Tentzeris demostraron la primera plataforma de fabricación aditiva de electrónica impresa integrada verticalmente y multimaterial (VIPRE), que permitió la impresión 3D de electrónica funcional que opera hasta 40  GHz. ^{[ 50 ]}

A medida que el precio de las impresoras comenzó a bajar, las personas interesadas en esta tecnología tuvieron mayor acceso y libertad para crear lo que quisieran. En 2014, el precio de las impresoras comerciales seguía siendo elevado, superando los 2000 dólares. ^{[ 51 ]}

El término «impresión 3D» se refería originalmente a un proceso que deposita un material aglutinante sobre un lecho de polvo mediante cabezales de impresora de inyección de tinta, capa a capa. Más recientemente, el lenguaje común ha comenzado a utilizar el término para abarcar una mayor variedad de técnicas de fabricación aditiva, como la fabricación aditiva por haz de electrones y la fusión selectiva por láser. Las normas técnicas de Estados Unidos y a nivel mundial utilizan el término oficial «fabricación aditiva» para este sentido más amplio.

El proceso de impresión 3D más utilizado (46% a partir de 2018)) es una técnica de extrusión de material llamada modelado por deposición fundida , o FDM. ^{[ 8 ]} Si bien la tecnología FDM se inventó después de las otras dos tecnologías más populares, la estereolitografía (SLA) y la sinterización selectiva por láser (SLS), FDM suele ser la más económica de las tres por un amplio margen, lo que contribuye a la popularidad del proceso.

En 2020, las impresoras 3D alcanzaron un nivel de calidad y precio que permite a la mayoría de las personas adentrarse en el mundo de la impresión 3D. En ese año, se podían encontrar impresoras de calidad aceptable por menos de 200 dólares estadounidenses para modelos básicos. Estas impresoras más asequibles suelen ser impresoras de modelado por deposición fundida (FDM). ^{[ 52 ]}

En noviembre de 2021, un paciente británico llamado Steve Verze recibió el primer ojo protésico totalmente impreso en 3D del mundo en el Moorfields Eye Hospital de Londres . ^{[ 53 ] [ 54 ]}

En abril de 2024, la impresora 3D más grande del mundo, la Fábrica del Futuro 1.0, fue presentada en la Universidad de Maine . Es capaz de fabricar objetos de 96 pies de largo, o 29 metros. ^{[ 55 ]}

En 2024, los investigadores utilizaron el aprendizaje automático para mejorar la construcción de hueso sintético ^{[ 56 ]} y establecieron un récord de absorción de impactos. ^{[ 57 ]}

En julio de 2024, investigadores publicaron un artículo en Advanced Materials Technologies que describe el desarrollo de vasos sanguíneos artificiales mediante tecnología de impresión 3D, tan fuertes y duraderos como los vasos sanguíneos naturales . ^{[ 58 ]} El proceso consistió en utilizar un husillo giratorio integrado en una impresora 3D para crear injertos a partir de un gel a base de agua, que posteriormente se recubrieron con moléculas de poliéster biodegradables. ^{[ 58 ]}

En octubre de 2025, el North Bristol NHS Trust informó que un ciclista británico llamado Dave Richards había recibido una prótesis facial completa impresa en 3D , creada en el recién inaugurado Centro Médico 3D de Bristol, perteneciente al North Bristol NHS Trust. Dirigido por la científica reconstructiva sénior Amy Davey, el proceso utilizó escaneo avanzado y resinas de grado médico para replicar sus rasgos faciales tras sufrir quemaduras graves. Esto marcó un hito en las instalaciones integradas de impresión 3D médica en el Reino Unido. ^{[ 59 ]}

Los modelos imprimibles en 3D se pueden crear con un paquete de diseño asistido por computadora (CAD), mediante un escáner 3D o con una cámara digital y software de fotogrametría . Los modelos impresos en 3D creados con CAD presentan relativamente menos errores que otros métodos. Los errores en los modelos imprimibles en 3D se pueden identificar y corregir antes de la impresión. ^{[ 78 ]} El proceso de modelado manual para preparar datos geométricos para gráficos 3D por computadora es similar a las artes plásticas como la escultura. El escaneo 3D es un proceso de recopilación de datos digitales sobre la forma y apariencia de un objeto real y la creación de un modelo digital basado en ellos.

Los modelos CAD se pueden guardar en el formato de archivo de estereolitografía (STL) , un formato de archivo CAD estándar para la fabricación aditiva que almacena datos basados ​​en triangulaciones de la superficie de los modelos CAD. STL no es adecuado para la fabricación aditiva porque genera archivos de gran tamaño de piezas optimizadas topológicamente y estructuras reticulares debido a la gran cantidad de superficies involucradas. Un formato de archivo CAD más reciente, el formato de archivo de fabricación aditiva (AMF) , se introdujo en 2011 para solucionar este problema. Almacena información utilizando triangulaciones curvas. ^{[ 79 ]}

Antes de imprimir un modelo 3D a partir de un archivo STL , primero debe examinarse en busca de errores. La mayoría de las aplicaciones CAD producen errores en los archivos STL de salida, ^{[ 80 ] [ 81 ]} de los siguientes tipos:

• agujeros
• caras normales
• autointersecciones
• carcasas de ruido
• errores de variedad ^{[ 82 ]}
• problemas de voladizos ^{[ 83 ]}

Un paso en la generación de STL conocido como "reparación" corrige dichos problemas en el modelo original. ^{[ 84 ] [ 85 ]} Generalmente, los STL que se han producido a partir de un modelo obtenido mediante escaneo 3D suelen tener más de estos errores ^{[ 86 ]} ya que el escaneo 3D se suele realizar mediante adquisición/mapeo punto a punto. La reconstrucción 3D a menudo incluye errores. ^{[ 87 ]}

Una vez completado, el archivo STL debe ser procesado por un software llamado " slicer ", que convierte el modelo en una serie de capas delgadas y produce un archivo de código G que contiene instrucciones adaptadas a un tipo específico de impresora 3D. Por ejemplo, las impresoras FDM utilizan formatos de archivo FDM . ^{[ 88 ]} Este archivo de código G se puede imprimir con un software cliente de impresión 3D (que carga el código G y lo utiliza para dar instrucciones a la impresora 3D durante el proceso de impresión).

