Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 3 (1): 10-22.
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 2 (4): 144-152. Octubre-Diciembre 2019 https://doi.org/10.37636/recit.v24144152.
144
ISSN: 2594-1925
El futuro de la fabricación aditiva, a través del
análisis de patentes
The future of additive manufacturing, through patent
analysis
Manuel Javier Rosel Solís
1,2
, Javier Molina Salazar
2
, Alex Bernardo Pimentel
Mendoza
1
, Vladimir Becerril Mendoza
1
, Juan Antonio Paz González
1
, Yuridia
Vega
1
1
Facultad de Ciencias de la Ingeniería y Tecnología, Universidad Autónoma de Baja California,
Unidad Valle de las Palmas, Tijuana, Baja California, México
2
Instituto de Ingeniería y Tecnología,
Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Ciudad Juárez,
Chihuahua, México
Autor de correspondencia: Manuel Javier Rosel Solís, Facultad de Ciencias de la Ingeniería y
Tecnología, Universidad Autónoma de Baja California, Unidad Valle de las Palmas, Tijuana, Baja
California, México. Instituto de Ingeniería y Tecnología, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez,
Ciudad Juárez, Chihuahua, México. E-mail: mrosel@uabc.edu.mx, ORCID: 0000-0002-3800-7094.
Recibido: 20 de Mayo del 2019 Aceptado: 13 de Octubre del 2019 Publicado: 30 de Octubre del 2019
Resumen. - En el presente trabajo se realiza un análisis utilizando la base de datos de la
Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos, considerada la más extensa e importante a
nivel mundial, revisando las patentes registradas por los principales fabricantes y
desarrolladores de tecnología de fabricación aditiva a nivel industrial y doméstico, para
realizar un pronóstico tecnológico que ayude a identificar la tendencia que tendrá el desarrollo
de la fabricación aditiva, visualizando cual será el principio de fabricación por esta
herramienta tecnológica, que se convertirá en el estándar de la industria y que predomine en
el mercado. En los resultados obtenidos en este análisis, todo parece indicar que la fabricación
por deposición de plástico fundido, se convertirá en la tecnología dominante en este segmento
de la industria.
Palabras clave: Fabricación aditiva; Patentes; Pronóstico tecnológico; Manufactura.
Abstract. - In the present work an analysis is carried out using the database of the United States
Patent and Trademark Office, considered the most extensive and important worldwide,
reviewing the patents registered by the main manufacturers and developers of additive
manufacturing technology to industrial and domestic level, to make a technological forecast
that helps identify the trend that the development of additive manufacturing will have,
visualizing what the manufacturing principle will be by this technological tool, which will
become the industry standard and that predominates in the market. In the results obtained in
this analysis, everything seems to indicate that the manufacturing by deposition of molten plastic
will become the dominant technology in this segment of the industry.
Keywords: Additive manufacturing; Patents; Technological forecasting; Manufacturing.
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1. Introducción
En el año de 1979, la compañía Hewlett
Packard, mejor conocida comercialmente
por sus siglas HP, desarrolla la tecnología
de impresión en papel por inyección de
tinta, la cual consiste en inyectar pequeñas
gotas de tinta hacia el papel, a través de un
proceso térmico. HP en 1984 lanza al
mercado su primera impresora de inyección
de tinta la cual vino a sustituir al sistema de
impresión por matriz de puntos; una
tecnología que para muchos era eficiente,
pero algo molesta por lo ruidosos que eran
esos sistemas [1].
