Posibilidades didácticas de la impresión en 3D

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Definición y tipos de impresión en 3D

Una impresora 3D es una máquina capaz de realizar réplicas de diseños en 3D, creando piezas o maquetas volumétricas a partir de un diseño hecho por ordenador, descargado de internet o recogido a partir de un escáner 3D. Surgen con la idea de convertir archivos de 2D en prototipos reales o 3D. Comúnmente se ha utilizado en la prefabricado de piezas o componentes, en sectores como la arquitectura y el diseño industrial. En la actualidad se está extendiendo su uso en la fabricación de todo tipo de objetos, modelos para vaciado, piezas complicadas, alimentos, prótesis médicas (ya que la impresión 3D permite adaptar cada pieza fabricada a las características exactas de cada paciente), etc. (Wikipedida).

Escobar (2013) define a una impresora 3D como una máquina que es capaz de realzar réplicas de objetos tridimensionales a partir de un diseño 3D que ha podido ser realizado mediante un software paramétrico CAD (Diseño Asistido por Ordenador) o a partir de un escáner 3D, obteniendo como resultado un sólido tridimensional.

Según Jones et al., (2011), las impresoras 3D son máquinas de bajo coste, que poco a poco están encontrando su lugar en el ámbito educativo, principalmente en asignaturas como Tecnología (González-Gómez et al., 2012). No obstante, consideramos que su utilización como recurso también ofrece múltiples posibilidades en otras áreas y materias como, por ejemplo, las matemáticas, principalmente en el bloque de geometría; el conocimiento del medio, la geología o la biología.

Las impresoras 3D unidas a paquetes de software de diseño asistido por ordenador (CAD), gran parte de ellos libres o gratuitos, permiten hacer realidad las más diversas creaciones, desde juegos hasta prótesis, pasando por la robótica.

Por lo tanto, una impresora 3D es una máquina capaz de realizar réplicas de diseños en 3 dimensiones, creando piezas o maquetas volumétricas a partir de un diseño hecho por ordenador, descargado de internet o recogido a partir de un escáner 3D. Las posibilidades que nos ofrece son enormes, ya que nos permite imprimir diversos objetos o utensilios necesarios en las distintas áreas o materias educativas.

Este tipo de impresión en 3D ofrece múltiples y variadas herramientas para su uso. Para los principiantes se recomienda el uso del lápiz 3D, también llamado bolígrafo 3D o pluma 3D. En el ámbito educativo se recomienda para su utilización con niños los siguientes tipos de lápiz 3D, que brindan a los alumnos una comprensión básica de la tridimensionalidad:

1 – AtmosFlare 3D Pen

Este lápiz 3D utiliza un gel que se endurece gracias a rayos UV, por lo que es una herramienta adecuada para niños ya que no se calienta en absoluto. Es posible controlar la velocidad de extrusión simplemente presionando el lápiz. Funciona con baterías y tiene una duración de batería de aproximadamente cuatro horas. Con cuatro boquillas diferentes, ofrece una gama de filamentos en varios colores, dando a los niños infinitas posibilidades en términos de creatividad. En youtube se pueden ver diferentes videos sobre la utilización y las posibilidades creativas de este lápiz 3D, por ejemplo: https://www.youtube.com/watch?v=jAYcpvMjtcQ

2 – La pluma 3D CCTREE

A diferencia del lápiz 3D anterior, el CCTREE se basa en una extrusión caliente. Sin embargo, se mantiene a temperaturas bastante bajas, lo que garantiza una cierta seguridad para los niños que lo usan. El bolígrafo 3D tiene una batería recargable.

3 – Glyby Intelligent

Este lápiz 3D también funciona con una fuente de calor para permitir la extrusión, la temperatura se puede ajustar de acuerdo a las necesidades y al filamento utilizado (PLA o ABS). Sin embargo, no hay indicador de temperatura en el lápiz, lo que hace que el ajuste sea un poco difícil y sólo debe usarse al cambiar el filamento. En caso de sobrecalentamiento, el dispositivo activa una alarma. Este bolígrafo 3D permite crear objetos con cuatro colores diferentes. Puede verse ejemplos de su funcionamiento en el siguiente enlace

4 – 3DoodlerStart

Es ideal para cualquiera que comience con la impresión 3D. Su particularidad es el filamento utilizado, llamado «Ego Plastic». Es biodegradable y requiere una temperatura de extrusión mucho más baja que los filamentos tradicionales como el PLA o el ABS, los niños podrán tocar el filamento con seguridad. El bolígrafo está disponible con accesorios adicionales y tiene una batería recargable. Puede verse su utilización en el siguiente enlace de youtube

5 – CreoPop 3D Pen

Funciona con tinta fría, es decir con un gel que se endurece gracias a los rayos UV. Una de sus principales características es su amplia gama de tintas disponibles. También hay filamentos especiales que brillan en la oscuridad, lo que brinda a los niños muchas posibilidades para sus propias creaciones. Se pueden ver ejemplos de su uso en el siguiente vídeo.

