El ingeniero mecánico Larry Bonassar tiene un oído fabricado impreso con una impresora 3D en su laboratorio en el salón Weill de la Universidad de Cornell.Crédito: Lindsay Francia / Cornell University Fotografía
Con la impresión 3D, parece que las cosas que usted puede hacer son limitadas solamente por su imaginación. La última innovación: un oído artificial impreso en 3D.
El oído, que se ve y funciona como un oído humano normal, fue creado por inyectar las células vivas en un molde de inyección. En el curso de tres meses, cada oído creció el cartílago en la forma de su molde. Estas orejas ersatz podrían reemplazar las orejas de los niños con deformidades congénitas, informan los investigadores en línea hoy (20 de febrero) en la revista PLOS ONE.
«Un bioingeniería de oreja de reemplazo como esto también ayudaría a las personas que han perdido parte o la totalidad de su oído externo en un accidente o de un cáncer,» co-autor principal Jason Spector, un cirujano plástico en el Weill Cornell Medical College en la ciudad de Nueva York, dijo en una oracion. Si las orejas resultan seguras y exitosas, podría ser posible implantar una en un humano en tan sólo tres años, dijo Spector.
Los niños con una deformidad llamada microtia tienen un oído interno intacto, pero un oído externo que no se desarrolla completamente, causando la pérdida de audición . La prevalencia oscila entre un poco menos de uno y hasta cuatro bebés por cada 10.000 nacimientos, dependiendo del país. [ Los 9 condiciones médicas más Bizarre ]
Las orejas artificiales fueron hechas produciendo una imagen digital 3D de la oreja intacta de un niño y alimentando eso en una impresora 3D para producir un molde oído-formado. Entonces los científicos inyectaron en el molde un gel hecho de las células vivas de la oreja de la vaca y del colágeno (una sustancia usada para hacer la gelatina), y aparecieron una oreja.
Todo el proceso tomó menos de dos días: medio día para diseñar el molde, un día para imprimirlo, media hora para inyectar el gel, y 15 minutos para permitir que se establezca.
Luego los investigadores implantaron las orejas fabricadas en las espaldas de las ratas, donde las orejas crecieron durante uno a tres meses. Espeluznante como suena, no es la primera vez que los científicos han crecido las orejas en los roedores , como modelo de crecimiento espontáneo oídos.
En la medicina, las orejas de reemplazo actuales están hechas de un material similar al de la espuma de poliestireno o por una génesis semejante a Eva de la costilla cosechada de un paciente. Este último es difícil y doloroso, y rara vez produce un oído que funciona bien o parece natural.
La ventaja de las orejas de reemplazo impresas en 3D es que podrían hacerse a pedido, usando moldes de la oreja normal del paciente (si tienen uno) o de una persona de tamaño similar. Los investigadores ahora están trabajando en el crecimiento de las células del cartílago del oído humano en el laboratorio, lo que reduciría las posibilidades de rechazo de tejidos
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Los cabellos impresos en 3D del Tangible Media Group
Crédito: MIT Tangible Media Group
Las impresoras 3D no son sólo para hacer pequeños, rígidos, modelos de plástico – ahora, estas figuras pueden tener largo, fluido, loocks 3D-impresos.
Los investigadores han desarrollado un software y una nueva técnica para la creación de pelo 3D-impreso , o estructuras similares a pelos, que se pueden utilizar en una amplia gama de formas y funciones. Más allá del atractivo estético de los pelos individuales, la versión impresa en 3D podría diseñarse para conectar, mover o incluso detectar otros objetos.
«A pesar de que es el mismo material, puede variar su rigidez de algo como un cepillo de dientes de cerdas de pelo sintético o de piel», dijo el autor principal, Jifei Ou, un estudiante graduado en el Tangible Media Group en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. El proyecto, denominado Cilllia , se presentó en mayo en la Asociación para la Conferencia de la Maquinaria de Computación CHI sobre Factores Humanos en Sistemas Informáticos. [ Las 10 cosas más raras creado imprimiendo 3D ]
«El objetivo de Cilllia no es replicar el pelo, pero para mirar la funcionalidad de pelo ,» Ou dijo a Live Science. En la naturaleza, el pelo tiene muchas estructuras y sirve muchos propósitos, tales como para el calor, la protección física, la sensación o el movimiento.
Después de desarrollar la nueva técnica de impresión, Ou y sus colegas comenzaron a experimentar con diferentes aplicaciones propias. Ellos encontraron que mediante el control de la orientación del pelo que podrían dar un par de superficies cualidades adhesivas, como Velcro . Y al vibrar los pelos, las mismas cualidades de inclinación y dirección podrían inducir y controlar el movimiento de los objetos colocados sobre una superficie impresa.
Los pelos impresos 3D en el fondo de estas figuras controlan su movimiento
Crédito: MIT Tangible Media Group
Ou dijo que los diseñadores podrían patrón de un parche de piel para dirigir el movimiento de los objetos en la superficie, y al variar la frecuencia de una fuente de vibración, mover sólo los objetos hasta un cierto peso. Como resultado, el pelaje impreso en 3D podría ser parte de un sistema para clasificar automáticamente objetos pequeños en peso, agregó.
Los investigadores también crearon un modelo, en la forma de un conejo de juguete, para la forma en que los cabellos artificiales podrían ser utilizados como una herramienta sensorial. Cuando se acaricia de frente a atrás, un micrófono incrustado en el conejo recoge una señal y el conejo se ilumina en verde. Pero cuando se frota el camino «equivocado», la piel suena diferente, y el conejo destellará de color rojo.
El cabello está compuesto de impresoras de estereolitografía , que exponen partes de un volumen de líquido de la resina a la luz ultravioleta (UV), endurecimiento en un producto terminado.
El equipo del MIT tuvo una segunda motivación; Uno compartido por otros investigadores.