Pero ¿por qué mencionar un sistema de
impresión en papel en el tema de
manufactura aditiva? Esto es porque la
impresión tridimensional, tuvo su origen
precisamente en la inyección de tinta. En
1983, Charles Hull crea un proceso digital
que consiste en “rebanar” un sólido en capas
obteniendo trayectorias y contornos que
pueden ser interpretados en forma de
movimientos por una máquina. A este
formato digital se le conoce con el nombre
de estereolitografía. Tomando como base el
funcionamiento de la impresora de
inyección de tinta, obtiene la primera pieza
de impresión tridimensional inyectando
materiales aglutinantes para solidificar
estratos de polvo polimérico. De ahí, otras
empresas e instituciones desarrollaron otros
métodos para imprimir piezas de manera
tridimensional, sin embargo, el formato
digital que se utiliza actualmente para
convertir un modelo tridimensional
realizado en un programa de diseño como
Solidworks, Catia o PTC Creo, entre otros,
es el mismo y se ha convertido en el
estándar utilizado en la industria de la
manufactura aditiva. Pero, en lo que se
refiere a los métodos de fabricación de
modelos tridimensional, es necesario hacer
un análisis para determinar cuál es la
tendencia y determinar cuál es estos
procesos desarrollados se convertirá, al
igual que el formato digital, en el estándar
del mercado [2]. Por esta razón, en este
trabajo se realiza una búsqueda en la base de
datos de patentes sobre manufactura aditiva
para identificar hacia dónde se están
orientando los esfuerzos de investigación y
desarrollo de alguna de estas tecnologías
que pudiera ser dominante en los mercados
[3].
2. Antecedentes
Después de ser creada en 1983 por Charles
Hull, 3D Systems, gana ventaja al proteger
su creación a través del registro de la patente
de su invención. Ya entre los años de 1988
y 1989, otras compañías como Stratasys,
comienzan a desarrollar otros métodos de
fabricación de modelos tridimensionales,
tratando de imitar la tecnología de
impresión por compactación de polvos
(SLA), creado por 3D Systems. El nuevo
sistema creado fue el modelado por
deposición fundida que consiste en la
extrusión de plástico depositado capa por
capa sobre una base de soporte.
Las instituciones académicas de inmediato
se interesaron en investigar y desarrollar
nuevos sistemas de impresión
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tridimensional. Tal es el caso del Instituto
Tecnológico de Massachussets, que
desarrolla en 1993 el sistema de impresión
por inyección de plástico (3dp) que es
comprado por la empresa Z Corporation,
perteneciente a 3D Systems, la cual buscó
con esta adquisición conservar su ventaja
competitiva en el segmento de la impresión
tridimensional. Posteriormente la
Universidad de Texas crea el sistema de
sinterización selectiva por láser (SLS) que
usa en su proceso de fabricación resinas
fotosensibles a la luz del láser. El láser
realiza, sobre la superficie de resina líquida,
un barrido, solidificando el material,
construyendo una capa del modelo [4].
Poco a poco se van desarrollando nuevos
procesos como el laminado de capas
(LOM), sinterizado de metal por láser
(DMLS), fotopolimerización por luz
ultravioleta (SGC) y sinterizado selectivo
por calor (SHS). Estas tecnologías se
distinguen entre sí por los materiales
utilizados y el grado de definición con el que
pueden construirse modelos
tridimensionales, además de su complejidad
de operación y el costo de sus insumos [5].
La patente del sistema de compactación de
polvos (SLA) de Charles Hull y la de
sinterizado selectivo por láser (SLS)
caducaron en el 2006, lo cual propició que
inmediatamente, otras empresas iniciaran
sus propios desarrollos. Sin embargo, la
complejidad en el funcionamiento de estas
tecnologías y el manejo de sus materiales las
han llevado hacia aplicaciones de uso
profesional e industrial por su alto grado de
precisión. No así el modelado por
deposición fundida (FDM) que es un
proceso mucho más sencillo de operar y
mantener, a tal grado que en la actualidad el
mercado ya está inundándose de
proveedores de equipos de impresión de
menor tamaño, que ofrecen equipos de
escritorio a bajo costo y que utilizan
materiales genéricos, más económicos [6].
3. Desarrollo
La industria de la manufactura aditiva ha
mantenido un desarrollo constante en los
últimos años. Para determinar una tendencia
en el crecimiento de esta industria, se realizó
un análisis de patentes, tomando como
referencia la base de datos de la United
States Patent and Trademark Office
(USPTO), considerada una de las bases de
datos más importantes a nivel mundial.
Aunque no debe considerarse como único
indicador, el incremento del número de
patentes puede indicar la tendencia de
crecimiento de un desarrollo tecnológico, es
decir, hacia dónde se están dirigiendo los
esfuerzos de investigación y desarrollo, de
manera que se pueda predecir en un futuro,
la tecnología que será dominante. En este
trabajo se buscó el número de patentes
relacionadas a la manufactura aditiva, en los
últimos 7 años pudiendo observar en la
Figura 1 que sigue una tendencia al aumento
[7].
