Cómo Windows 8.1 soporta impresión en 3D
Pareciera que todo mundo habla de impresión 3D estos días. Diario aparecen increíbles historias sobre gente que utiliza esta tecnología para crear nuevas “cosas”, para resolver difíciles situaciones de manufactura e incluso avanzar en cuestiones científicas.
Impresora 3D Systems Cube 2 conectada a Windows 8.1
Las impresoras 3D se vuelven cada vez más accesibles y con más capacidades. Debido a esto, las impresoras 3D muestran más en escritorios, mesas de trabajo, mesas de talleres e incluso comedores. ¡Si quieren un buen reto o ahorrar dinero pueden incluso construir su propia impresora 3D! ¿No cuentan con software de herramientas de diseño? ¡No hay problema! Pueden encontrar miles de objetos gratis desde fuentes en línea (thingiverse.compor ejemplo). Pueden descargar estos modelos 3D en segundos y luego imprimirlos en casa en su impresora 3D. ¡Increíble!
Hace poco tuvimos la oportunidad de probar la impresión 3D end-to-end con SolidWorks 2013y diferentes impresoras 3D para algunos proyectos. Uno de ellos era un organizador de tarjetas SD para una cámara móvil. Lo que descubrimos durante este diseño y ejercicio de manufactura es que las impresoras 3D no sólo son para divertirse y jugar (no nos malentiendan, sí se pueden divertir mucho), también son muy prácticas.
Desde diseño (a la izquierda, SolidWorks 2013) hasta objetos impresos en 3D (derecha, rack de tarjetas SD) – un ejemplo de una aplicación práctica para la impresión 3D.
Aquí algunas cosas que aprendimos sobre las impresoras 3D durante este proceso:
- Diseñar para imprimir en 3D requiere conocimiento del proceso específico de manufactura que se va a utilizar. Las consideraciones de ejemplo para el proceso de fabricación de filamento fundido que utilizamos incluye soportes y salientes, tolerancias y patrones/textura de superficies.
- Los objetos impresos en 3D pueden ser *muy* resistentes y ligeros de acuerdo a cómo esté formado (relleno) el interior del objeto impreso.
- Es fácil practicar diseño iterativo con una impresora 3D. Tuvimos que alterar nuestro organizador de tarjetas SD muchas veces para obtener la “fricción” correcta cuando insertamos y removemos tarjetas SD.
- Los objetos impresos en 3D pueden ser bastante rentables debido a su optimizado índice de fuerza/densidad.
- Una vez que comienzan a diseñar e imprimir objetos, descubrirán muchas cosas que pueden hacer con esta capacidad.
Aunque estas nuevas capacidades son bastante emocionantes, el ecosistema de consumo de impresión en 3D es aún muy joven. Las impresoras 3D para consumo tienden a requerir ajustes específicos y modificaciones para conseguir resultados confiables y consistentes. El flujo de trabajo del software para llevar modelos 3D a la impresora puede consumir mucho tiempo e involucramiento. En este artículo les damos un panorama de las nuevas especificaciones para manufactura y características desarrolladas para Windows 8.1, y cómo éstas crearán nuevas oportunidades para consumidores, profesionales, fabricantes de hardware y desarrolladores de software. Windows 8.1 es el primer Sistema Operativo (OS) en el mundo en ofrecer soporte completo integrado para impresión en 3D. ¡Es una época muy emocionante para el mundo de la manufactura!
Flujo de trabajo de diseño e impresión en 3D hoy
Para entender el trabajo que se ha llevado a cabo para dar soporte a la impresión en 3D en Windows 8.1, es importante dar un vistazo primero al ecosistema de impresión en 3D pre-Windows 8.1 y también al flujo de trabajo típico. Para ilustrar de mejor manera estos flujos de trabajo, los llevaremos a través de un escenario de muestra que va desde el trabajo inicial de diseño en modelado 3D de software (Computer Aided Design, CAD), hasta el proceso de impresión en 3D.
Ejemplo de flujo de trabajo end-to-endde impresión 3D:
1. Diseño CAD: El proceso de diseño comienza con software CAD (por ejemplo SolidWorks) para crear un modelo paramétrico sólido de la parte u objeto que vamos a diseñar. Debido a que estos modelos son basados en parámetros (dimensiones y otros), pueden ser cambiados y escalados de manera sencilla, y no tienen ninguna noción de “resolución”. Cuando el diseño inicial esté completo, el modelo se exporta en un formato que puede ser optimizado para manufactura. El resultado es por lo general un modelo basado en triángulos.
2. Revisión de malla:Después de que el modelo haya sido exportado desde el programa CAD, el modelo de malla se revisa en busca de problemas y errores.
3. Arreglo de malla:Después de que se revisa la malla, tal vez necesite ser optimizada para manufactura en un programa de software a la medida (como netfabb) para que pueda ser impreso de manera correcta. Después de esta fase, el modelo podrá ser “resistente al agua” y optimizado para impresión 3D.
