Impresión 3D: Una mirada a través de las patentes

La pandemia del COVID-19 ha sido un catalizador para demostrar lo que puede representar la tecnología de impresión 3D en el sistema de fabricación tradicional, no solo para dar una respuesta digital, ágil y local según las necesidades inmediatas; también para, en el actual contexto de la economía circular, estimular el crecimiento y creación de empleo, reduciendo al mismo tiempo los efectos ambientales negativos.

La tecnología 3D o fabricación aditiva respalda un futuro más sostenible, dada su capacidad para crear eficiencias de producción, mejoras en los productos al aligerar su peso, y reducir el consumo de material durante la producción. Por si todo esto fuera poco, aún hay más beneficios por alcanzar a través del uso de esta tecnología, como la reducción en la movilidad, menor necesidad de almacenes, y con ello, la capacidad de reasignar capital a otras prioridades. Se puede decir que la historia de la sostenibilidad con la impresión 3D aún se está escribiendo.

Se estima que el mercado de la impresión 3D ha facturado casi 14 mil millones de dólares en el año 2020, y para el año 2030 se pronosticó espera que alcance los 60 mil millones de dólares. Precisamente, los avances en el desarrollo de nuevos materiales, la personalización o customización a gran escala de los productos de una forma masiva, así como la exigencia de tiempos de entrega en plazos cada vez más cortos, son un escenario propicio para la integración de la tecnología tridimensional en los procesos de fabricación.

Con las interrupciones en las cadenas de suministro debido al COVID-19, se creó mucho interés en desarrollar habilidades para producir cuando y donde surja la necesidad. Un ejemplo de ello es la impresión de hisopos de prueba COVID-19 por la empresa Formlabs, la cual utilizó sus más de 250 impresoras 3D internas para producir hasta 150.000 hisopos por día dada su escasez en el sistema hospitalario de Nueva York y Tampa. Así, se demuestra el poder de este ecosistema en las circunstancias difíciles, ayudando a cerrar las brechas en la cadena de suministro al entregar equipos de protección personal, y respondiendo a necesidades urgentes de los hospitales y los trabajadores de primera línea.

La industria de la impresión 3D ha recorrido un largo camino desde finales de la década de 1980, aunque en el ámbito de la propiedad industrial e intelectual (PII) se inició a finales de la década de 1960. Según diversos analistas, el mercado ya está lo suficientemente establecido y demuestra potencial de crecimiento, lo que está persuadiendo a grandes empresas químicas de que intervengan y que aumente la gama de opciones de materiales tanto en polímeros como en metales. Por ejemplo, los movimientos de HP y GE Additive hacia la impresión 3D de metal son desarrollos clave en la industria.

A través del análisis de las patentes y modelos de utilidad de la tecnología de impresión 3D en los últimos años 20 años, se puede extraer información estratégica que apoye las decisiones y acciones en la gestión de proyectos de I+D en el área, identificar potenciales socios o proveedores de tecnología, seleccionar las tecnologías, identificar los países y regiones con mayor actividad de I+D, así como precisar los principales mercados de interés o emergentes, quiénes son los protagonistas o líderes tecnológicos y sus soluciones.

Las patentes y modelos de utilidad son un lenguaje técnico-económico compartido a nivel a mundial, y es una de las principales fuentes de información temprana, confiable y estructurada a la cual recurrir para realizar estudios, a fin de evitar la investigación redundante e infracción de derechos de terceros. Las primeras tecnologías de impresión 3D fueron publicadas a finales de los años sesenta.

Desde una perspectiva legal, todas las fases del proceso de impresión 3D (creación del archivo CAD, archivo CAD, el posible intercambio del archivo, la impresión y el objeto impreso), implican cuestiones de propiedad intelectual e industrial (PII), y precisamente puede suponer una eventual vulneración de derechos, en especial los derechos de PII. A su vez, hay otro problema asociado al control y autorización de la fabricación de dichos objetos. Por ejemplo, la producción de medicamentos o la fabricación de productos ilegales (drogas, estupefacientes, armas).  Es decir, la facilidad de la impresión 3D también trae consigo un incremento de las posibilidades de fabricar objetos o productos ilícitos.