«Estábamos preocupados principalmente por cómo expandir los tipos de objetos que se pueden imprimir», dijo Gierad Laput, estudiante de postgrado en el Instituto de Interacción Hombre-Computadora de la Universidad Carnegie Mellon de Pittsburgh, que no participó en el estudio del MIT. Laput dirigió un equipo de investigadores que desarrollaron una técnica diferente para hacer el cabello impreso en 3D utilizando máquinas más baratas y más comunes que compara con una pistola de pegamento. Laput y sus colegas presentaron su proceso en noviembre de 2015 como el Simposio ACM sobre la interfaz de usuario Software y Tecnología
«Ambas [técnicas] tienen ventajas y desventajas», dijo Laput a Live Science. Por ejemplo, dijo que su técnica de usar el denominado modelado de deposición fundida puede imprimir más cabellos, hebras más largas que pueden ser manipuladas de diferentes maneras, como el trenzado. La estereolitografía del MIT, por otra parte, puede imprimir con mucho más detalle, lo que permite muchas de las aplicaciones propuestas por los investigadores. «Hay muchas cosas buenas que decir sobre ambos proyectos, y me alegro de que la investigación esté avanzando en estos frentes», dijo Laput.
Pero a pesar de las diferencias entre las técnicas y los productos terminados, tanto Ou como Laput pueden estar de acuerdo en una cosa:
«El propósito principal de este proceso no es imprimir una peluca», dijo Ou, «porque si quieres una peluca, puedes comprar una peluca».
«Es realmente impráctico imprimir pelucas con ambas técnicas», dijo Laput. «No están optimizados para esto, la industria de la confección de pelucas está optimizada para fabricar pelucas».
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» Author: Michael Abrams is an independent writer»
«The year 2015 saw 3D printing continue its march into every dimension of our lives. With new materials, new methods, and new applications, the young field is revolutionizing prototyping and manufacturing, and changing the worlds of design, medicine, construction, and, of course, hobbying.
What were the key developments of the year that brought us closer to 3D utopia? Brian Federal gave us his favorites. Federal is a filmmaker out of North Carolina, and a “3D printing evangelist” as he describes himself. He’s currently producing a feature length documentary called “3D Printing Revolution.” Here’s what wowed him in 2015.
1) The Printing Welder
The size of most 3D printed objects is constrained by the size of the 3D printer they’re printed in. A group of Dutch manufacturers stumbled on this little fact when they were looking for a way to 3D print furniture. So they invented their own method. “The innovation is a robotic arm with a print head that extrudes metal strong enough to support structure,” says Federal. Working with Autodesk and the Heijmans construction company, they’ve managed to print a model of a bridge that will eventually span a canal in Amsterdam. “This is a small step into the much broader field of Construction Automation.”
2) Speed Printing
The vast majority of 3D printing technologies use a layer-by-layer strategy (hence the word “additive.”) For the user, the method has some serious disadvantages. Chief among the complaints is the eons it takes to complete a job. But the building-up tactic also limits potential materials, increases that chance of introducing flaws, and reduces an object’s ultimate strength. Carbon3D’s CEO Joseph DeSimone wants to change all that. Inspired by a morphing bad guy who rises from a molten puddle in “Terminator 2,” their “Continuous Liquid Interface Production” approach creates monolithic forms out a pool of polymer. And it happens to be 25 to 100 times faster than other printers on the market, with the potential, according to DeSimone, to be 1000 times faster. “Securing a tap from The Ford Motor Company, and $100,000,000 in Google Ventures cash, these guys are set to deliver a broad spectrum of innovation,” says Federal. “This is a company to watch.”
Amanda Boxtel, a test pilot for a 3D printed hybrid robotic exoskeleton. Image: 3D Systems
3) Powerful Personal Applications
The world of biomedicine is where 3D printing technology has the greatest potential to significantly alter people’s lives for the better. It’s arguably where tailored one-off items are most in need. 3D printed implants and prosthetics have helped many, but what could be more miraculous than letting the paralyzed walk. Scott Summitt’s 3D Systems partnered with Ekso Bionics to do just that. “The Ekso Bionics suit fits to a person’s body perfectly and will enable a spinal injury patient without the use of their legs the ability to walk again,” says Federal. 3D Systems gave Amanda Boxtel, who had been in a wheelchair for years, a full body scan. They were able to then make form-fitting parts (for spine, shin, and thighs in her case) that integrated seamlessly with the moving parts of an exoskeleton. As a result, Boxtel was able to walk again. Now Ekso Bionic is producing the system for anyone that needs robotic assistance.
4) Prints in Space
A rocket engine is no game-piece to be sold on Etsy. But that doesn’t mean you can’t 3D print one—or most of one. In fact, doing so gives you the option to test and retest more quickly and cheaply than any other manufacturing technique. Test and retest is just what Elon Musk and his engineers at SpaceX have been doing for years with their 3D printed SuperDraco rocket engine. This year the rocket finally got off the ground. “The innovation of a new, primarily 3D printed, reusable rocket is exponentially delivering new opportunities in space travel, mining, and colonization,” says Federal.
5) On the Cheap
Whatever miracles 3D printing may be bringing to space travel, to the injured, and to manufacturers, as a household phrase “3D Printer” has just one meaning: a tool that allows anyone to produce as much goofy plastic stuff as they can dream up. Many companies have aimed their products at this everyman market, but XYZ seems to stand out. “The innovation here is the price point and massive sales distribution,” says Federal. The company’s CEO, Simon Shen has said that, with the Chinese government, he plans to deliver 3D printers to every school in China. “Wish I was hearing that kind of commitment here in the good old USA,” says Federal.
6) Phone Printer
Of course, no technology has been truly democratized until it can be done with a cell phone. Now Jeng-Ywan Jeng, a professor of mechanical engineering and the dean of the engineering department at the National Taiwan University of Science and Technology, has invented a printer that uses light from a cell phone to polymerize liquid resin. “This product is not on the market yet but I have seen test prints that had remarkable resolution,” says Federal. “This innovation could be a major disruptor with the addition of tablet and TV versions that will bring cost to print down dramatically.” Jeng’s dream is to have the phone make the scan and then use its light in the tiny printer to print the end product. And maybe someday we’ll be printing as much as we’re currently texting.»
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Hemos visto unas aplicaciones que pueden ser muy interesantes.