La resolución de la impresora describe el grosor de la capa y la resolución X-Y en puntos por pulgada (ppp) o micrómetros (μm). El grosor típico de la capa es de alrededor de 100 μm (250 ppp ) , aunque algunas máquinas pueden imprimir capas tan finas como 16 μm (1600 ppp) . ^{[ 89 ]} La resolución X-Y es comparable a la de las impresoras láser . Las partículas (puntos 3D) tienen un diámetro de entre 0,01 y 0,1 μm (2 540 000 a 250 000 ppp) . ^{[ 90 ]} Para esa resolución de impresora, especificar una resolución de malla de 0,01–0,03 mm y una longitud de cuerda ≤ 0,016 mm genera un archivo de salida STL óptimo para un archivo de entrada de modelo dado. ^{[ 91 ]} Especificar una resolución más alta da como resultado archivos más grandes sin un aumento en la calidad de impresión.   

La construcción de un modelo con métodos convencionales puede llevar desde varias horas hasta varios días, dependiendo del método empleado y del tamaño y complejidad del modelo. Los sistemas de fabricación aditiva suelen reducir este tiempo a unas pocas horas, aunque varía considerablemente según el tipo de máquina utilizada y el tamaño y número de modelos que se produzcan simultáneamente.

Si bien la resolución y el acabado superficial que ofrece la impresora son suficientes para algunas aplicaciones, los métodos de postprocesamiento y acabado permiten obtener ventajas como una mayor precisión dimensional, superficies más lisas y otras modificaciones como la coloración.

El acabado superficial de una pieza impresa en 3D se puede mejorar utilizando métodos sustractivos como el lijado y el granallado. Al alisar piezas que requieren precisión dimensional, es importante tener en cuenta el volumen del material que se elimina. ^{[ 92 ]}

Algunos polímeros imprimibles, como el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), permiten alisar y mejorar el acabado de la superficie mediante procesos de vapor químico ^{[ 93 ]} basados ​​en acetona o disolventes similares.

Algunas técnicas de fabricación aditiva pueden beneficiarse del recocido como paso de postprocesamiento. El recocido de una pieza impresa en 3D permite una mejor unión de las capas internas debido a la recristalización de la pieza. Permite un aumento en las propiedades mecánicas, algunas de las cuales son la tenacidad a la fractura , ^{[ 94 ]} la resistencia a la flexión , ^{[ 95 ]} la resistencia al impacto , ^{[ 96 ]} y la resistencia al calor . ^{[ 96 ]} El recocido de un componente puede no ser adecuado para aplicaciones donde se requiere precisión dimensional, ya que puede introducir deformación o contracción debido al calentamiento y enfriamiento. ^{[ 97 ]} Algunas piezas fabricadas aditivamente, especialmente las piezas que son de misión crítica , se postprocesan con prensado isostático en caliente para mejorar la densidad y configurar la microestructura para obtener el rendimiento mecánico requerido de las piezas impresas. ^{[ 98 ] [ 99 ]}

La fabricación híbrida aditiva o sustractiva (ASHM) es un método que consiste en producir una pieza impresa en 3D y utilizar el mecanizado (fabricación sustractiva) para eliminar material. ^{[ 100 ]} Las operaciones de mecanizado pueden completarse después de cada capa o una vez finalizada la impresión 3D completa, según los requisitos de la aplicación. Estos métodos híbridos permiten que las piezas impresas en 3D alcancen mejores acabados superficiales y mayor precisión dimensional. ^{[ 101 ]}

La estructura en capas de los procesos de fabricación aditiva tradicionales produce un efecto de escalonamiento en las superficies de las piezas que son curvas o están inclinadas con respecto a la plataforma de construcción. Este efecto depende en gran medida de la altura de capa utilizada, así como de la orientación de la superficie de la pieza dentro del proceso de construcción. ^{[ 102 ]} Este efecto se puede minimizar utilizando "alturas de capa variables" o "alturas de capa adaptativas". Estos métodos disminuyen la altura de capa en las zonas donde se requiere mayor calidad. ^{[ 103 ]}

Pintar una pieza impresa en 3D ofrece una variedad de acabados y apariencias que no se pueden lograr con la mayoría de las técnicas de impresión 3D. El proceso generalmente consta de varios pasos, como la preparación de la superficie, la imprimación y la pintura. ^{[ 104 ]} Estos pasos ayudan a preparar la superficie de la pieza y aseguran que la pintura se adhiera correctamente.

Algunas técnicas de fabricación aditiva permiten utilizar varios materiales simultáneamente. Estas técnicas pueden imprimir en múltiples colores y combinaciones de colores al mismo tiempo, y producir piezas que no necesariamente requieren pintura.

Algunas técnicas de impresión requieren la construcción de soportes internos para sostener las partes sobresalientes durante el proceso de impresión. Estos soportes deben retirarse mecánicamente o disolverse si se utiliza un material de soporte soluble en agua, como el PVA, una vez finalizada la impresión.

Algunas impresoras 3D de metal comerciales implican el corte del componente metálico del sustrato metálico después de la deposición. Un nuevo proceso para la impresión 3D GMAW permite modificaciones de la superficie del sustrato para eliminar aluminio ^{[ 105 ]} o acero ^{[ 106 ]} .

Tradicionalmente, la impresión 3D se centró en polímeros , debido a la facilidad de fabricación y manipulación de estos materiales. Sin embargo, el método ha evolucionado rápidamente para imprimir no solo diversos polímeros ^{[ 108 ]} , sino también metales ^{[ 109 ] [ 110 ]} , chocolates ^{[ 111 ]} y cerámica ^{[ 112 ]} , lo que convierte a la impresión 3D en una opción versátil para la fabricación. La fabricación capa por capa de modelos físicos tridimensionales es un concepto moderno que «surge de la creciente industria CAD, más específicamente del modelado sólido. Antes de que se introdujera el modelado sólido a finales de la década de 1980, los modelos tridimensionales se creaban con estructuras alámbricas y superficies» ^{[ 113 ]} , pero en todos los casos las capas de materiales están controladas por la impresora y las propiedades del material. La capa de material tridimensional se controla mediante la tasa de deposición establecida por el operador de la impresora y almacenada en un archivo informático. El primer material impreso patentado fue una tinta termofusible para imprimir patrones utilizando una aleación metálica calentada.