Estos lápices 3D poseen la gran ventaja de la facilidad de su uso y del bajo coste de adquisición, ya que su precio ronda entre los 12€ es más económico, hasta los 120€ el más caro.

  • Seguridad: una impresora 3D para la escuela debe ser una máquina segura, que minimice el riesgo para los alumnos. Hay impresoras 3D que son abiertas y tienen componentes peligrosos (sobre todo por las altas temperaturas que alcanzan) que podrían provocar quemaduras. Por tanto, una impresora 3D para colegios debe ser cerrada y tener sus componentes peligrosos fuera del alcance de los niños. En este sentido se agradecen extras como la inclusión de una puerta con pestillo de seguridad.
  • No tóxicas: existen muchos tipos de filamento para impresoras 3D, pero algunos de ellos producen humos tóxicos durante la extrusión. Por ello, se es recomendable el uso de impresoras 3D que funcionen solo con filamentos seguros y biodegradables.
  • Sencillas y de fácil manejo: las impresoras 3D para escuelas deben ser fáciles de comprender y tener una curva de aprendizaje adecuada. Actualmente existen en el mercado variadas impresoras 3D con calibración automática o sistemas de detección de final de filamento, entre otras funciones.

A continuación, se presenta un listado de impresoras indicadas por su fabricante para su uso en centros educativos.

  • Impresora Aladdinbox SkyCube: es una impresora 3D de reducido tamaño, ligera, manejable, fácil de usar y con estructura cerrada para garantizar la seguridad de los alumnos.
  • Impresora Tiertime HYPERLINK Up Mini 2: es una impresora 3D muy versátil, cuenta con todo lo necesario para simplificar al máximo la experiencia del estudiante, sin coartar su creatividad. Para empezar, se puede calibrar de forma automática y cuenta con sistema de detección de filamento y de plataforma. Tiene puerta de seguridad y es muy silenciosa.
  • Impresora Flashforge HYPERLINK Inventor 2: posee algunos extras como el sistema de calibración automática, la puerta de seguridad o el software FlashPrint, diseñado por la propia Flashforge y que resulta muy asequible para el usuario.
  • Impresora XYZprinting HYPERLINK Da Vinci HYPERLINK Jr: es una impresora cerrada, compacta y sencilla de usar, ideal para quienes se estén iniciando en el mundo de la impresión 3D.Una de las principales ventajas de la XYZprinting Da Vinci Jr. es que tiene calibración automática y común sistema de carga que simplifica la sustitución del filamento.

Otras impresoras igualmente aptas y recomendables para su uso en centros educativos son: impresora BQ Witbox 2; DOBOT Magician; DEMU Mini Printer; EasyThreed NANO, Flashforge Finder y BQ Witbox Go!,

Una vez que se ha visto una definición de impresora en 3D y se ha realizado un listado de lápices 3D y de tipologías de impresoras, nos asalta la pregunta ¿qué aporta el uso de esta nueva herramienta a la educación?. A continuación, damos respuesta a esta pregunta y se presentan los beneficios educativos de esta herramienta.

Beneficios educativos de la impresión en 3D

A pesar de que aún no se encuentran de manera generalizada en las aulas, las impresoras 3D aportan numerosos beneficios en el ámbito de la educación. En general, existen dos formas diferentes de beneficiarse:

En primer lugar, la adquisición de conocimientos sobre nuevas tecnologías, en las que se trabajan las siguientes competencias:

  • Competencia didáctica.
  • Competencia en innovación.
  • Mejora Competencia digital (TIC).

En segundo lugar, gracias a la impresión 3D en la educación, teorías complejas pueden simplificarse. Por lo tanto, los alumnos se podrán beneficiar especialmente en las llamadas materias MINT (Matemáticas, Informática, Ciencias Naturales y Tecnología), donde la tecnología 3D ayuda a su comprensión. Pero también para el uso en arte, tecnología, geografía, aquí la impresión 3D puede ser una ventaja.