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Figura 1: Patentes de impresión 3D en los últimos 7 años.
Por otro lado, si se analizan las patentes
tomando en cuenta el método de
fabricación, se puede observar que la
investigación se ha concentrado en solo 3
tipos de fabricación: el modelado por
deposición fundida (FDM), la
fotopolimerización (SLS) y la sinterización
selectiva por láser (SLA), siendo estos tres
métodos los de mayor difusión en la
industria (Figura 2).
Figura 2. Patentes por método de fabricación.
1 1
4
34
52
129
229
0
50
100
150
200
250
2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Patentes de Impresión 3D
0
20
40
60
80
100
120
SLA SLS FDM MJ BJ LOM DED
110
79
49
48
29
2
1
Patentes por método de fabricación
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Realizando una búsqueda tomando como
base el nombre de los principales
fabricantes de equipos, y que fueron los
pioneros en el desarrollo de los métodos
actuales de fabricación se encontró que dos
empresas son las que encabezan la lista de
fabricantes de equipos de impresión
tridimensional; 3D Systems con 50 y que es
la que domina el mercado de impresoras
tridimensionales por SLA; aparece en
cuarto lugar Stratasys, empresa
perteneciente a 3D Systems que es líder en
la fabricación de equipos de FDM (Figura
3).
Figura 3. Patentes por fabricantes de equipos de uso industrial.
El análisis realizado a la base de datos de
patentes también comprendió la búsqueda
de patentes registradas por fabricantes de
equipos de impresión tridimensional de uso
doméstico. El objetivo de esta búsqueda fue
la de conocer si estos fabricantes se estaban
dedicando al aprovechamiento de las
patentes vencidas de las empresas
fabricantes líderes o si también invertían
esfuerzos en realizar sus propias patentes.
Se incluyeron fabricantes de diferentes
países entre ellos: China, Estados Unidos,
Holanda y España. La información
presentada en la Figura 4 nos muestra que
existen siete empresas que tienen patentes
relacionadas con impresión 3D, cinco de
ellas son de Estados Unidos y una de
Holanda. La empresa que encabeza la lista
es XYZ Printing, de China seguida de
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
50
47
43
40
29
2 2
1 1 1
0
Patentes por fabricante
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Makerbot que pertenece al grupo de
empresas formadas por Stratasys
.
Figura 4. Patentes por fabricantes de equipos de uso doméstico.
Con base en los datos anteriores, podemos
observar que Stratasys como tal, sigue
desarrollando tecnología para la mejora de
sus impresoras de FDM, realizando
investigaciones encaminadas a obtener
materiales que tengan mejores
características físicas para que se pueda
expandir su utilización en nuevos campos
del conocimiento.
Todo esto en el ámbito industrial y
desarrollo científico, sin embargo,
compañías creadas recientemente están
realizando un gran esfuerzo en
investigación, viéndose esto reflejado en el
número de patentes obtenidas, tal es el caso
de XYZ Printing, se ha enfocado hacia el
desarrollo de aplicaciones domésticas para
la fabricación de impresoras menos costosas
y eficientes, dominando así este segmento.
Esto puede comprobar que el
conocimiento explícito, en este caso sobre
impresión 3D, ha significado una gran
ventaja competitiva que ha traído a 3D
Systems grandes beneficios, dirigiendo sus
esfuerzos por seguir innovando, pero ahora
en el desarrollo de equipos más comerciales
y de fácil mantenimiento, en el segmento de
equipos de uso industrial.
Otro gran hallazgo observado es el hecho
de que todos los fabricantes de equipos de
fabricación tridimensional de tipo
doméstico, encontrados e incluidos en el
análisis, utilizan el método FDM, por ser
0
20
40
60
80
100
120
140
125
110
25
5
3
2 2
0 0
Patentes por Fabricante (equipos domésticos)
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uno de los más simples, económicos y
fáciles de operar [6]. Esta es una razón por
la cual se puede decir que el proceso de
FDM, dentro de los métodos de impresión
tridimensional de uso doméstico, se está
convirtiendo en el estándar en el segmento
de equipos domésticos y pudiera convertirse
también en el estándar de equipos de uso
industrial si se logra mejorar su resolución
de impresión y utilizar una variedad más
amplia de materiales, ya que, en la
actualidad los materiales utilizados se
limitan a ciertos tipos de plásticos. Esta es
una importante área de investigación para el
desarrollo de nuevos y mejores materiales y
equipos de impresión tridimensional
utilizando el principio de FDM [8].