Autodesk ReMake es una completa solución para convertir cualquier tipo de imagen de realidad capturada (fotos o digitalizaciones) en mallas 3D de alta definición que se pueden limpiar, corregir y optimizar para la ingeniería inversa, la fabricación y la publicación web.
la aplicacion en uso, video de youtube,
https://youtu.be/V7YY3j4n1x4
Otra aplicación interesante es:
3-Sweep: La extracción de objetos editables de una sola foto. Se introduce una técnica interactiva para la manipulación de formas simples en 3D en base a su extracción a partir de una sola fotografía. Tal extracción requiere la comprensión de los componentes de la forma, sus proyecciones, y las relaciones. Estas tareas cognitivas simples para los seres humanos son particularmente difíciles para los algoritmos automáticos. Por lo tanto, nuestro enfoque combina las capacidades cognitivas de los seres humanos con la precisión de cálculo de la máquina para resolver este problema. Nuestra técnica proporciona al usuario los medios para crear rápidamente ayuda humana editable 3D partes- implícitamente segmentos de un objeto complejo en sus componentes, y los posiciona en el espacio.
Ved el video de demostración:
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Invesalius es un software de código abierto utilizado para la reconstrucción de la tomografía computarizada y las imágenes de resonancias magnéticas. Está disponible para el Microsoft Windows, GNU / Linux y las plataformas de Apple Mac OS X.
Hemos empezado a realizar pruebas con las que a partir de imagenes computerizadas podremos realizar reconstrucciones de sólidos 3D para posterior impresión en impresoras low cost.
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«La HP Jet Fusion 3D Printing Solution revoluciona el diseño, el prototipado y la fabricación y proporciona piezas físicas de muy alta calidad hasta 10 veces más rápido[1] y a la mitad de coste[2] que los actuales sistemas de impresión 3D. Mediante la impresión de partes funcionales por primera vez al nivel de voxels individuales (un voxel es la equivalencia en 3D de un píxel 2D en la impresión tradicional), HP ofrece a los clientes una capacidad sin precedentes para transformar las propiedades de las piezas y proporcionar personalización masiva.
Novedades destacadas:
Diseñada para tiendas de modelado y centros de servicios de impresión 3D, la HP Jet Fusion 3D Solución ofrece:
Flujo de trabajo y costes reducidos para el prototipado radical.
Posibilidad de fabricación de piezas finales con avances en cuanto a rentabilidad.
Materiales abiertos y plataforma de innovación de software que reduce las barreras a la adopción y permite nuevas aplicaciones en todas las industrias.
“Nuestra plataforma de impresión 3D es única por s u capacidad para manejar más de 340 millones de voxels por segundo, frente a hacerlo con un punto a la vez, proporcionando a nuestros socios de fabricación y prototipado velocidades de desarrollo radicalmente más rápidas, piezas funciona les y avances económicos», afirma Steph en Nigro, presidente del negocio de impresión 3D de HP. “La nueva HP Jet Fusion 3D Printing Solution ofrece una combinación de velocidad, calidad y costes sin precedentes en el sector. Las empresas y fabricantes pueden repensar completamente la forma en la que diseñan y proporcionan soluciones a sus clientes.”
Mediante la impresión de partes funcionales por primera vez al nivel de voxels individuales (un voxel es la equivalencia en 3D de un píxel 2D en la impresión tradicional), HP ofrece a los clientes una capacidad sin precedentes para transformar las propiedades de las piezas y proporcionar personalización masiva.
I+D para liderar la industria
La nueva HP Jet Fusion 3D Printing Solution se sustenta en décadas de investigación y experiencia de HP en mecánica de precisión, en microfluidos y en ciencias de los materiales. Ninguna compañía, incluso con la experiencia sin precedentes, dimensión y recursos de HP, puede transformar en solitario la industria de la fabricación. HP está orgullosa de contar con la colaboración y apoyo de fabricantes líderes y de socios co-desarrolladores, entre los que se incluyen Nike, BMW, Autodesk, Jabil, Johnson & Johnson, Materialise, Protolabs, Shapeways y Siemens. “En Nike innovamos para los mejores atletas del mundo. Hemos estado utilizando la impresión 3D para crear innovaciones de rendimiento para el calzado durante los últimos años. Ahora estamos muy contentos de asociarnos con HP para acelerar y ampliar nuestras capacidades existentes a medida que continuamos explorando nuevas maneras de fabricar productos de alto rendimiento para ayudar a los atletas a alcanzar su máximo potencial», explica Tom Clarke, presidente de Innovación de Nike.
“BMW es uno de los pioneros y de los primeros en adoptar tecnologías innovadoras en el campo de la fabricación aditiva, especialmente para la creación de prototipos de coches conceptuales y de desarrollos para aprobación de coches de serie. Consideramos que hay un gran potencial en nuestra colaboración con HP para investigar en una fase temprana este nuevo tipo de tecnología de impresión 3D, para nuestra futura hoja de ruta hacia la producción de piezas en serie y la personalización. Como uno de los primeros partners, hemos tenido la oportunidad de ver con el tiempo la evolución constante de las máquinas desde el primer prototipo hace aproximadamente cinco años hasta el producto listo para comercializarse que ya está disponible”, manifiesta Jens Ertel, responsable del BMW Group Additive Manufacturing Center.
Soluciones extremo a extremo
HP presenta dos nuevas impresoras 3D, diseñadas para el prototipado y la producción rápida:
La impresora HP Jet Fusion 3D 3200 es ideal para el prototipado, ya que proporciona una mejor productividad y la capacidad de aumentar el uso con un menor coste por pieza.
La impresora HP Jet Fusion 3D 4200 está diseñada para cumplir con las necesidades de creación de prototipos y fabricación a corto plazo, con una alta productividad de completar en un mismo día el prototipado con un menor coste por pieza.
Un conjunto sincronizado de herramientas que incluye un software intuitivo, la innovadora HP Jet Fusion 3D Processing Station con enfriamiento rápido, y materiales de alta calidad.
HP presenta dos nuevas impresoras 3D, diseñadas para el prototipado y la producción rápida.
Materiales y plataforma de software abierto para dar rienda suelta a la impresión 3D
Cumpliendo con la visión de ofrecer su plataforma abierta anunciada en 2014, HP y sus partners certificados colaborarán para proporcionar innovación en materiales y nuevas aplicaciones para su HP Multi Jet Fusion Solution, dirigidos a la reducir los costes de impresión 3D y a acelerar su adopción por parte de la industria. HP está creando una tienda de aplicaciones de materiales 3D y ya está colaborando con partners certificados entre los que se incluyen Arkema, BASF, Evonik y Lehmann & Voss, y con planes de ampliar el ecosistema de plataforma abierta.
