Explorando tecnologías de impresión 3D en educación: Fundamentos y ventajas clave

La impresión 3D es una de las tendencias más importantes de los últimos años en el ámbito tecnológico, pero, contrariamente a la idea generalizada, no se reduce a un tipo de máquina, sino a un conjunto de tecnologías que permiten crear objetos sin necesidad de moldes ni mínimos. Cada tecnología tiene sus propios usos y aplicaciones, así como sus propios materiales.

Hoy en día, hay varios dispositivos que pueden ser muy útiles en el aula y año tras año más colegios los usan para llevar a cabo proyectos educativos. Las competencias STEAM, cada vez más valoradas en los jóvenes cuando se trata, por ejemplo, de encontrar trabajo, son las competencias registradas en los ámbitos de ciencia, tecnología, ingeniería, arte y matemáticas. Y la impresión 3D es una de ellas.

Importancia en la educación

Imprimir modelos 3D desarrolla habilidades que involucran a los estudiantes en el proceso, les hace adaptarse al cambio y resolver errores. Así, el aprendizaje no se basa solo en la observación, sino en el aprendizaje imprimiendo archivos que uno mismo crea. Al integrar la impresión 3D en el aula, los estudiantes desarrollan creatividad y habilidades organizativas abriendo sus mentes a un sinfín de posibilidades, incluida la creación de objetos 3D unitarios o por piezas, así como la mejora de todos los objetos existentes.

Pasar de planos a diseño 3D y poder tocar las propias creaciones aporta un enfoque mucho más realista y dinámico al aprendizaje. Y así la asimilación del conocimiento ocurrirá de forma natural.

La tecnología 3D en primaria y secundaria no solo estimula el compromiso y fomenta el pensamiento creativo para mejorar las oportunidades de aprendizaje en materias STEM, sino que, al integrarla en diferentes asignaturas, sirve como plataforma para que los profesores preparen a sus estudiantes para el futuro, facilitando la adquisición de habilidades de resolución de problemas y experiencia.

En el caso de la Formación Profesional (FP), la implementación de tecnología 3D incorpora mucha más información que solo el funcionamiento del equipo; invita a los estudiantes a explorar todos los aspectos del diseño, desde el dibujo en papel, diseño o modelado con software 3D, hasta la preparación de sus archivos para impresión 3D.

Las posibilidades que ofrecen las impresoras 3D para la educación en colegios son infinitas, y pueden adaptarse a las necesidades de cada nivel educativo, logrando un rápido retorno de la inversión. Hay muchas tecnologías de impresión 3D disponibles hoy, pero las dos más comunes y accesibles son FFF/FDM y láser.

Extrusión de material: FFF/FDM

La tecnología FDM (Fused Deposition Modeling), también conocida como FFF (Fused Filament Fabrication), es la tecnología más extendida en el mercado actual. Esta tecnología consiste en obtener una pieza mediante la deposición capa a capa de un filamento que ha sido fundido al introducirlo en un extrusor que lo ha procesado a una temperatura superior a su punto de fusión. Hay dos tipos de diámetros de filamento (1.75 mm y 2.85 mm), y la gran ventaja de esta tecnología es la amplia variedad de materiales disponibles, su precio económico y la posibilidad de combinarlos permitiendo, por ejemplo, reducir el post-procesado de retirada de soportes incorporando un material de soporte soluble en la impresión. Además, el mantenimiento de estos equipos es muy simple, limitándose a calibrar los ejes o calentar el extrusor en caso de que se haya atascado.

Imagen 1: Impresora 3D Raise3D E2. Fuente: Raise 3D.

Esta tecnología es ideal para piezas que son resistentes, grandes, mecánica y térmicamente. Pero, a pesar de las ventajas mencionadas respecto a la tecnología de extrusión de material, hay un aspecto en el que no pueden competir con las tecnologías láser, y es que, aunque requieren más tiempo de post-procesado, son mucho más precisas y rápidas.