4. Preparación para impresión e impresión:Antes de que el modelo 3D pueda ser impreso, hay algunas consideraciones que son evaluadas en relación al control de salida del objeto a imprimir. Estas consideraciones incluyen pilas (plataforma de material impreso bajo el modelo utilizado para mejorar su adhesión y minimizar deformaciones) y soporte de áreas del modelo que sobresalen mientras es construido por la impresora. Es probable que estos programas también soporten opciones como la densidad del modelo (índice de llenado) y calidad de impresión (resolución de salida del modelo). Estas aplicaciones de impresión rebanan el modelo en capas imprimibles y por lo general se comunican de manera directa con la impresora mientras el modelo 3D se imprime.
El siguiente diagrama muestra cómo podría verse este flujo de trabajo modelo a impresora 3D:
Según la impresora que utilicen, tal vez necesiten utilizar software específico en la última fase (preparación para impresión e impresión) para esa impresora en específico.
Este proceso para diseño e impresión presenta algunos problemas:
- Los detalles y los metadatos pueden “perderse en el camino” cuando el modelo se exporte una o varias veces en este flujo de trabajo.
- Formatos de archive intermedios que son requeridos para revisión y optimización del modelo. Estos formatos tal vez no soporten todas las capacidades de la impresora que quieran utilizar (datos de color de la superficie por ejemplo).
- Ya que no hay un marco de trabajo estandarizado para impresión 3D, las aplicaciones no hablan tan fácil con las impresoras y viceversa. Esto impide el crecimiento de los ecosistemas de hardware y software para la impresión 3D.
- Utilizar una variedad de diferentes aplicaciones en el flujo de trabajo agrega tiempo significativo y reduce la eficiencia.
- Los flujos de trabajo involucran manipulación de modelos 3D y la impresión 3D es mejor para usuarios avanzados y consume mucho tiempo.
Una de las metas para Windows 8.1 es atacar estos puntos de conflicto para que la impresión 3D pueda ser más continua y ubicua. ¿Qué significa esto? Lean lo que sigue.
La ingeniería del soporte de impresión 3D en Windows 8.1
Para Windows 8.1, hubo algunas metas específicas relacionadas al soporte de impresión 3D:
- Proveer una experiencia de impresión de alta calidad para las aplicaciones de la Tienda Windows y para las aplicaciones de Escritorio.
- Facilitar para los desarrolladores agregar soporte de impresión 3D en las aplicaciones.
- Proveer una compatibilidad uniforme para las impresoras 3D que existen en la actualidad y las que vienen en el futuro.
- Definir un conjunto de características para impresión 3D que represente las capacidades de las impresoras 3D que se encuentran en el mercado o están en desarrollo.
- Soporte para otros dispositivos de manufactura como cortadores de agua y fresadoras CNC.
La mejor forma que conocemos de sumarizar estas metas es hacer de la impresión 3D en Windows algo más como la impresión 2D en Windows. Alcanzar esta meta requeriría la definición de un formato de datos común de impresión 3D para Windows, integración con el proyecto de impresión en Windows, y colaboración cercana con el hardware de impresión 3D y el ecosistema de software.
Lenguaje común para objetos 3D
Uno de los aspectos más importantes para implementar soporte de impresión 3D en Windows era decidir cómo las aplicaciones deberían pasar datos de modelo a las impresoras 3D. Existen diferentes formatos de datos relacionados con gráficos 3D y modelos 3D en existencia, pero ninguno cumple las metas del soporte de impresión 3D en Windows. Un problema era que STL (el formato de impresión de archivos 3D más común en la actualidad) no cuenta con importantes características como color y soporte de material. Nuestros socios de hardware y software notaron que era importante que STL tuviera soporte como formato de entrada, pero no es tan rico para el formato de datos primario para pasar datos de las aplicaciones a los dispositivos. Además, muchos de los formatos 3D existentes no son apropiados para el proceso de transmisión para el proyecto de impresión y el carrete de Windows. Después de evaluar las alternativas, se tomó la decisión de desarrollar una nueva manufactura 3D basada en los comentarios y solicitudes de los socios: el Formato de Manufactura 3D (3MF).
3MF es un formato de datos basado en XML que incluye definiciones para datos relacionados con la manufactura 3D que incluye extensibilidad de terceros para datos a la medida. El formato 3MF provee bases sólidas para soporte de impresión 3D en Windows 8.1, es un poco como el ADN para manufactura 3D en Windows. Las aplicaciones pasan los datos 3MF a Windows, y Windows pone en cola de impresión los datos hacia los drivers del dispositivo de impresión 3D. Con este formato de datos definido, se volvió posible integrar soporte de impresión 3D al OS, a través de tecnología Windows conocida.
Extender la planificación de impresión 3D
Aunque la impresión 3D es diferente a la 2D, muchos de los mismos conceptos de impresión se traducen bien del espacio de impresión 2D al de 3D. Algunos de estos conceptos comunes incluyen opciones de impresión, cola de impresión, administración de fila de impresión, plug and play, y comunicación con dispositivo. Ya se había decidido desde antes que la impresión 3D en Windows 8.1 sería una extensión del modelo de impresión 2D y compartiría el mismo modelo de driver subyacente, interfaz de aplicación y proyecto.