Charles Hull presentó la primera patente el 8 de agosto de 1984 para utilizar una resina acrílica curada con UV mediante una fuente de luz enmascarada con UV en UVP Corp para construir un modelo simple. La SLA-1 fue el primer producto SL anunciado por 3D Systems en la Autofact Exposition, Detroit, en noviembre de 1978. La SLA-1 Beta se envió en enero de 1988 a Baxter Healthcare, Pratt and Whitney, General Motors y AMP. La primera SLA-1 de producción se envió a Precision Castparts en abril de 1988. El material de resina UV cambió rápidamente a una resina a base de epoxi. En ambos casos, los modelos SLA-1 necesitaban curado en horno UV después de ser enjuagados en un limpiador solvente para eliminar la resina límite sin curar. Se vendía un aparato de postcurado (PCA) con todos los sistemas. Las primeras impresoras de resina requerían una cuchilla para mover resina fresca sobre el modelo en cada capa. El espesor de la capa era de 0,006 pulgadas y el láser HeCd del modelo SLA-1 tenía una potencia de 12 vatios y barría la superficie a 30 pulgadas por segundo. UVP fue adquirida por 3D Systems en enero de 1990. ^{[ 114 ]}

Un repaso histórico revela que en la década de 1980 se utilizaron diversos materiales (resinas, polvo plástico, filamento plástico y tinta plástica termofusible) para patentes en el campo del prototipado rápido. Itzchak Pomerantz, de Cubital, también introdujo la resina curada con luz ultravioleta mediante lámpara enmascarada en la impresora Soldier 5600; Carl Deckard (DTM) utilizó polvos termoplásticos sinterizados por láser; y Michael Feygin apiló papel adhesivo cortado con láser (LOM) para formar objetos, antes de que 3D Systems hiciera su primer anuncio. Scott Crump también trabajaba con modelado de filamento plástico extruido "fundido" (FDM) y la deposición de gotas había sido patentada por William E Masters una semana después de la patente de Hull en 1984, pero tuvo que descubrir las inyecciones de tinta termoplásticas, introducidas por la impresora 3D Visual Impact Corporation en 1992, utilizando inyecciones de tinta de Howtek, Inc., antes de formar BPM para lanzar su propio producto de impresora 3D en 1994. ^{[ 114 ]}

Los polímeros más comunes para impresoras 3D personales son el ácido poliláctico (PLA) y el PETG .

Los esfuerzos para lograr la impresión 3D multimaterial abarcan desde procesos similares a FDM mejorados como VoxelJet hasta nuevas tecnologías de impresión basadas en vóxeles como el ensamblaje por capas. ^{[ 115 ]}

Una desventaja de muchas tecnologías de impresión 3D existentes es que solo permiten imprimir un material a la vez, lo que limita muchas aplicaciones potenciales que requieren la integración de diferentes materiales en un mismo objeto. La impresión 3D multimaterial resuelve este problema al permitir la fabricación de objetos con composiciones complejas y heterogéneas de materiales utilizando una sola impresora. En este caso, se debe especificar un material para cada vóxel (o píxel de impresión 3D) dentro del volumen del objeto final.

El proceso puede estar plagado de complicaciones, sin embargo, debido a los algoritmos aislados y monolíticos. Algunos dispositivos comerciales han intentado solucionar estos problemas, como la creación de un traductor Spec2Fab, pero el progreso aún es muy limitado. ^{[ 116 ]} No obstante, en la industria médica, se ha presentado un concepto de píldoras y vacunas impresas en 3D. ^{[ 117 ]} Con este nuevo concepto, se pueden combinar múltiples medicamentos, lo que se espera que reduzca muchos riesgos. Con cada vez más aplicaciones de la impresión 3D multimaterial, los costos de la vida diaria y el desarrollo de alta tecnología se reducirán inevitablemente.

También se están investigando los materiales metalográficos para la impresión 3D. ^{[ 118 ]} Al clasificar cada material, CIMP-3D puede realizar sistemáticamente la impresión 3D con múltiples materiales. ^{[ 119 ]}

El uso de la impresión 3D  y las estructuras multimateriales en la fabricación aditiva ha permitido el diseño y la creación de lo que se conoce como impresión 4D. La impresión 4D es un proceso de fabricación aditiva en el que el objeto impreso cambia de forma con el tiempo, la temperatura u otro tipo de estímulo. La impresión 4D permite la creación de estructuras dinámicas con formas, propiedades o funcionalidades ajustables. Los materiales inteligentes/sensibles a estímulos que se crean mediante la impresión 4D pueden activarse para generar respuestas calculadas, como el autoensamblaje, la autorreparación, la multifuncionalidad, la reconfiguración y el cambio de forma. Esto permite la impresión personalizada de materiales con memoria de forma y que cambian de forma. ^{[ 120 ]}

La impresión 4D tiene el potencial de encontrar nuevas aplicaciones y usos para diversos materiales (plásticos, compuestos, metales, etc.) y de crear nuevas aleaciones y compuestos que antes no eran viables. La versatilidad de esta tecnología y de los materiales que ofrece puede impulsar avances en múltiples sectores industriales, como el aeroespacial, el comercial y el médico. Es necesario mejorar la repetibilidad, la precisión y la variedad de materiales que admite la impresión 4D para que el proceso sea más práctico en todas estas industrias. 

Para convertirse en una opción viable de producción industrial, la impresión 4D debe superar algunos desafíos. Entre ellos, cabe destacar que las microestructuras de estos materiales inteligentes impresos deben ser similares o incluso mejores que las de las piezas obtenidas mediante procesos de mecanizado tradicionales. Es necesario desarrollar materiales nuevos y personalizables que puedan responder de forma consistente a diversos estímulos externos y adoptar la forma deseada. Asimismo, se requiere diseñar software nuevo para las distintas técnicas de impresión 4D. Este software deberá tener en cuenta el material inteligente base, la técnica de impresión y los requisitos estructurales y geométricos del diseño. ^{[ 121 ]}

La fabricación aditiva de alimentos se está desarrollando mediante la compresión de alimentos, capa por capa, para formar objetos tridimensionales. Una gran variedad de alimentos son candidatos adecuados, como el chocolate y los dulces, y alimentos planos como galletas, pasta, ^{[ 125 ]} y pizza. ^{[ 126 ] [ 127 ]} La NASA está investigando la tecnología para crear alimentos impresos en 3D con el fin de limitar el desperdicio de alimentos y elaborar alimentos diseñados para satisfacer las necesidades dietéticas de un astronauta. ^{[ 128 ]} En 2018, el bioingeniero italiano Giuseppe Scionti desarrolló una tecnología que permite la producción de análogos de carne fibrosos de origen vegetal utilizando una bioimpresora 3D personalizada , imitando la textura y los valores nutricionales de la carne. ^{[ 129 ] [ 130 ]}

La impresión 3D ha entrado en el mundo de la ropa, con diseñadores de moda experimentando con bikinis, zapatos y vestidos impresos en 3D. ^{[ 131 ]} En la producción comercial, Nike utilizó la impresión 3D para prototipar y fabricar el calzado de fútbol Vapor Laser Talon 2012 para jugadores de fútbol americano, y New Balance ha fabricado en 3D zapatos a medida para atletas. ^{[ 131 ] [ 132 ]} La impresión 3D ha llegado al punto en que las empresas imprimen gafas de consumo con ajuste y estilo personalizados bajo demanda (aunque no pueden imprimir los lentes). La personalización bajo demanda de gafas es posible con el prototipado rápido. ^{[ 133 ]} Las estrategias de diseño de armaduras pueden mejorarse tomando inspiración en la naturaleza y prototipando esos diseños usando AM. ^{[ 134 ]}

