Markforged Mark Two: Revolucionando la educación STEM a través de la impresión 3D avanzada

Nota del editor: Alex Larson, profesor de Tecnología Aplicada en Palatine High School, ha dirigido cursos de Project Lead the Way (PLTW) durante nueve años. PLTW ofrece un currículo centrado en STEM desde kindergarten hasta grado 12, equipando a los estudiantes con las habilidades necesarias para el éxito en ingeniería y campos relacionados.

Durante la última década, mi aula ha integrado la impresión 3D para enriquecer el aprendizaje práctico. La inversión temprana de nuestro distrito en impresoras 3D fue impulsada por una visión clara: empoderar a los estudiantes con las herramientas que reflejan el cambio de la industria hacia la fabricación aditiva. A medida que la industria crece, educadores como nosotros descubren nuevas formas de aprovechar estas tecnologías para despertar la curiosidad y desarrollar competencias.

Impresión 3D en educación

En K-12, los currículos STEM ahora incorporan rutinariamente la impresión 3D. Las escuelas usan impresoras para prototipado rápido, creación de piezas móviles y visualización de conceptos complejos. Sin embargo, el material escolar dominante —PLA— limita el rendimiento estructural, confinando proyectos a piezas de baja carga. En consecuencia, diseños funcionales que exigen durabilidad son raros en entornos de aula tradicionales.

Markforged Mark Two en el aula

Uno de los primeros encuentros de mis estudiantes con el software de laminado de Markforged, Eiger, involucró el diseño de un soporte para dos baterías de 6 lb que absorberían sacudidas significativas durante el uso. El soporte es un componente crítico de uno de los tres robots de combate que el equipo está construyendo. Con la impresora 3D Markforged, la conversación pasó de «¿Cuál es la orientación de impresión óptima para velocidad?» a «¿Dónde colocar la fibra para maximizar la resistencia?». Este diálogo progresó a repensar toda la pieza para que la fibra pudiera posicionarse estratégicamente en todas las direcciones requeridas.

La pieza terminada —mostrada abajo— incluye una impresión de prueba en PLA (rojo) para confirmar el ajuste antes de la construcción final en Mark Two.

Si hubiéramos dependido de nuestra fresadora CNC, el diseño habría sido muy diferente, y los estudiantes habrían pasado días configurando utillaje y fijaciones. Con la Mark Two, la iteración rápida es posible durante la noche, reduciendo el tiempo de desarrollo de múltiples sesiones de clase a una sola impresión. En un entorno escolar donde el espacio y el coste a menudo limitan el mecanizado a gran escala, la Mark Two ofrece una alternativa única y accesible.

En otro proyecto, dos estudiantes diseñaron un soporte de motor que debía soportar cargas estructurales mientras permanecía fácilmente accesible para mantenimiento. Los intentos iniciales con ABS fallaron rápidamente. Tras tres iteraciones CAD y una impresión reforzada con fibra de vidrio, se encontraron con un problema de ensamblaje —una colocación de sujetador imposible. Aprovechando la flexibilidad de la Mark Two, rediseñaron la pieza y completaron una nueva impresión en 48 horas, logrando la resistencia y accesibilidad requeridas.

Lecciones aprendidas y camino a seguir

Seleccionar equipamiento para nuestros laboratorios requería equilibrar cantidad contra capacidad. Aunque más impresoras manejarían mayores volúmenes de impresión, elegimos la Mark Two para empujar a los estudiantes más allá de proyectos convencionales de PLA. La novedad de la tecnología despertó interés genuino: los estudiantes se asombraron por la disponibilidad de Kevlar, fibra de carbono y otros compuestos avanzados. Rápidamente vincularon estos materiales a sus lecciones PLTW sobre momento de inercia y diseño de paneles sándwich.

Comenzamos con una simple barra de nailon y una versión por defecto de fibra de vidrio, luego expandimos a Kevlar. La experiencia práctica permitió a los estudiantes correlacionar los datos de materiales del sitio web de Markforged con el rendimiento real. Esta conexión tangible profundizó su comprensión de la ciencia de materiales.

En un proyecto posterior, los estudiantes imprimieron una abrazadera absorbente de impactos para un robot y realizaron una prueba parcial para validar su análisis de elementos finitos (FEA). El FEA, que aplicaba 100 lb de fuerza al borde y cara de una pieza de nailon, predecía tensión máxima en un área marcada en rojo. En la práctica, la abrazadera sobrevivió a ocho golpes fuertes con un martillo de bola de 32 oz —aproximadamente cinco veces la fuerza pronosticada— antes de producirse deslaminación. Los resultados desafiaron sus suposiciones y guiaron un rediseño que equilibró rigidez y flexibilidad.

A través de estos experimentos, los estudiantes obtuvieron una visión directa de cómo la elección de material impulsa decisiones de diseño —una habilidad rara a nivel de secundaria. También aprendieron a diseñar pensando en fabricación aditiva, incorporando sujetadores empotrados y tuercas cautivas para permitir desmontaje rápido de componentes robóticos.

Educación STEM para el futuro

La educación debe moldear la próxima generación de innovadores. Al equipar a los estudiantes con herramientas de fabricación aditiva de vanguardia, les damos el poder de diseñar objetos que antes eran inimaginables. Aunque el CNC y el moldeo por inyección siguen siendo valiosos, el potencial transformador de la impresión 3D —especialmente con compuestos reforzados con fibra— ofrece una experiencia de aprendizaje más rica y versátil.

La Mark Two ha ampliado los horizontes de nuestros estudiantes en ciencia de materiales y diseño de piezas, añadiendo profundidad a su comprensión de las posibilidades actuales y futuras de la fabricación aditiva. Si le interesa cómo una impresora Markforged podría elevar su aula, solicite una demo hoy.