En particular, de forma más concreta, Marc Torras, director general de EntresD, distribuidora de las impresoras 3D Home&Kids UP! Mini y Pro UP! Plus2 en España, señala cuáles son las ventajas más destacadas que aportan las impresoras 3D:

Fomentan la creatividad y la capacidad de resolver problemas: La principal aportación de las impresoras 3D es su capacidad para materializar las ideas en objetos reales. Esta funcionalidad provoca un cambio de mentalidad en el alumno que debe solventar los posibles obstáculos que surjan en el mundo físico aplicando la creatividad e innovando hasta obtener el objetivo deseado. La adquisición de estas aptitudes prepara mejor a los estudiantes para el futuro mundo laboral.

Generan más participación: Las impresoras 3D convierten la experiencia del aprendizaje en un proceso mucho más lúdico y participativo. Algunos centros escolares crean espacios comunes para utilizarlas en los que los estudiantes pueden explorar de manera conjunta. El papel del profesor para dinamizar su uso es muy importante.

  1. Captan el interés de los estudiantes: La posibilidad de aprender a través de la práctica y de ver el resultado real de sus diseños hace que los alumnos muestren más interés y se sientan más motivados. Esto es especialmente interesante en el caso de los estudiantes con problemas de atención que logran mejorar su capacidad de concentración. En definitiva, pasar de las clases teóricas a la creación propia puede ser un gran incentivo en el proceso de aprendizaje.
  2. Facilitan la tarea del docente: Las asignaturas de ciencias, tecnología, ingenierías y matemáticas tienen en las impresoras 3D unas grandes aliadas, ya que permiten trasladar a un escenario real conceptos que, en ocasiones, son difíciles de explicar. No obstante, y a pesar de que su uso está generalmente asociado a estas materias, las impresoras 3D también pueden utilizarse en áreas como geografía o historia, por ejemplo, para recrear mapas topográficos o lugares y personajes.
  3. Promueven la colaboración entre diferentes materias y departamentos: Diversas experiencias han demostrado que el uso de impresoras 3D en el ámbito educativo fomenta la colaboración entre diferentes materias y especialidades y promueve el trabajo en equipo.

Según señala Marc Torras, a pesar de estos beneficios, las impresoras 3D aún se encuentran en pocos centros educativos. No es una cuestión de presupuesto, ya que actualmente el coste de una impresora 3D de sobremesa es asequible para un centro y el coste de mantenimiento es muy reducido. Entre los aspectos que dificultan su adopción en las aulas, el más importante es el desconocimiento por parte del profesor, que necesita de la formación adecuada para poder sacarle partido a esta nueva tecnología.

La impresora 3D como herramienta didáctica

El utilizar las impresoras 3D como herramientas educativas, puede permitir al docente ampliar el abanico de posibilidades a la hora de planificar y diseñar actividades, pudiendo ofrecer a los alumnos un mayor protagonismo en la experiencia de enseñanza-aprendizaje al tener un papel más activo al interactuar con las nuevas tecnologías, facilitando de esta forma que experimenten aprendizajes significativos. (Johnson et al. 2016).

La importancia del uso de esta nueva metodología radica en que debe ser empleada como un medio de enseñanza y no como un fin, ya que es una herramienta que nos ayudarán a alcanzar metas educativas concretas, siempre que el énfasis se ponga en la metodología y no en la tecnología, al generar contenidos más interesantes y motivadores que permitan al alumno crear su propio contenido, su propio aprendizaje y compartirlo.

Palomo, Ruiz y Sánchez (2006), afirman que algunas de las ventajas más importantes de las TIC son, el interés y la motivación que generan en los alumnos, la posibilidad de formar parte activa del proceso de aprendizaje, la adquisición de competencias y no solo de contenido, la accesibilidad, que favorecen el trabajo en grupo para la solución de un problema o la posibilidad de simular elementos en 3D con los que el alumno pueda interactuar y muchas otras ventajas que se pueden usar en beneficio del alumno, de su motivación y, por tanto, de su aprendizaje, como por ejemplo la capacidad de autoevaluarse o de tener un feedback casi instantáneo de sus errores permitiéndole corregirlos y aprender de ellos.