En automóviles, camiones y aeronaves, la fabricación aditiva está comenzando a transformar tanto el diseño y la producción de carrocerías monocasco y fuselajes , como el diseño y la producción de sistemas de propulsión . Por ejemplo, General Electric utiliza impresoras 3D de alta gama para fabricar piezas para turbinas . ^{[ 135 ]} Muchos de estos sistemas se utilizan para la creación rápida de prototipos antes de emplear métodos de producción en masa. Otros ejemplos destacados incluyen:

• A principios de 2014, el fabricante sueco de autos deportivos Koenigsegg anunció el One:1, un auto deportivo que utiliza muchos componentes impresos en 3D. ^{[ 136 ]} Urbee es el primer auto producido mediante impresión 3D (la carrocería y las ventanas del auto fueron "impresas"). ^{[ 137 ] [ 138 ] [ 139 ]}
• En 2014, Local Motors presentó Strati, un vehículo funcional que fue impreso completamente en 3D utilizando plástico ABS y fibra de carbono, excepto el sistema de propulsión. ^{[ 140 ]}
• En mayo de 2015, Airbus anunció que su nuevo Airbus A350 XWB incluía más de 1000 componentes fabricados mediante impresión 3D. ^{[ 141 ]}
• En 2015, un avión de combate Eurofighter Typhoon de la Real Fuerza Aérea británica voló con piezas impresas en 3D. La Fuerza Aérea de los Estados Unidos ha comenzado a trabajar con impresoras 3D, y la Fuerza Aérea israelí también ha adquirido una impresora 3D para imprimir piezas de repuesto. ^{[ 142 ]}
• En 2017, GE Aviation reveló que había utilizado el diseño para la fabricación aditiva para crear un motor de helicóptero con 16 piezas en lugar de 900, con un gran impacto potencial en la reducción de la complejidad de las cadenas de suministro . ^{[ 143 ]}

El impacto de la fabricación aditiva en las armas de fuego abarca dos dimensiones: nuevos métodos de fabricación para empresas establecidas y nuevas posibilidades para la fabricación de armas de fuego caseras . En 2012, el grupo estadounidense Defense Distributed reveló sus planes para diseñar un arma de fuego funcional impresa en 3D de plástico "que podría ser descargada y reproducida por cualquier persona con una impresora 3D". ^{[ 144 ] [ 145 ]} Tras la publicación de los planes de Defense Distributed, surgieron interrogantes sobre los efectos que la impresión 3D y el mecanizado CNC generalizado a nivel de consumidor ^{[ 146 ] [ 147 ]} podrían tener en la eficacia del control de armas . ^{[ 148 ] [ 149 ] [ 150 ] [ 151 ]}

Los usos quirúrgicos de las terapias centradas en la impresión 3D comenzaron a mediados de la década de 1990 con el modelado anatómico para la planificación de cirugías reconstructivas óseas. Los implantes adaptados al paciente fueron una extensión natural de este trabajo, lo que condujo a implantes verdaderamente personalizados que se ajustan a un individuo único. ^{[ 152 ]} La planificación virtual de la cirugía y la guía mediante instrumentos personalizados impresos en 3D se han aplicado con gran éxito a muchas áreas de la cirugía, incluyendo el reemplazo total de articulaciones y la reconstrucción craneomaxilofacial. ^{[ 153 ] [ 154 ]} Un ejemplo de esto es la férula traqueal biorreabsorbible para tratar a recién nacidos con traqueobroncomalacia ^{[ 155 ]} desarrollada en la Universidad de Michigan. El uso de la fabricación aditiva para la producción en serie de implantes ortopédicos (metálicos) también está aumentando debido a la capacidad de crear eficientemente estructuras de superficie porosas que facilitan la osteointegración . Se espera que las industrias de audífonos y odontología sean las áreas más importantes de desarrollo futuro utilizando la tecnología de impresión 3D personalizada. ^{[ 156 ]}

La impresión 3D no se limita solo a materiales inorgánicos; ha habido una serie de avances biomédicos posibles gracias a la impresión 3D. A partir de 2012La tecnología de bioimpresión 3D ha sido estudiada por empresas de biotecnología y el ámbito académico para su posible uso en aplicaciones de ingeniería de tejidos, en las que se construyen órganos y partes del cuerpo mediante técnicas de impresión por inyección de tinta . En este proceso, se depositan capas de células vivas sobre un medio de gel o matriz de azúcar, que se van construyendo lentamente para formar estructuras tridimensionales, incluidos sistemas vasculares. ^{[ 157 ]} La impresión 3D se ha considerado como un método para implantar células madre capaces de generar nuevos tejidos y órganos en seres humanos vivos. ^{[ 158 ]} En 2018, la tecnología de impresión 3D se utilizó por primera vez para crear una matriz para la inmovilización celular en fermentación. La producción de ácido propiónico por Propionibacterium acidipropionici inmovilizado en microesferas de nailon impresas en 3D se eligió como estudio modelo. Se demostró que estas microesferas impresas en 3D eran capaces de promover una alta densidad de adhesión celular y la producción de ácido propiónico, lo que podría adaptarse a otros bioprocesos de fermentación. ^{[ 159 ]}

La impresión 3D también ha sido empleada por investigadores en el campo farmacéutico. Durante los últimos años, ha habido un aumento en el interés académico con respecto a la administración de fármacos con la ayuda de técnicas de fabricación aditiva (FA). Esta tecnología ofrece una forma única de utilizar materiales en formulaciones novedosas. ^{[ 160 ]} La fabricación aditiva permite el uso de materiales y compuestos en el desarrollo de formulaciones, de maneras que no son posibles con las técnicas convencionales/tradicionales en el campo farmacéutico, por ejemplo, la compresión de tabletas, el moldeo por fundición, etc. Además, una de las principales ventajas de la impresión 3D, especialmente en el caso del modelado por deposición fundida (FDM), es la personalización de la forma farmacéutica que se puede lograr, dirigiéndose así a las necesidades específicas del paciente. ^{[ 161 ]} En un futuro no muy lejano, se espera que las impresoras 3D lleguen a hospitales y farmacias para proporcionar la producción bajo demanda de formulaciones personalizadas según las necesidades de los pacientes. ^{[ 162 ]}

La impresión 3D también se ha utilizado para equipos médicos. Durante la pandemia de COVID-19, las impresoras 3D se utilizaron para complementar el suministro limitado de EPI (equipos de protección individual) mediante voluntarios que utilizaron sus impresoras personales para producir diversas piezas de equipo de protección individual (por ejemplo, marcos para protectores faciales).