Láser (SLA, SLS)

Este tipo de impresora, en lugar de depositar el filamento, proyecta la capa completa sobre el material, que se solidifica a medida que avanza.

En la estereolitografía o SLA, la fotopolimerización ocurre al exponer una resina líquida fotosensible a una fuente de luz. Cuando la fuente de luz se controla, se puede dar forma a un objeto. Esta tecnología contiene resina líquida dentro de un tanque y, moviendo una plataforma arriba y abajo, solidifica una capa de material cada vez con la ayuda de un láser.

En el caso de SLS, es una tecnología capaz de fabricar piezas completamente sólidas mediante sinterizado o fusión de partículas de polvo plástico o metálico. Esta tecnología dosifica un polvo muy fino de material sobre una cama plana, al que se funde el material necesario y luego se cubre con una nueva capa de polvo. La variación en la tecnología viene dada por la fuente de energía de fusión y el material a usar. En el caso de SLS se hace con plásticos, principalmente Nylon 12, que se funde con un láser.

Imagen 2: Estudiantes con impresoras Formlabs. Fuente: Formlabs.

Este tipo de tecnologías son ideales para hacer pequeños detalles o acabados intrincados en piezas que necesitan más robustez, logrando mayor precisión y ahorrando tiempo de impresión. Sin embargo, son más caras comparadas con la impresión de filamento, ya que tanto la resina como la propia máquina son más caras.

¿Y los niños? Pues también hay impresoras compatibles con un público más infantil, que tienen todas las medidas de seguridad y están especialmente adaptadas para satisfacer las necesidades que existen en las aulas: aislamiento, materiales y funcionamiento específicamente diseñados para niños. El fabricante de impresoras 3D de sobremesa XYZprinting ha desarrollado la impresora Toybox exclusivamente para niños. Sin embargo, no siempre se trata de impresoras 3D, por ejemplo, 3Doodler ofrece una gama de paquetes educativos para su bolígrafo 3D.

Imagen 3: 3Doodler. Fuente: Wobbleworks.

El bolígrafo 3Doodler es una forma sencilla de integrar la impresión 3D en las escuelas facilitando la creación de arte 3D, dando a los alumnos una comprensión básica de la tridimensionalidad.

Implementación en el aula

La importancia de la inclusión de la impresión 3D en grados profesionales y colegios es un hecho. Y como la formación es esencial para la aplicación e implementación de la tecnología 3D, especialmente para la industria, se ha convertido en una necesidad profesional.

La aplicación práctica de esta tecnología puede incorporarse en una amplia variedad de asignaturas escolares para simplificar los conceptos teóricos a menudo difíciles para los estudiantes. Pero no es fácil ni muy común encontrar una impresora 3D en colegios españoles, y aunque hay iniciativas experimentales que lo han logrado con éxito, su uso casi siempre se dirige a proyectos específicos o jornadas completas de proyecto. En otros países, como Estados Unidos o Reino Unido, se están incorporando en las aulas, conscientes de su potencial como recurso educativo, su versatilidad y la posibilidad de fomentar la participación activa de los estudiantes.

Algunas de las razones por las que debería acelerarse la inclusión más notable de esta tecnología incluyen:

1. Motiva al estudiante y fomenta el aprendizaje.
2. Acelera el proceso de aprendizaje.
3. Mejora la retención de información.
4. Desarrolla capacidad crítica y reflexiva.
5. Fomenta el aprendizaje colectivo y personalizado.

En el proceso de hacer tangibles ciertos proyectos, niños y adolescentes pueden comprender conceptos complejos subyacentes. Al asimilar estos conceptos a través de la práctica, los estudiantes se mantienen motivados durante el proceso de aprendizaje. Sin duda, el uso de equipos 3D en el entorno educativo permite a los estudiantes realizar diferentes proyectos y actividades que fortalecen sus competencias STEAM, mejoran su trabajo en equipo, potencian su autoestima y estimulan su creatividad.