Tal y como comentan Adams et al. (2017) en el último informe Horizon, las impresoras 3D son una tecnología que tendrá un impacto significativo para la educación en los próximos cinco años, asociada de manera muy directa con los Makerspaces, los cuales permiten crear espacios en los que los alumnos pueden desarrollar un aprendizaje basado en proyectos que, junto con la tecnología de impresión 3D, lleven a los estudiantes a explorar conceptos de forma más auténtica, dando lugar a un aprendizaje más significativo, en definitiva, aprender haciendo. En dicho informe se indica que la impresión 3D en el aula pone al alcance de los alumnos las mismas tecnologías de vanguardia que encontrarán a lo largo de su carrera profesional, permitiendo con ello contextualizar el aprendizaje y dar herramientas a los alumnos para su futuro desarrollo laboral. Además, la creatividad y la motivación de los alumnos aumenta, llegando incluso a señalar que es un recurso adecuado para utilizar con alumnos con necesidades educativas especiales (ACNEE) ya que pueden ayudarles a aprender de forma significativa y fomentar el desarrollo competencial mientras trabajan de forma colaborativa o cooperativa con sus compañeros.

Por último, resaltar un aspecto importante en el uso didáctico de esta herramienta es la forma de enfocar su uso desde la interdisciplinariedad ya que el ser humano no aprende de forma aislada, sino relacionando los nuevos conceptos con los que ya tiene formando un concepto global.

Una duda que nos puede asaltar a la hora de implementar esta herramienta didáctica en el aula es la edad para aplicarla. En este sentido Lütolf (2014), expone en su trabajo que, desde los niños más pequeños en educación primaria, hasta los más mayores que realizan estudios universitarios o ciclos formativos, están capacitados para utilizar las impresoras 3D, así como los programas de diseño y laminado necesarios. El autor aclara que el tipo de objetos que puedan diseñar e imprimir irá aumentando en complejidad, paralelamente a su conocimiento y manejo del hardware y software empleados como recursos educativos. Además, habla de la posibilidad de aprendizaje independiente a través de las diferentes fases en que se divide el trabajo, idear, diseñar, fabricar, revisar, etc., recordando que se trata de una herramienta segura para su utilización en las aulas.

Software online para utilizar la impresión en 3D

En el mercado existen multitud de sofware para la imprensión en 3D, algunos son de pago y otros gratuitos. Entre las sofisticadas opciones libres, podemos encontrar Freecad (http://www.freecadweb.org) y Openscad (http://www.openscad.org), que permiten diseñar modelos en 3D utilizando parámetros y restricciones en los objetos que se van creando. Aunque el interés de introducir estos entornos en educación es innegable, existen alternativas que facilitan enormemente la curva de aprendizaje, como Tinkercad (https://www.tinkercad.com). Se trata de una aplicación web gratuita propiedad de Autodesk, en la que el diseño de los objetos se lleva a cabo uniendo formas geométricas básicas, como prismas, cilindros y esferas. Por su interés y fácil aplicación nos centraremos Tinkercad.

Tinkercad es una herramienta divertida y fácil de utilizar para la creación de diseños tridimensionales listos para ser impresos en 3D. Por su sencillez, Tinkercad puede ser utilizado desde edades muy tempranas, incluso desde Educación Infantil. La simplificación del software y la democratización del hardware están permitiendo que niños de corta edad puedan manejar herramientas similares a las que se utilizan en las industrias más sofisticadas del mundo. El objetivo de utilizar esta herramienta en niños de corta edad es que adquieran un primer contacto con el mundo de la fabricación digital y la impresión 3D. En el proceso se fomentan conceptos como la creatividad, la libre elección, la innovación y en definitiva que, a partir de ahora, pueden construir el mundo que les rodea.

Algunas de las desventajas de esta aplicación es que una vez dominados los conceptos básicos carece de herramientas para llegar a diseños complejos y que sólo posee una versión online, por lo que hace falta conexión a internet.

Conclusiones

La tecnología de impresión 3D es en la actualidad una posibilidad educativa real. La utilización de un recurso tan dinámico e innovador, puede conseguir captar la atención de los alumnos desde el primer momento incrementando su motivación hacia el aprendizaje.

Referencias bibliográficas

  • Escobar, C. (2013, 23 de Marzo). Breve historia de la impresión 3D. Impresoras3D.com.  Recuperado de https://goo.gl/N7U
  • González-Gómez, J., Valero-Gómez, A., Prieto-Moreno, A., & Abderrahim, M. (2012). A new open source 3D-printable mobile robotic platform for education. En Advances in autonomous mini robots (pp. 49-62). Springer Berlin Heidelberg.
  • Jones, R., Haufe, P., Sells, E., Iravani, P., Olliver, V., Palmer, C., & Bowyer, A. (2011). RepRap – the replicating rapid prototyper. Robotica, 29, 177-191.

Referencia de imágenes

Lorena Ramos Martín

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