La impresión 3D, y en particular las impresoras 3D de código abierto, son las últimas tecnologías que se están abriendo camino en las aulas. ^{[ 163 ] [ 164 ] [ 165 ]} La educación superior ha demostrado ser un importante comprador de impresoras 3D de escritorio y profesionales, lo que los expertos de la industria generalmente consideran un indicador positivo. ^{[ 166 ]} Algunos autores han afirmado que las impresoras 3D ofrecen una "revolución" sin precedentes en la educación STEM . ^{[ 167 ] [ 168 ]} La evidencia de tales afirmaciones proviene tanto de la capacidad de bajo costo para la creación rápida de prototipos en el aula por parte de los estudiantes, como de la fabricación de equipos científicos de bajo costo y alta calidad a partir de diseños de hardware abierto que forman laboratorios de código abierto . ^{[ 169 ]} Además, las bibliotecas de todo el mundo también se han convertido en lugares para albergar impresoras 3D más pequeñas para el acceso educativo y comunitario. ^{[ 170 ]} Las futuras aplicaciones de la impresión 3D podrían incluir la creación de equipos científicos de código abierto. ^{[ 169 ] [ 171 ]}

En la década de 2010, la impresión 3D se utilizó intensivamente en el campo del patrimonio cultural con fines de preservación, restauración y difusión. ^{[ 172 ]} Muchos museos europeos y norteamericanos han comprado impresoras 3D y recrean activamente piezas faltantes de sus reliquias ^{[ 173 ]} y monumentos arqueológicos como Tiwanaku en Bolivia . ^{[ 174 ]} El Museo Metropolitano de Arte y el Museo Británico han comenzado a usar sus impresoras 3D para crear recuerdos de museo que están disponibles en las tiendas del museo. ^{[ 175 ]} Otros museos, como el Museo Nacional de Historia Militar y el Museo Histórico de Varna, han ido más allá y venden a través de la plataforma en línea Threeding modelos digitales de sus artefactos, creados usando escáneres 3D Artec , en un formato de archivo compatible con la impresión 3D, que cualquiera puede imprimir en 3D en casa. ^{[ 176 ]} Morehshin Allahyari , una artista estadounidense nacida en Irán, considera su uso de procesos de escultura 3D para reconstruir tesoros culturales iraníes como activismo feminista. Allahyari utiliza un software de modelado 3D para reconstruir una serie de artefactos culturales que fueron destruidos por militantes del ISIS en 2014. ^{[ 177 ]}

La aplicación de la impresión 3D para la representación de activos arquitectónicos presenta numerosos desafíos. En 2018, la estructura del Banco Nacional de Irán fue topografiada y modelada tradicionalmente en software de gráficos por computadora (específicamente, Cinema4D ) y optimizada para la impresión 3D. El equipo probó la técnica para la construcción de la pieza y resultó exitosa. Tras probar el procedimiento, los modeladores reconstruyeron la estructura en Cinema4D y exportaron la parte frontal del modelo a Netfabb . Se eligió la entrada del edificio debido a las limitaciones de la impresión 3D y al presupuesto del proyecto para la producción de la maqueta. La impresión 3D era solo una de las capacidades que permitía el modelo 3D del banco, pero debido al alcance limitado del proyecto, el equipo no continuó el modelado para la representación virtual ni para otras aplicaciones. ^{[ 178 ]} En 2021, Parsinejad et al. compararon exhaustivamente el método de levantamiento manual para la reconstrucción 3D lista para la impresión 3D con el registro digital (adopción del método de fotogrametría). ^{[ 178 ]}

El primer puente de acero impreso en 3D del mundo se inauguró en Ámsterdam en julio de 2021. Con una longitud de 12 metros sobre el canal Oudezijds Achterburgwal , el puente se creó utilizando brazos robóticos que imprimieron más de 4500 kilogramos de acero inoxidable. Su construcción duró seis meses. ^{[ 179 ]}

Los actuadores blandos impresos en 3D son una aplicación en auge de la tecnología de impresión 3D que se ha consolidado en el sector. Estos actuadores se desarrollan para trabajar con estructuras y órganos blandos, especialmente en el ámbito biomédico, donde la interacción entre humanos y robots es inevitable. La mayoría de los actuadores blandos existentes se fabrican mediante métodos convencionales que requieren la fabricación manual de dispositivos, el postprocesamiento/ensamblaje y largas iteraciones hasta alcanzar la madurez de la fabricación. En lugar de los aspectos tediosos y que consumen mucho tiempo de los procesos de fabricación actuales, los investigadores están explorando un enfoque de fabricación adecuado para la fabricación eficaz de actuadores blandos. Así, los actuadores blandos impresos en 3D se presentan para revolucionar el diseño y la fabricación de actuadores blandos con propiedades geométricas, funcionales y de control personalizadas, de forma más rápida y económica. Además, permiten la incorporación de todos los componentes del actuador en una sola estructura, eliminando la necesidad de utilizar juntas externas , adhesivos y fijaciones .

La fabricación de placas de circuito impreso implica múltiples pasos que incluyen la creación de imágenes, perforación, recubrimiento, recubrimiento de máscara de soldadura, impresión de nomenclatura y acabados superficiales. Estos pasos implican muchos productos químicos como disolventes y ácidos agresivos. La impresión 3D de placas de circuito impreso elimina la necesidad de muchos de estos pasos, al tiempo que permite producir diseños complejos. ^{[ 180 ]} Se utiliza tinta de polímero para crear las capas de la construcción, mientras que se utiliza polímero de plata para crear las pistas y los orificios que permiten el flujo de electricidad. ^{[ 181 ]} La fabricación actual de placas de circuito impreso puede ser un proceso tedioso dependiendo del diseño. Se reúnen los materiales especificados y se envían al procesamiento de capas internas donde se imprimen, revelan y graban las imágenes. Los núcleos de grabado se perforan normalmente para añadir herramientas de laminación. Luego, los núcleos se preparan para la laminación. El apilamiento, la construcción de una placa de circuito impreso, se construye y se envía a la laminación donde se unen las capas. Luego, las placas se miden y perforan. Muchos pasos pueden diferir de esta etapa; sin embargo, para diseños simples, el material pasa por un proceso de recubrimiento para recubrir los orificios y la superficie. La imagen exterior se imprime, se revela y se graba. Una vez definida la imagen, el material se recubre con una máscara de soldadura para su posterior soldadura. A continuación, se añade la nomenclatura para la identificación de los componentes. Finalmente, se aplica el acabado superficial. Las placas se cortan del panel a su forma individual o en matriz y se someten a pruebas eléctricas. Además de la documentación necesaria para certificar que las placas cumplen las especificaciones, estas se empaquetan y se envían. Las ventajas de la impresión 3D radican en que el contorno final se define desde el principio, no se requiere imagen, perforación ni laminación, y las conexiones eléctricas se realizan con polímero de plata, lo que elimina la necesidad de taladrar y chapar. La documentación final también se reduce considerablemente debido a la menor cantidad de materiales necesarios para la fabricación de la placa de circuito. Diseños complejos que, mediante procesos convencionales, pueden tardar semanas en completarse, pueden imprimirse en 3D, reduciendo significativamente el tiempo de fabricación.