HP también ha colaborado con socios de software pioneros en la industria para hacer el proceso del diseño a la impresión más fácil y más intuitivo. Entre los partners se incluyen Autodesk, Materialise y Siemens. A través de su integración con los principales proveedores de soluciones de software de fabricación, HP está permitiendo una integración mayor de la impresión en 3D en los procesos de fabricación. HP es un miembro fundador del consorcio de la industria que desarrolló 3MF, un formato de archivo de impresión mejorado en 3D. HP Jet Fusion 3D Printing Solution es la primera impresora 3D totalmente compatible con este estándar de la industria.
HP está creando una tienda de aplicaciones de materiales 3D y ya está colaborando con partners certificados entre los que se incluyen Arkema, BASF, Evonik y Lehmann & Voss, y con planes de ampliar el ecosistema de plataforma abierta.
Una mirada al futuro
A medida que HP amplía su gama de materiales y colores, los clientes se beneficiarán de la capacidad de transformar las propiedades de la pieza a nivel de voxel, lo que permite tener un control sin precedentes y realizar combinaciones ilimitadas de aplicaciones, colores y materiales con propiedades únicas que aún ni se imaginan, lo que incluye:
La posibilidad de imprimir con inteligencia integrada, como sensores en piezas, es clave para Internet de las cosas.
La impresión de las piezas con información incrustada, como huellas invisibles o códigos, proporcionará un futuro de mayor seguridad y seguimiento para reinventar las cadenas de suministro.
En el futuro, se espera que hasta el 50% d”e las piezas de plástico a medida para las Impresoras HP Jet Fusion 3D estén impresas y producidas con la tecnología HP Multi Jet Fusion en lugar de métodos tradicionales de fabricación.
En combinación con innovaciones como la de Sprout by HP, la digitalización completa del proceso del diseño hasta la producción alterará fundamentalmente la fabricación tradicional. La digitalización y la impresión en 3D pueden ayudar a revitalizar las regiones de todo el mundo que están equilibrando la sostenibilidad con el crecimiento industrial. La digitalización y la impresión 3D reinventará las cadenas de suministro tradicionales y crea un modelo de entrega ‘justo a tiempo’.
A medida que HP amplía su gama de materiales y colores, los clientes se beneficiarán de la capacidad de transformar las propiedades de la pieza a nivel de voxel.
[1] Basado en simulación y pruebas internas, el tiempo de impresión promedio de HP Jet Fusion 3D es hasta 10 veces más rápido que las soluciones de impresión FDM & SLS con precios de entre 100.000$ USD y 300.000$ USD en el mercado a fecha abril de 2016. Variables analizadas: Cantidad de piezas -1 cubeta completa de piezas obtenidas con la HP Jet Fusión 3D con un 20% de densidad de packaging vs el mismo número de piezas que con los dispositivos de la competencia anteriormente mencionada; Tamaño de la pieza: 30 g; espesor: 0,1 mm / 0,004 pulgadas. El Enfriamiento Rápido está habilitado en HP Jet Fusion 3D Processing Station con Enfriamiento Rápido, disponible en 2017. HP Jet Fusion 3D Processing Station con Enfriamiento Rápido acelera el tiempo de enfriamiento de partes frente al tiempo recomendado por el fabricante de soluciones de impresión SLS con precios desde 100.000$ USD a 300.000$ dólares, según las pruebas realizadas en abril de 2016. FDM no aplicable. La impresión continua requiere una unidad adicional HP Jet Fusion 3D Build (la configuración estándar de la impresora incluye una unidad de HP Jet Fusion 3D Build).
[2 Basado en pruebas internas y datos públicos, el coste medio de impresión por pieza de la solución de impresión 3D HP Jet Fusion es la mitad del coste que con impresoras de FDM & SLS con precios en el mercado desde 100.000$ USD a 300.000$ USD, a fecha abril de 2016. El análisis de costes está basado en: el precio de la configuración de la solución estándar, los precios de los consumibles y los costes de mantenimiento recomendados por el fabricante. Criterio de coste: impresión de 1-2 cubetas al día / 5 días a la semana a más de 1 año de pizas de 30 gramos en una densidad de packaging del 10%, empleando el ratio de reutilización de polvo recomendado por el fabricante.
En la actualidad, HP está recibiendo pedidos en www.hp.com/go/3Dcontactus. La Impresora HP Jet Fusion 3D 4200 se distribuirá a finales de 2016, mientras que la Impresora HP Jet Fusion 3D 3200 estará disponible en 2017, en un grupo selecto de países en EMEA comenzando por Austria, Bélgica, Irlanda, Francia, Alemania, Reino Unido, Holanda, España y Suiza. La disponibilidad se expandirá a países adicionales en la segunda mitad de 2017.»
https://www.youtube.com/watch?v=VXntl3ff5tc
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La impresión 3D permite obtener un órgano idéntico al del paciente con una textura similar. Los cirujanos pueden preparar la intervención sobre el corazón de silicona, manipularlo, medirlo, encajar la prótesis más adecuada y ensayar diferentes técnicas. En el hospital La Fe de València acaban de utilizar esta técnica en un paciente real.
El doctor José A. Montero, director del área de Enfermedades Cardiovasculares del hospital La Fe, el ingeniero Manuel Martínez del Fab lab UPV y José María García, de la empresa Valida Innovation, exploran las posibilidades de la impresión en tres dimensiones para cirugía cardíaca. El programa Napoleón incluye también los departamentos de simulación y radiología del hospital. Montero asegura que el 3D “es una nueva arma, permite operar de forma más precisa porque tienes un modelo morfológico idéntico del interior del corazón o de las arterias y venas, lo que no ves con las técnicas de imagen lo tienes en tus manos. Va a servir en el campo del diagnóstico, de la cirugía y de la docencia”.
En julio han pasado de la teoría a la práctica. Martínez y García recuerdan que “desde el hospital nos avisaron de que tenían un caso urgente, que el tiempo corría en contra y nos preguntaron si podíamos imprimir un corazón real. Nos pusimos a trabajar enseguida”. En cuestión de 48 horas los ingenieros adaptaron el software de la impresora que tienen en la universidad a los datos que enviaba el hospital y pusieron la máquina trabajar. Los cirujanos querían ver y tocar la parte interna del corazón dañado, exactamente el lugar donde iba la prótesis, para tener un modelo en las manos donde hacer un trabajo previo. El doctor Montero explica que al hacer la intervención sobre el mismo corazón que se iban a encontrar les permitió ser muy precisos, no hubo sorpresas. “Cuando abrimos íbamos sobre seguro”.