Para tener más contexto, demos un vistazo a cómo funciona la impresión 2D en Windows. Cuando imprimen un documento de una aplicación Windows a un driver basado en XPS, sucede lo siguiente:
1. Se enumera la lista de impresoras 2D disponibles
2. El usuario selecciona la impresora 2D a utilizar
3. Se eligen las opciones de impresión
4. Los datos del documento son convertidos a un formato XPS (OpenXPS o legado Microsoft XPS)
5. El driver de impresión convierte los datos XPS a un formato que entienda la impresora. Esto sucede dentro del filtro de planificación de impresión.
6. Los datos son enviados a la impresora 2D y son impresos
El siguiente diagrama ilustra el flujo de datos de impresión 2D con Microsoft Word como ejemplo:
La secuencia de impresión 3D en Windows 8.1 se ve bastante parecida:
- Se enumera la lista de impresoras 3D disponibles
- El usuario selecciona la impresora 3D que va a utilizar
- Se eligen las opciones de impresión
- En la aplicación, el modelo 3D es convertido a un formato 3MD. Los datos 3MF están encapsulados en un paquete de documento OpenXPS
- En la planificación de la impresión 3D, el driver de la impresora 3D extrae el paquete 3MF y lo convierte a un formato que entienda la impresora.
- Los datos son enviados a la impresora 3D y se imprimen
Y aquí el flujo de datos resultante para la planificación de impresión 3D:
El hecho de que la impresión 3D en Windows esté construida en la bien probada infraestructura de impresión 2D de Windows, se traduce en una experiencia consistente de impresión, gran confiabilidad y una experiencia de desarrollo de aplicaciones y dispositivos consistente. En las aplicaciones de Escritorio, los usuarios son presentados como un diálogo “Archivo>Imprimir” que se parece mucho al dialogo tradicional de impresión 2D. Imprimir desde las aplicaciones de la Tienda Windows es posible a través del Botón ‘Dispositivos’ en la Barra de Botones de Windows. Si se selecciona ‘Dispositivos’ y luego ‘Imprimir’, los usuarios pueden elegir la impresora 3D que quieren utilizar:
Y luego especificar las preferencias de impresión 3D:
Si se utilizan los ajustes por defecto, este proceso es tan simple como seleccionar la impresora y luego dar clic o tocar el botón de impresión.
Flujos de trabajo optimizados para impresión 3D
El flujo de trabajo de impresión 3D en Windows 8.1 ha sido mejorado en mucho, comparado con las soluciones alternativas. Debido a que las aplicaciones están separadas de los dispositivos, la interoperabilidad entre las impresoras 3D y las aplicaciones se expande de manera importante. Cuando seleccionan Windows 8.1, los desarrolladores de aplicaciones pueden seguir enfocados en tecnologías de modelado 3D mientras que los fabricantes de impresoras 3D se pueden enfocar en el lado de impresión 3D de la ecuación. Es más, ahora es posible para cualquier aplicación en la cadena de herramientas de impresión 3D soportar impresión 3D de manera sencilla.
El siguiente diagrama muestra cómo las aplicaciones multipropósito y las aplicaciones especializadas pueden aprovechar la impresión 3D en Windows 8.1:
Las aplicaciones de Windows 8.1 pueden soportar de manera sencilla múltiples paradigmas de diseño, revisión e impresión 3D como:
- Diseño, revisión, preparación e impresión exhaustiva
- Funcionalidad de propósito especial con impresión
- Sólo revisión e impresión
Además de construir soporte para impresión 3D en el sistema operativo, Microsoft también ha desarrollado una SDK para desarrolladores que incluye documentación y muestras de código para drivers y aplicaciones para impresión 3D. Si quieren saber más sobre el SDK de impresión 3D de Windows, pueden contactar al equipo de impresión 3D en Microsoft.>
Demo de impresión 3D
Aunque es muy interesante hablar sobre impresión 3D, no apreciarán en su totalidad esta nueva tecnología sin verla en acción. Hemos realizado un rápido video que demuestra la impresión de un modelo 3D de una aplicación de la Tienda Windows a una impresora 3D Systems Cube 2 desde Windows 8.1 Preview:
La impresión 3D es una tecnología muy emocionante que evoluciona de manera rápida y cada vez es más accesible para consumidores y profesionales. En Microsoft, estamos emocionados de ser parte de hacer avanzar esta increíble nueva tecnología, y esperamos compartirla con el mundo cuando se embarque Windows 8.1. ¡Si quieren saber más sobre la impresión 3D en Windows 8.1, por favor vean el material extra que sigue!
Material extra
· Sesión grabada de impresión 3D en //Build 2013
· SDK de impresión 3D para Windows 8.1 vía [email protected]