En 2005, las revistas académicas comenzaron a informar sobre las posibles aplicaciones artísticas de la tecnología de impresión 3D. ^{[ 182 ]} Las máquinas comerciales eran cada vez más capaces de producir aplicaciones prácticas para el hogar, por ejemplo, objetos ornamentales. Algunos ejemplos prácticos incluyen un reloj funcional ^{[ 183 ]} y engranajes impresos para máquinas de carpintería domésticas, entre otros propósitos. ^{[ 184 ]} Los sitios web asociados con la impresión 3D doméstica solían incluir rascadores de espalda, percheros, pomos de puertas, etc. ^{[ 185 ]} A partir de 2017, la impresión 3D doméstica estaba llegando a un público consumidor más allá de los aficionados y entusiastas. Varios proyectos y empresas están haciendo esfuerzos para desarrollar impresoras 3D asequibles para uso doméstico de escritorio. Gran parte de este trabajo ha sido impulsado y dirigido a las comunidades de bricolaje / creadores /entusiastas/ adoptadores tempranos , con vínculos adicionales con las comunidades académicas y de hackers .

Impulsado por la disminución de los precios y el aumento de la calidad, a partir de 2019Se estima que 2 millones de personas en todo el mundo han comprado una impresora 3D para uso como pasatiempo. ^{[ 186 ]}

La impresión 3D lleva décadas presente en ciertos sectores manufactureros donde se aplican diversas normativas legales, como patentes , derechos de diseño industrial , derechos de autor y marcas registradas . Sin embargo, no existe mucha jurisprudencia que determine cómo se aplicarán estas leyes si las impresoras 3D se popularizan y particulares o aficionados comienzan a fabricar artículos para uso personal, distribución sin ánimo de lucro o venta.

Cualquiera de los regímenes legales mencionados puede prohibir la distribución de los diseños utilizados en la impresión 3D, así como la distribución o venta del artículo impreso. Para poder realizar estas acciones, cuando se trate de propiedad intelectual activa, sería necesario contactar al titular y solicitar una licencia, la cual podría estar sujeta a condiciones y tener un costo. Sin embargo, muchas leyes de patentes, diseños y derechos de autor contienen una limitación o excepción estándar para el uso "privado" o "no comercial" de invenciones, diseños u obras de arte protegidas por la propiedad intelectual. Dicha limitación o excepción estándar puede dejar estos usos privados y no comerciales fuera del alcance de los derechos de propiedad intelectual.

Las patentes cubren invenciones, incluyendo procesos, máquinas, manufacturas y composiciones de materia, y tienen una duración limitada que varía entre países, pero generalmente es de 20 años a partir de la fecha de solicitud. Por lo tanto, si un tipo de rueda está patentado, imprimir, usar o vender dicha rueda podría constituir una infracción de la patente. ^{[ 187 ]}

Los derechos de autor cubren una expresión ^{[ 188 ]} en un soporte tangible y fijo y, a menudo, duran toda la vida del autor más 70  años después. ^{[ 189 ]} Por ejemplo, un escultor conserva los derechos de autor sobre una estatua, de modo que otras personas no pueden distribuir legalmente diseños para imprimir una estatua idéntica o similar sin pagar regalías, esperar a que expiren los derechos de autor o trabajar dentro de una excepción de uso legítimo .

Cuando una característica tiene méritos tanto artísticos (protegibles por derechos de autor) como funcionales (patentables) cuando la cuestión ha aparecido en un tribunal estadounidense, los tribunales a menudo han sostenido que la característica no es protegible por derechos de autor a menos que pueda separarse de los aspectos funcionales del artículo. ^{[ 189 ]} En otros países, la ley y los tribunales pueden aplicar un enfoque diferente que permite, por ejemplo, que el diseño de un dispositivo útil se registre (en su conjunto) como un diseño industrial en el entendimiento de que, en caso de copia no autorizada, solo las características no funcionales pueden reclamarse bajo la ley de diseños, mientras que cualquier característica técnica solo podría reclamarse si está cubierta por una patente válida.

El Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. y el Centro Regional Conjunto de Inteligencia publicaron un memorando en el que afirman que "los avances significativos en las capacidades de impresión tridimensional (3D), la disponibilidad de archivos digitales gratuitos para impresión 3D de componentes de armas de fuego y la dificultad para regular el intercambio de archivos pueden presentar riesgos para la seguridad pública debido a personas no cualificadas que buscan armas y que obtienen o fabrican armas impresas en 3D" y que "la legislación propuesta para prohibir la impresión 3D de armas puede disuadir, pero no puede impedir por completo su producción. Incluso si la práctica se prohíbe mediante una nueva legislación, la distribución en línea de estos archivos para impresión 3D será tan difícil de controlar como cualquier otro archivo de música, películas o software que se comercialice ilegalmente". ^{[ 190 ]}

El intento de restringir la distribución de planos de armas a través de Internet se ha comparado con la inutilidad de impedir la distribución generalizada de DeCSS , que permitía la extracción de DVD . ^{[ 191 ] [ 192 ] [ 193 ] [ 194 ]} Después de que el gobierno de EE. UU. hiciera que Defense Distributed retirara los planos, estos seguían estando ampliamente disponibles a través de Pirate Bay y otros sitios de intercambio de archivos. ^{[ 195 ]} Las descargas de los planos desde el Reino Unido, Alemania, España y Brasil fueron elevadas. ^{[ 196 ] [ 197 ]} Algunos legisladores estadounidenses han propuesto regulaciones sobre las impresoras 3D para evitar que se utilicen para imprimir armas. ^{[ 198 ] [ 199 ]} Los defensores de la impresión 3D han sugerido que tales regulaciones serían inútiles, podrían paralizar la industria de la impresión 3D y podrían infringir los derechos de libertad de expresión, y el profesor Hod Lipson, pionero de la impresión 3D, sugirió que en su lugar se podría controlar la pólvora. ^{[ 200 ] [ 201 ] [ 202 ] [ 203 ] [ 204 ] [ 205 ]}