La máquina es una impresora que permite crear un objeto en tres dimensiones utilizando siliconas de textura similar a los tejidos del corazón. Para generar la copia, la máquina necesita la información más precisa. El equipo de investigación trata de establecer qué técnica de imagen aporta una información tridimensional más exacta en cada caso.
Los datos del softwarellegan directamente de las medidas que se obtienen con el TAC, el ecocardiografía o la tomografía. Begoña Igual, especialista en Imagen Cardíaca de Eresa y miembro de grupo de regeneración y trasplante cardíaco del Instituto de Investigación de La Fe, se encarga de esta parte de la investigación. “Se trata de una tecnología que afecta al procesado de las imágenes y no a la adquisición por lo que los pacientes no se someten a más exploraciones o a más radiación de la habitual”.
Para Begoña Igual la impresión 3D supone una nueva presentación de las pruebas radiológicas, “para explicarlo podríamos decir que hace unos años se le daba al paciente un sobre con sus radiografías, después un CD y ahora podríamos darle una impresión 3D”. El equipo desarrolla parte de su investigación buscando nuevos materiales. “Ahora utilizamos un material parecido al maquillaje de las películas de cine”, comenta Martínez.
García asegura que la bioimpresión es el siguiente paso. Sustituir siliconas por células. “Los japoneses ya trabajan en ello. Es una solución en las prótesis para niños. Los niños crecen y las prótesis se quedan pequeñas, hay que volver a operar, si hacemos prótesis con bioimpresión se funde con el cuerpo y crecen juntos”.
Después del primer éxito con paciente real de cirugía cardíaca continúan trabajando en otras áreas de la medicina. Ya han colaborado con el servicio de traumatología moldeando las placas personalizadas para un paciente con tumor de húmero y para otro que necesitaba una sustitución de pelvis.
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La tecnología tridimensional avanza en el terreno de la construcción: el primer edificio de oficinas fabricado totalmente con una impresora 3D y completamente funcional ha abierto sus puertas en Dubai. Las instalaciones, en las que se han invertido 125.000 euros, ocupan 250 metros cuadrados y se ubican en el centro de uno de los siete emiratos que conforman Emiratos Árabes Unidos. Las oficinas albergan la principal actividad de la Dubai Future Foundation, cuyo CEO, Saif al Aleeli, manifestó a Reuters que el proyecto ha supuesto un ahorro del 70% en los costes de producción.
La impresora que ha sido utilizada en el proyecto es una máquina de unos seis metros de alto; 36,5 de largo y 12,20 de ancho. El ministro de Asuntos del Gabinete de Emiratos Árabes Unidos, Mohammed Gergawi, adelantó que las oficinas de Dubai Future Foundation forman parte de una iniciativa del gobierno que pretende alcanzar el 25% de edificios fabricados con impresoras 3D para el año 2030. «El futuro pasa por la impresión 3D; ya sea en la construcción de viviendas, en la impresión de ropa, de maquinaria, de comida e incluso de partes del cuerpo», subrayó Gergawi.
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Hemos descubierto la reconstrucción e impresión 3D de «Cathedral of Our Lady Assumed into Heaven and St Nicholas, Galway (Ireland)«. La maqueta se halla expuesta en la susodicha catedral.
La entrada de HP en la impresión 3D era un paso muy esperado por muchos y temido por otros. Que un gigante de esta magnitud entre en un sector donde los ‘grandes’ son aún frágiles, volátiles y muy sensibles a ciertos cambios en los mercados, pone de relieve la importancia que está adquiriendo el sector y las previsiones de que éste crezca de una forma constante.
A pesar de que, debido a la trayectoria de HP en ordenadores e impresoras para uso personal, algunos pensaran que buscaría el segmento de los usuarios domésticos, nada más lejos de la realidad. La firma ni se plantea esa parte del mercado, aún muy inestable y con pocos beneficios. HP ha entrado con la mira puesta en la industria, el verdadero tractor de la impresión 3D o fabricación aditiva, como mejor le guste denominarla.
La entrada en un negocio ‘nuevo’ de una empresa como HP no se hace de la noche a la mañana ni es una cuestión menor. Hablamos de grandes inversiones en I+D+i, en equipamiento, en personal, y, por último, en promoción. Una decisión de esta relevancia lleva tras de sí un exhaustivo análisis de las perspectivas de mercado y de la capacidad de ofrecer un producto nuevo, fiable y a un precio competitivo.
De momento, a tenor de lo visto, podemos decir que esto se va cumpliendo. La nueva tecnología que presenta HP sólo puede asimilarse, en grandes rasgos, al sinterizado láser de polímeros, por lo que representa una auténtica novedad. La fiabilidad parece que va por buen camino, según se desprende de las conclusiones que sus partners (de la talla de Siemens, BMW, Shapeways y Nike, por citar algunos) han mostrado. El precio anunciado de 155.000 dólares para un equipo completo –compuesto por impresora 3D y estación de procesado- está en la parte baja del rango de sus competidores más directos –el sinterizado láser-, que puede oscilar entre los 100.000 y el millón de euros.
Hace pocos días tuvimos la oportunidad de visitar los laboratorios donde se gesta la tecnología de impresión 3D de HP en la localidad barcelonesa de Sant Cugat del Vallés y pudimos comprobar «in situ» cómo están en un continuo proceso de análisis de todos los sistemas y, eventualmente, de corrección y mejora de éstos.
El hecho de que nos recibieran Helena Herrero, presidenta de HP Inc.; Ramón Pastor, vicepresidente y jefe de la sección de impresión 3D; Alex Monino, director mundial de marketing para impresión 3D; Scott Schiller, vicepresidente de desarrollo de mercados para impresión 3D; Emilio Juárez, director de ventas EMEA de impresión 3D –anteriormente en Stratasys-, y Manuel López, director de comunicación, nos daba una ligera idea de que HP se estaba tomando todo esto muy en serio. Sólo ‘echamos en falta’ a Stephen Nigro, presidente de 3D Printing HP, y Dion Weisler, presidente y CEO de HP.
En una intensa jornada, pudimos comprobar los resultados que HP está obteniendo con sus impresoras 3D y su novedosa tecnología Multi Jet Fusion (MJF).