4. Conclusiones
Vemos entonces que la impresión
tridimensional ha tomado dos caminos, el
primero hacia el mercado de uso doméstico,
pues hoy en día se puede adquirir un equipo
de impresión tridimensional de escritorio
por menos de 100 dólares. Hace 10 años era
impensable tener al alcance una impresora
de este tipo. Pero hoy, un proyecto escolar
de arquitectura como una maqueta, o un
prototipo para la clase de diseño industrial,
se pueden construir en poco tiempo, sin las
limitaciones que caracterizan a los procesos
convencionales de fabricación. El modelado
por deposición fundida (FDM) se está
convirtiendo en el diseño dominante en este
segmento.
El segundo camino va orientado hacia el
desarrollo de equipos para uso profesional e
industrial, que requiere del cumplimiento de
tolerancias más cerradas y uno de los retos
a los que se enfrenta, es el desarrollo de
materiales que sean más resistentes a
esfuerzos, temperaturas y acabados
superficiales para ampliar su uso en
aplicaciones de alto impacto.
En sus inicios, la impresión tridimensional
en la industria se utilizaba con fines de
prototipado rápido y para producciones a
baja escala. Ahora su uso se ha extendido a
la industria automotriz, para la fabricación
de partes de carrocería y tuberías [9]; en la
industria aeroespacial para partes de
fuselajes de aeronaves; en la industria de
consumo para la fabricación de juguetes y
otros artículos, incluso hay impresoras que
construyen modelos con materiales
comestibles, también se han reportado casos
en los que se ha utilizado la impresión
tridimensional para la fabricación de armas
[10].
En la industria médica su uso va en
aumento en el desarrollo de implantes
dentales, reemplazos de huesos y algunos
órganos del cuerpo, piel, en la fabricación
de dispositivos de audición, prótesis y
órtesis de manos y pies [11].
Se vislumbra un gran futuro de la
impresión tridimensional en esta industria
dado que el grado de personalización de los
productos que se fabrican es muy alto, pues
prácticamente, cada producto se realiza para
adaptarse a una persona en específico. Por
ejemplo: en la fabricación de los
dispositivos auditivos, se toma el molde de
la cavidad auditiva del paciente para
escanearla y digitalizarla, posteriormente el
dispositivo se imprime teniendo como
resultado un producto único, que sólo se
adapta al paciente en turno.
Aunque con la información obtenida de la
base de datos de patentes de Estados
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Unidos, se puede observar una tendencia
muy clara del crecimiento de la industria de
la impresión tridimensional, se considera
que hace falta un estudio más amplio que
comprenda bases de datos de patentes de
otros países. Así como también, determinar
cuáles patentes y en qué proporción, están
siendo comercialmente explotadas.
Además, se debe complementar la
información con una revisión bibliográfica
en la base de datos de publicaciones
científicas, para determinar hacia donde se
están dirigiendo los esfuerzos de
investigación o cuales con las áreas de
oportunidad.
La impresión tridimensional poco a poco
está cambiando nuestra manera de ver las
cosas, pues está cambiando la forma de
realizar proyectos ya sean para fines
domésticos o industriales, al permitir
realizar diseños más complejos que, por
otros sistemas convencionales, no se
podrían lograr.
Además de que en muchos de los casos se
puede pasar directamente del diseño a la
manufactura sin la necesidad de construir
moldes u otros elementos necesarios para la
fabricación, acortando considerablemente el
ciclo de desarrollo de nuevos productos, lo
cual se traduce en mayores ganancias y
competitividad para las organizaciones.
Estamos tal vez ante uno de los más
recientes desarrollos tecnológicos y que
también marca el inicio de una nueva
revolución industrial y tecnológica.
152
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