A nivel internacional, donde los controles de armas son generalmente más estrictos que en Estados Unidos, algunos comentaristas han señalado que el impacto podría sentirse con mayor intensidad, ya que las armas de fuego alternativas no son tan fáciles de obtener. ^{[ 206 ]} Funcionarios del Reino Unido han indicado que producir un arma impresa en 3D sería ilegal según sus leyes de control de armas. ^{[ 207 ]} Europol afirmó que los delincuentes tienen acceso a otras fuentes de armas, pero señaló que, a medida que la tecnología mejora, los riesgos de un efecto aumentarían. ^{[ 208 ] [ 209 ]}

En Estados Unidos, la FAA ha anticipado el interés por utilizar técnicas de fabricación aditiva y ha estado considerando la mejor manera de regular este proceso. ^{[ 210 ]} La FAA tiene jurisdicción sobre dicha fabricación porque todas las piezas de aeronaves deben fabricarse bajo la aprobación de producción de la FAA o bajo otras categorías regulatorias de la FAA. ^{[ 211 ]} En diciembre de 2016, la FAA aprobó la producción de una boquilla de combustible impresa en 3D para el motor GE LEAP. ^{[ 212 ]} El abogado aeronáutico Jason Dickstein ha sugerido que la fabricación aditiva es simplemente un método de producción y que debería regularse como cualquier otro método de producción. ^{[ 213 ] [ 214 ]} Ha sugerido que el enfoque de la FAA debería estar en brindar orientación para explicar el cumplimiento, en lugar de cambiar las reglas existentes, y que las regulaciones y la guía existentes permiten a una empresa "desarrollar un sistema de calidad sólido que refleje adecuadamente las necesidades regulatorias de garantía de calidad". ^{[ 213 ]}

En 2021, se publicaron las primeras normas, por ejemplo, ASTM ISO/ASTM52900-21 Principios generales, fundamentos y vocabulario de la fabricación aditiva, y la mencionada ISO/ASTM52900-15. ^{[ 215 ] [ 216 ]} En 2023, la ISO/ASTM 52920:2023 ^{[ 217 ]} definió los requisitos para los procesos de fabricación aditiva industrial y los sitios de producción que utilizan la fabricación aditiva para garantizar el nivel de calidad requerido. Anteriormente en Alemania se publicó un borrador de la norma DIN, DIN SPEC 17071:2019.

Desde la década de 1950, varios escritores y comentaristas sociales han especulado con cierta profundidad sobre los cambios sociales y culturales que podrían resultar de la llegada de la tecnología de fabricación aditiva comercialmente asequible. ^{[ 224 ]} En los últimos años, la impresión 3D ha tenido un impacto significativo en el sector humanitario y de desarrollo. Su potencial para facilitar la fabricación distribuida está generando beneficios en la cadena de suministro y la logística, al reducir la necesidad de transporte, almacenamiento y desperdicio. Además, el desarrollo social y económico se está impulsando mediante la creación de economías de producción locales. ^{[ 123 ]}

Otros han sugerido que, a medida que más y más impresoras 3D comiencen a entrar en los hogares de las personas, la relación convencional entre el hogar y el lugar de trabajo podría erosionarse aún más. ^{[ 225 ]} Asimismo, también se ha sugerido que, a medida que sea más fácil para las empresas transmitir diseños de nuevos objetos a nivel mundial, la necesidad de servicios de transporte de alta velocidad también podría disminuir. ^{[ 226 ]} Finalmente, dada la facilidad con la que ahora se pueden replicar ciertos objetos, queda por ver si se realizarán cambios en la legislación actual sobre derechos de autor para proteger los derechos de propiedad intelectual con la nueva tecnología ampliamente disponible.

Algunos llaman la atención sobre la conjunción de la producción entre pares basada en bienes comunes con la impresión 3D y otras técnicas de fabricación de bajo costo. ^{[ 227 ] [ 228 ] [ 229 ]} La fantasía auto-reforzada de un sistema de crecimiento eterno puede superarse con el desarrollo de economías de alcance, y aquí, la sociedad puede desempeñar un papel importante contribuyendo a elevar toda la estructura productiva a una meseta más alta de productividad más sostenible y personalizada. ^{[ 227 ]} Además, es cierto que muchos problemas, cuestiones y amenazas surgen debido a la democratización de los medios de producción, y especialmente en lo que respecta a los físicos. ^{[ 227 ]} Por ejemplo, la reciclabilidad de los nanomateriales avanzados todavía se cuestiona; la fabricación de armas podría volverse más fácil; sin mencionar las implicaciones para la falsificación ^{[ 230 ]} y sobre la propiedad intelectual. ^{[ 231 ]} Podría sostenerse que, en contraste con el paradigma industrial cuyas dinámicas competitivas se basaban en economías de escala, la impresión 3D de producción entre pares basada en bienes comunes podría desarrollar economías de alcance. Si bien las ventajas de escala se basan en el transporte global económico, las economías de alcance comparten los costos de infraestructura (recursos productivos intangibles y tangibles), aprovechando las capacidades de las herramientas de fabricación. ^{[ 227 ]} Y siguiendo a Neil Gershenfeld ^{[ 232 ]} en que "algunas de las partes menos desarrolladas del mundo necesitan algunas de las tecnologías más avanzadas", la producción entre pares basada en bienes comunes y la impresión 3D pueden ofrecer las herramientas necesarias para pensar globalmente pero actuar localmente en respuesta a ciertas necesidades.

Larry Summers escribió sobre las "consecuencias devastadoras" de la impresión 3D y otras tecnologías (robots, inteligencia artificial, etc.) para quienes realizan tareas rutinarias. En su opinión, "ya hay más hombres estadounidenses con seguro por discapacidad que trabajando en la industria manufacturera. Y las tendencias van en la dirección equivocada, sobre todo para los menos cualificados, ya que la capacidad del capital que incorpora la inteligencia artificial para reemplazar tanto el trabajo administrativo como el manual aumentará rápidamente en los próximos años". Summers recomienda esfuerzos cooperativos más enérgicos para abordar los "innumerables mecanismos" (por ejemplo, paraísos fiscales, secreto bancario, lavado de dinero y arbitraje regulatorio) que permiten a los poseedores de grandes riquezas "evadir" el pago de impuestos sobre la renta y el patrimonio, y para dificultar la acumulación de grandes fortunas sin exigir "grandes contribuciones sociales" a cambio, incluyendo: una aplicación más rigurosa de las leyes antimonopolio, reducciones en la protección "excesiva" de la propiedad intelectual, un mayor fomento de los planes de participación en las ganancias que puedan beneficiar a los trabajadores y darles una participación en la acumulación de riqueza, el fortalecimiento de los acuerdos de negociación colectiva, mejoras en el gobierno corporativo, el fortalecimiento de la regulación financiera para eliminar los subsidios a la actividad financiera, la flexibilización de las restricciones al uso de la tierra que pueden hacer que el valor de los bienes raíces de los ricos siga aumentando, una mejor capacitación para los jóvenes y la reconversión de los trabajadores desplazados, y una mayor inversión pública y privada en el desarrollo de infraestructura, por ejemplo, en la producción de energía y el transporte. ^{[ 233 ]}