¿Producción o prototipado?
La impresión 3D sigue teniendo en el prototipado su mayor uso, aunque la producción de piezas finales sigue creciendo a buen ritmo, especialmente para piezas únicas o tiradas muy cortas, donde presenta una evidente ventaja sobre muchos de los procesos de fabricación en masa, además de la posibilidad de fabricar cerca de los usuarios finales –la llamada fabricación distribuida- con una reducción en costes de transporte bastante considerable.
Según datos ofrecidos por HP, el uso en prototipado de la impresión 3D crecerá en un 26% anual, mientras que el de producción crecerá en un 37%.
En HP han mirado claramente hacia la producción como mercado prometedor para la impresión 3D, y sus sistemas pueden llegar a ser competitivos frente a otros métodos. Como ejemplo, nos enseñaron un pequeño engranaje cuya fabricación nos aseguran que es más económica por impresión 3D para tiradas de hasta 55.000 unidades.
Las propias impresoras 3D de HP ya incorporan 66 piezas que son fabricadas por estas mismas impresoras 3D sin que supongan un sobrecoste frente a otros procesos de fabricación y con la flexibilidad de modificar el diseño de las piezas en cualquier momento e introducirlo en la cadena de montaje de forma inmediata, reduciendo el ‘time to market’ de una forma impresionante.
A finales de este año estará a la venta el primero de los dos modelos de impresora 3D con los que HP inicia su andadura, de características y precio muy similares, pero una de ellas más orientada a prototipado y la otra a producción.
La tecnología Multi Jet Fusion de HP
Mucho se ha hablado de cómo funciona la tecnología de HP: si es algo realmente nuevo o es una simple modificación de lo que ya existe.
La tecnología de HP, a la que bautizaron como Multi Jet Fusion (MJF), se engloba dentro de la categoría ‘Powder Bed Fusion’ o fusión en lecho de polvos, que también engloba al sinterizado láser (LS, SLS, SLM, EBM, DMSL y alguna otra nomenclatura más), y dentro de ésta, estaría junto a las que trabajan con material plástico, que necesitan temperaturas de fusión mucho menores que los metales.
El proceso usa dos agentes -líquidos- que son inyectados sobre el lecho de polvo. Con uno de los líquidos se dibuja –igual que en las impresoras ‘normales’- la forma de cada capa de las piezas, mientras que con el otro se dibuja una especie de pared alrededor de la pieza. A este último le llaman “agente de detalle”, mientras que al primero se le denomina “agente fusor” o “agente coalescente”.
Para los más experimentados, este proceso no les es realmanente nuevo, pues seguramente ya conocen los sistemas ‘high speed sintering’ (HSS) y ‘selective inhibition sintering’ (SIS), de los que hablaremos un poco más adelante y parece que serían la base fundamental de la tecnología MJF.
La precisión de la inyección de estos líquidos no es cuestión de debate a tenor de la trayectoria de HP en los sistemas de impresión por inyección de tinta.
Una vez dibujada la capa, se aplica energía –en el caso de HP, en forma de radiación infrarroja- a toda la superficie, de forma que la zona impregnada por el agente fusor se funde, mientras que la parte con el agente de detalle hace de barrera antiadherente, y la zona sin ningún tipo de agente no se modifica.
En lugar de una bandeja de impresión con un papel tenemos una cubeta donde se va añadiendo una fina capa de polvo, de hasta 70 micras de espesor. Este proceso, repetido capa a capa, permite fabricar piezas tridimensionales a partir de polvo de plástico.
Una cualidad interesante es que el proceso tiene una velocidad fija y constante, independientemente de la cantidad de objetos que vayamos a fabricar. Esto permite predecir con mucha exactitud los tiempos de producción y hace que tendamos a producir el máximo de piezas en cada proceso para optimizar el rendimiento.
La velocidad está establecida en 3500 y 4500 centímetros cúbicos por hora, según el modelo; es decir, que si el volumen de fabricación es de 406x305x406 mm (50275 cm3), tenemos un tiempo de fabricación de la cubeta completa de 14,3 y 11,7 horas, según el modelo.
De dónde viene esta técnica: HSS y SIS
Como hemos indicado anteriormente, la ‘magia’ del proceso es principalmente el sistema, que se denomina HSS, del que se tienen noticias desde el año 2004, cuando en la Universidad de Loughborough (Reino Unido) lo desarrollaron inicialmente, a raíz de un estudio del Rapid Manufacturing Research Group de la De Montfort University, que señaló que el sinterizado láser podría ser competitivo para producción de series cortas de hasta 14.000 unidades y sugería que si se eliminaba la parte del láser, que es lo más costoso, por otro método, se podría disparar esa cifra.
Las primeras publicaciones del desarrollo que hicieron en la Universidad de Loughborough describen la tecnología y las primeras pruebas que resultaron en piezas con mejores propiedades que las realizadas con las impresoras 3D de sinterizado láser.
Además, también realizaron una comparación económica muy interesante, en la que el coste por unidad con una impresora 3D SLS se situaba en 0,52 €, mientras que con el nuevo sistema se redujo a 0,05 €, nada menos que 10 veces menos, por la reducción de coste en la máquina –cuyo precio lo calcularon en 100.000 euros-, y la reducción del tiempo de fabricación. Además, se incrementaba la capacidad de producción en algo más de tres veces, desde 140.000 hsata 440.000 piezas por año.
En resumen, encontraron que el sistema HSS, frente al SLS, era más rápido, más barato y mejoraba las propiedades de las piezas, ya solo faltaba llevarlo a la industria.
La versión más sencilla de este sistema puede explicarse en que se imprime con un líquido que contiene partículas de carbono negro sobre el lecho de polvo, dibujando la capa correspondiente de la pieza.
Al aplicar energía en forma de radiación electromagnética, y más concretamente como radiación infrarroja, el carbono absorbe mucha más energía que el polvo de poliamida, esa energía se transforma en calor y funde la poliamida que está ‘rodeada’ por el líquido impregnado en carbono.
La aplicación de la energía está calculada para que la parte ‘pintada’ absorba suficiente radiación para fundir el plástico, mientras que la que no tiene el líquido no alcanza la energía ni la temperatura necesarias.