Utilizando las patentes y modelo de utilidad como una fuente de información estratégica, los resultados recopilados de los últimos 20 años, arrojan un conjunto de 89.844 familias de patentes y modelos de utilidad publicados en el ámbito mundial, que representan 195.489 documentos, relacionados a soluciones de impresión 3D y manufactura aditiva. El 42 % de las publicaciones han sido concedidas, y solo un 27 % del total de los documentos publicados han pasado al dominio público.

La evolución de las solicitudes y publicaciones anuales en la última década nos habla de una tecnología en fase de desarrollo con una tendencia creciente continua, solo en la última década en se generó el 90 % de las solicitudes. Se registran alrededor de 15.000 solicitudes de patentes anuales y 24.000 a 29.000 publicaciones por año, teniendo presente que los datos de los últimos años pueden ser mayores los valores, dado el periodo oculto de la publicación de las patentes oscila entre 18 meses a dos años.

China y Estado Unidos son las oficinas líderes de mayor actividad en el área, seguidas de Alemania, Japón, República de Corea, y Europa. Solo entre estas oficinas se acumula el 85 % del total de las solicitudes. Desde la perspectiva de las publicaciones, se confirma el liderazgo de China y Estado Unidos con casi el 50 % de las publicaciones. Por otro lado, el uso de las oficinas internacionales como OMPI y EPO suman casi una quinta parte del total, lo cual denota que aún es un área con actividad local que solo despierta interés en mercados específicos. La región de Europa ha generado el 13 % del total de las solicitudes, donde España ocupa la décima sexta posición con 1.355 publicaciones a la fecha.

Con respecto a los principales protagonistas, se contabilizan casi 1.500 solicitantes donde el 21 % corresponde a Universidades e Institutos de I+D, y el resto empresas de diversos sectores (hardware, software, materiales y sectores específicos del área industrial), confirmando que es una tecnología plenamente introducida en el mercado. Solo entre los diez primeros solicitantes destacan empresas como GE, HP, Siemens, Raytheon Technologies, 3D System, Stratasys, Boeing, 3M, Xerox y EOS que han generado el 12 % del total de las solicitudes.

Por ejemplo, en primera instancia destaca GE, con más de 4.406 publicaciones de patentes, donde el 85 % de la cartera de patentes está en vigor.  Específicamente, la división GE Aviation, publicó un caso de fabricar las boquillas de combustible para su próxima generación de motores a reacción, mediante la tecnología de impresión 3D, lo cual implicó un gran cambio y ahorro. Dicha pieza se fabricaba anteriormente con 18 componentes separados, pero ahora se fabrica en una sola pieza. Por tanto, es una pieza 25 % más ligera y requiere un 80 % menos de mantenimiento. Como resultado del diseño impulsado por la impresión 3D, el consumo de combustible del motor se redujo en un 15 % en comparación con su predecesor. Aunque la boquilla de combustible es una de las piezas más pequeñas del motor, no es solo el peso de la pieza lo que tiene un impacto, también es la capacidad de encajar esa pieza impresa en los espacios más pequeños, lo que en consecuencia tiene un impacto en la reducción del peso total del sistema.

Si bien la impresión 3D ha inducido a un replanteamiento del proceso de diseño tradicional, ha ayudado a eliminar piezas innecesarias, reducir el peso y costes, los cual también se traduce en una reducción de la huella de carbono (se estima alrededor del 95 %), de forma que se está reescribiendo la historia de la sostenibilidad con la impresión 3D, según lo demuestra esta mirada a través de las patentes y modelos utilidad. No obstante, aún hay un largo camino que recorrer para el desarrollo de un marco legal de PII que acompañe estas nuevas soluciones, y evite la infracción o vulneración de derechos en vigor, además de controlar la fabricación de productos ilegales.