Michael Spence escribió que «Ahora llega una poderosa ola de tecnología digital que está reemplazando la mano de obra en tareas cada vez más complejas. Este proceso de sustitución y desintermediación laboral lleva tiempo en marcha en el sector servicios: pensemos en los cajeros automáticos, la banca en línea, la planificación de recursos empresariales, la gestión de relaciones con los clientes, los sistemas de pago móvil y mucho más. Esta revolución se está extendiendo a la producción de bienes, donde los robots y la impresión 3D están desplazando la mano de obra». En su opinión, la mayor parte del coste de las tecnologías digitales se concentra al principio, en el diseño del hardware (por ejemplo, las impresoras 3D) y, más importante aún, en la creación del software que permite a las máquinas realizar diversas tareas. «Una vez logrado esto, el coste marginal del hardware es relativamente bajo (y disminuye a medida que aumenta la escala), y el coste marginal de replicar el software es prácticamente cero. Con un enorme mercado global potencial para amortizar los costes fijos iniciales de diseño y pruebas, los incentivos para invertir [en tecnologías digitales] son ​​irresistibles». ^{[ 234 ]}

Spence cree que, a diferencia de las tecnologías digitales anteriores, que impulsaron a las empresas a desplegar mano de obra valiosa subutilizada en todo el mundo, la fuerza motriz de la actual ola de tecnologías digitales es la reducción de costos mediante la sustitución de mano de obra. Por ejemplo, a medida que disminuye el costo de la tecnología de impresión 3D, es fácil imaginar que la producción se vuelva extremadamente local y personalizada. Además, la producción podría responder a la demanda real, no a la demanda anticipada o pronosticada. Spence cree que la mano de obra, por muy barata que sea, se convertirá en un activo menos importante para el crecimiento y la expansión del empleo, a medida que la manufactura intensiva en mano de obra y orientada a procesos se vuelva menos efectiva, y que la relocalización se manifestará tanto en países desarrollados como en desarrollo. En su opinión, la producción no desaparecerá, pero requerirá menos mano de obra, y todos los países eventualmente necesitarán reconstruir sus modelos de crecimiento en torno a las tecnologías digitales y el capital humano que respalda su implementación y expansión. Spence escribe que «el mundo al que nos adentramos es uno en el que los flujos globales más poderosos serán las ideas y el capital digital, no los bienes, los servicios y el capital tradicional. Adaptarse a esto requerirá cambios de mentalidad, políticas, inversiones (especialmente en capital humano) y, muy posiblemente, modelos de empleo y distribución». ^{[ 234 ]}

Naomi Wu considera que el uso de la impresión 3D en las aulas chinas (donde la memorización mecánica es la norma) para enseñar principios de diseño y creatividad es el desarrollo más emocionante de la tecnología en los últimos tiempos, y en general considera que la impresión 3D es la próxima revolución de la autoedición . ^{[ 235 ]}

En 2024 se donó una impresora al Grupo de Mujeres Juan Fernández para apoyar a las mujeres de la comunidad remota y permitirles crear piezas para reparar equipos averiados, sin tener que esperar a que un barco importara los componentes necesarios. ^{[ 236 ]}

El crecimiento de la fabricación aditiva podría tener un gran impacto en el medio ambiente. Los métodos de fabricación sustractiva tradicionales, como el fresado CNC, crean productos eliminando material de un bloque más grande. En cambio, la fabricación aditiva crea productos capa por capa, utilizando la cantidad mínima de material necesaria. ^{[ 237 ]} Esto tiene la ventaja de reducir el desperdicio de material, lo que contribuye aún más al ahorro de energía al evitar la producción de materia prima. ^{[ 238 ] [ 239 ]}

La evaluación del ciclo de vida de la fabricación aditiva ha estimado que la adopción de esta tecnología podría reducir aún más las emisiones de dióxido de carbono, ya que la impresión 3D crea producción localizada, reduciendo así la necesidad de transportar productos y las emisiones asociadas. ^{[ 240 ]} La fabricación aditiva también podría permitir a los consumidores crear sus propias piezas de repuesto para reparar productos adquiridos y extender su vida útil. ^{[ 241 ]}

Al fabricar únicamente los elementos estructurales esenciales de los productos, la fabricación aditiva también tiene el potencial de contribuir significativamente a la reducción de peso . ^{[ 237 ]} El uso de estos componentes ligeros permitiría reducir el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero de los vehículos y otros medios de transporte. ^{[ 242 ]} Un estudio de caso sobre un componente de avión fabricado mediante fabricación aditiva, por ejemplo, reveló que el uso de dicho componente ahorra un 63 % de la energía y las emisiones de dióxido de carbono relevantes durante la vida útil del producto. ^{[ 243 ]}

Sin embargo, la adopción de la fabricación aditiva también presenta desventajas ambientales. En primer lugar, la fabricación aditiva tiene un alto consumo de energía en comparación con los procesos tradicionales. Esto se debe al uso de procesos como láseres y altas temperaturas para la creación de productos. ^{[ 244 ]} En segundo lugar, a pesar de que la fabricación aditiva reduce hasta un 90 % los residuos en comparación con la fabricación sustractiva, puede generar residuos no reciclables. ^{[ 245 ]} Por ejemplo, existen problemas con la reciclabilidad de los materiales en la fabricación aditiva de metales, ya que algunas industrias altamente reguladas, como la aeroespacial, a menudo insisten en utilizar polvo virgen en la creación de componentes críticos para la seguridad. ^{[ 237 ]} La fabricación aditiva aún no ha alcanzado su potencial teórico de eficiencia de materiales del 97 %, pero podría acercarse a medida que la tecnología continúe aumentando la productividad. ^{[ 246 ]}

A pesar de los inconvenientes, la investigación y la industria están dando pasos importantes para apoyar la sostenibilidad de la fabricación aditiva. Algunas impresoras FDM de gran tamaño que funden gránulos de polietileno de alta densidad (HDPE) también pueden aceptar material reciclado suficientemente limpio, como botellas de leche rotas. Además, estas impresoras pueden usar material triturado de impresiones defectuosas o prototipos fallidos, reduciendo así el desperdicio general del proyecto y la manipulación y el almacenamiento de materiales. Este concepto se ha explorado en el RecycleBot . ^{[ 247 ]} También existen iniciativas industriales para producir polvo metálico a partir de metales reciclados. ^{[ 248 ]}