El SIS es un proceso inverso: se inyecta un agente que reduce la absorción de energía y evita que se funda el plástico, fue desarrollada en la Universidad de California del Sur, aunque esta técnica no ha prosperado mucho. En el caso de HP, esta técnica podría ser similar a la que se usa para que el exterior de la pieza quede con el mayor detalle y no se adhieran pequeñas partículas de polvo de plástico que recibirían calor suficiente como para fundirse parcialmente.
En la descripción del sistema MJF, según las patentes WO2016053245 y WO2015108543, encontramos que el agente fusor o coalescente es una mezcla bastante más compleja de otros componentes co-solventes , tensioactivos y humectantes, para coseguir una dispersión homogénea sobre el polvo.
Además, el «quid» de la tecnología de HP reside en que el polvo no usado, permanece intacto, algo que en los sistemas HSS originales presentaba un problema. El nivel de precisión entre las temperaturas aplicadas a las capas de polvo por los emisores de infrarrojos, tanto estáticos en la zona interior de la cubierta como los instalados en el carro de inyectores, y la composición del agente fusor, hacen que el proceso sea finalmente factible.
Control a nivel de Vóxel
Un dato que suele ser bastante llamativo, sobre todo para los no iniciados en el 3D, es el hecho de que HP hable de control a nivel de vóxel. Para los que no conozcan este término, simplemente decirles que es un pixel tridimensional.
En el caso de HP, el vóxel de sus impresoras 3D tiene un tamaño de 20x20x70 micras, es decir, que éste es el mínimo nivel de detalle que alcanzan y sobre el que pueden modificar sus propiedades.
El área de 20×20 micras nos lo da la resolución de los inyectores –aproximadamente 1200 dpi- y la altura de 70 micras está limitada por las características físicas del polvo de material.
De momento, el control que tenemos es el de decidir en qué voxel se impregna el agente fusor o el detallante o ninguno, pero HP ya trabaja en lo que está por venir, como el color, elasticidad, transparencia o conductividad, que serán modificables a nivel de voxel para dotar a las piezas de diferentes texturas, color, rigidez, elasticidad, en aquellas partes que decidamos, mediante múltiples inyectores, cada uno con una ‘tinta’, al igual que las impresoras a color.
Un ejemplo práctico que nos mostró Alex Monino es la fabricación de piezas que sufrirán desgaste por su uso, a las que en la parte exterior, la que previsiblemente sufrirá el desgaste, se le aplica un color diferente. De esta forma podemos comprobar visualmente si el nivel de desgaste ha llegado a la zona límite y debe ser reemplazada la pieza.
Otro ejemplo que vimos fue el de crear códigos con tinta invisible que aparecen al aplicarle una luz UV, y más allá, también pueden crear códigos que sean visibles ante determinadas longitudes de onda.
Quizá una de las demostraciones más interesantes fue la de una pieza que incorpora propiedades para ser un sensor de presión. En este caso es un eslabón de cadena que es sometido a una tensión y que, gracias al haber modificado las propiedades conductivas del material, permite funcionar como un sensor de presión y saber en cada momento la tensión a la que está trabajando.
Aunque todas estas opciones están actualemente en desarrollo, las muestras que vimos hacen suponer que no tardarán mucho en incorporarlas, a pesar de la complejidad que suponen, principalmente en la formulación química del agente fusor, donde reside la gran mayoría del potencial de esta tecnología.
Como ejemplo, indicar que usando pigmento negro –el que utilizarán de momento las impresoras 3D de HP-, es más evidente para el no iniciado que se puede incrementar la absorción de energía respecto al polvo no inyectado, pero ¿cómo conseguir un pigmento claro y que mantenga esa alta absorción? Todos sabemos lo básico de cómo los colores claros absorben menos radiación que los oscuros y se calientan menos. Pues esto se lo dejaremos a los expertos en química y materiales, que están trabajando en esa línea. Por no hablar de la capacidad de transparencia, que estaría basada en la estructura cristalina resultante. Todo un reto para la I+D+i.
Las máquinas
HP va a sacar inicialmente dos modelos de impresora 3D, la Jet Fusion 3D 3200 y la Jet Fusion 3D 4200, ambas similares prácticamente en todo salvo en la velocidad, donde la 3200 alcanza 3.500 cm3 por hora y la 4200 llega a los 4.500 cm3/h, además de la altura de capa, entre 0,08 y 0,10 mm para la 3200 y entre los 0,07 y 0,12 para la 4200.
Todos los demás parámetros permanecen iguales en ambos modelos, como el volumen de fabricación de 406x305x406 mm.
El modelo 3200 está pensado para trabajos de prototipado principalmente, mientras que el 4200 está orientado a prototipado y producción.
Además de las impresoras 3D, HP ha creado la Jet Fusion Processing Station, donde se descarga el material sobrante tras una impresión, se recicla y mezcla con material nuevo y se recarga la plataforma de fabricación, la Jet Fusion 3D Build Unit, o el ‘carrito’, como lo llaman coloquialmente, que es un carro donde se encuentra la bandeja de fabricación con el material precargado, que se traslada fácilmente desde la Processing Station hasta la impresora 3D, y viceversa, de forma muy cómoda.
La estación de procesado además puede incluir el sistema de enfriado rápido –recordemos que el material sale muy caliente y no se puede tocar hasta pasadas unas horas-, lo que acelera aún más el proceso global.
El ciclo de trabajo con una impresora 3D, una estación de procesado y dos ‘carritos’, es continuo y no da lugar a tiempos de inactividad o de espera. Mientras la impresora 3D está trabajando, en la estación de procesado se está enfriando y retirando el polvo sobrante para su reciclado y reutilización, se retiran de la cubeta las piezas terminadas y se rellena la build unit con la carga de material para dejarlo listo para volver a la impresora 3D. Todo ello en un proceso semi-automático.
Colaboradores de primer nivel
Un desarrollo como el que ha realizado HP no se podría haber llevado a cabo sin la opinión y crítica constructiva –o feedback, como gusta llamarlo ahora- de los potenciales usuarios de esta tecnología.
Siemens, BMW, Nike y Shapeways son algunos de los partners que han tenido ocasión de probar la tecnología de HP y dar feedback a la empresa, para ir ajustando todos los procesos a las necesidades reales de los clientes.
Pero no todo son clientes. HP también ha cerrado estratégicas alianzas con proveedores de software y materiales.
Para el software, HP ha contado con Materialise y Autodesk, para que incluyan soporte nativo de la tecnología MJF en su software Netfabb y Magics, respectivamente, los más usados en el espectro profesional e industrial.
Además, HP es uno de los socios fundadores del consorcio 3MF, que desarrolla el que será el formato estándar de archivos para impresión 3D.
El apartado de materiales es aún más interesante, pues han optado por hacer una plataforma abierta que permita el desarrollo de nuevos e innovadores materiales para su uso en las impresoras 3D de HP. Atrás queda aquella crítica que solíamos hacer: ‘HP (léase Epson, Canon, Brother, …) gana más dinero vendiendo tinta que vendiendo impresoras’.
Compañías como BASF, Arkema Evonik y Lehmannn & Voss ya están trabajando en ampliar la gama de materiales disponibles para las Jet Fusion de HP, no sólo para crear materiales ‘para todos’ sino también para desarrollar materiales específicos para ciertos clientes que requieran unas características muy concretas.
Materiales
El apartado materiales se presenta bastante interesante. En el sinterizado láser se utiliza principalmente poliamida PA12 y PA11, que serán también los materiales iniciales de uso en las Jet Fusion. Pero un punto importante en este aspecto es que en esta tecnología contamos con dos componentes, el material plástico y el agente fusor; es decir que según la formulación de este último podemos modificar muchas de las propiedades de la pieza final sin cambiar de material.
No obstante, como hemos indicado antes, la plataforma abierta de innovación en materiales promete ser una fuente de incorporación de nuevos materiales en un corto plazo, ya sean poliamidas con carga de aditivos como fibra de carbono, fibra de vidrio, retardantes de fuego u otros materiales de base como el polietileno, poliestireno y otros termoplásticos de uso común en la industria y en los bienes de consumo.
El reciclado de material sobrante –no fusionado- es prácticamente total, y simplemente hay que hacer una mezcla con material nuevo en proporción 80-20 (reciclado-nuevo), por lo que el reaprovechamiento es muy elevado.
Desde España para todo el mundo
La I+D+i de la impresión 3D en HP se genera en Sant Cugat del Vallés, el pueblo vecino de Barcelona donde se instaló HP hace ya más de 30 años.
La decisión de ubicar en Sant Cugat el centro de operaciones de impresión 3D afianzó aún más la importancia que este centro tiene dentro de la compañía, hasta el punto de que ha sido objeto de dos ampliaciones importantes desde su inauguración.
Ocho prototipos han sido creados desde el año 2012 en estas instalaciones, donde los ingenieros no paran de testar todos los sistemas para que el modelo final esté a punto para su comercialización.
Cuando visitamos la zona restringida de los laboratorios, bajo la amable, pero estrecha vigilancia del personal de seguridad de HP, pudimos observar cómo los trabajos de pruebas con las máquinas era un no parar de datos y números en las pantallas dando cuenta de los parámetros obtenidos en cada una de ellas.
Perspectivas de mercado
Álex Monino nos informó de que la prioridad del grupo son el mercado europeo y norteamericano, donde la empresa ya cuenta con una red de ventas establecida. Perguntado por el mercado asiático, Álex lo descarta en primera instancia, por la complejidad de implantar una red en esa parte del mundo, aunque están trabajando en este campo mediante un equipo establecido en Singapur para explorar las posibilidades.
La venta se hará a través de una selección de distribuidores y vendedores repartidos por 11 países europeos más Estados Unidos, donde empezarán a comercializarse.
Ramón Pastor pronostica que en una década los cambios en la manufactura serán importantes, realizando piezas personalizadas y bajo demanda, algo que reduciría los costes de logística, almacenamiento y transporte.
Como hemos indicado anteriormente, en HP han realizado un cálculo para una pequeña rueda dentada, que sale más económica de fabricar por impresión 3D que por moldeo por inyección para cantidades de hasta 55.000 unidades.
A pesar del coste fijo por unidad que suele tener la impresión 3D, frente a la reducción de coste unitario al incrementar la cantidad en la mayoría de procesos de fabricación, también hay que tener en cuenta que una ligera reducción en el coste por impresión 3D –ya sea por abaratamiento de los equipos, ya por mejora del rendimiento- puede incrementar notablemente la cantidad en la que ‘corta’ la curva.
En la clásica gráfica de comparación de la impresión 3D con coste unitario fijo, y la fabricación tradicional con coste variable, vemos el punto en el que la fabricación tradicional es más económica. En la parte alta de la curva, variaciones de coste, como de A a B, no incrementan mucho la cantidad de piezas que son viables económicamente. No obstante, conforme nos acercamos a la zona baja de la curva, vemos que pequeñas reducciones en el coste por impresión 3D, de B a C, pueden llegar a suponer un gran aumento en la cantidad de unidades que podemos fabricar, de Q2 a Q3, siendo más competitivo que la fabricación tradicional.
El mercado de la impresión 3D se prevé que alcance un valor de 20.000 millones de dólares en 2020, según la mayoría de consultoras, aunque de momento está cifrado en 5100 millones en 2015, según Wohlers –la biblia de la impresión 3D-. Pero el mercado que les abre esta tecnología, el de la manufactura, mueve en torno a 12 billones de dólares anuales. “Ahí pretendemos posicionar a la compañía y a España como un referente, y es el momento de hacerlo porque ya hay otras regiones que están intentando tomar ese liderazgo, como Nueva York, Singapur y Dubai”, comenta Alex Monino.
Para hacerse con un hueco en este mercado, HP invierte unos 60 millones de euros anuales en I+D+i en el centro de Sant Cugat (no sólo para impresión 3D), donde ya trabajan cerca de 1800 personas y esperan contratar a unas 200 más este año y el próximo. Por cierto, Pastor comentó que les cuesta “encontrar mujeres ingenieras para incorporar a la plantilla».
Comparativa
Esta tecnología entra en competición directa con los sistema de sinterizado por láser, y por ello, hemos preparado una comparativa con éstos.
La mayoría de impresoras 3D no incluyen en el precio los accesorios para la retirada, recogida y reciclado del material sobrante.
Las velocidades de fabricación inidcadas son las máximas alcanzables. En el caso de las impresoras de HP es constante.
Los precios indicados son orientativos y están extraidos de varias publicaciones online. El resto de datos están extraídos de las webs de los distintos fabricantes.
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