3D printing in education

La impresión 3D en la educación

El uso de la impresión 3D en la educación se está disparando gracias a su capacidad para despertar la creatividad, la resolución de problemas y el compromiso de estudiantes de todas las edades.

¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D, o fabricación aditiva, es una técnica de producción que crea un objeto tridimensional a partir de un archivo de diseño asistido por ordenador (CAD). El término abarca varios procesos diferentes en los que uno o más materiales -por lo general, plástico, metal, cera o material compuesto- se depositan capa a capa para construir una forma.

Todo el proceso está controlado por un ordenador, lo que hace que la impresión 3D sea un método rentable, eficiente y preciso para crear objetos de casi cualquier geometría o complejidad. Hoy en día, la impresión 3D se utiliza en todos los sectores para producir prototipos, herramientas y plantillas, componentes y piezas de uso final.

Las impresoras 3D vienen en varios tamaños, desde las más pequeñas que caben en una mesa hasta las máquinas industriales de gran formato.

Las impresoras grandes pueden producir objetos más grandes, pero las máquinas ocupan más espacio y cuestan bastante más que las impresoras de sobremesa. Lograr una impresión satisfactoria también es más complejo en una impresora de gran formato debido al volumen de material y al tiempo de impresión que conlleva.

¿Cómo está transformando la impresión 3D la educación?

Las ventajas de la impresión 3D en la educación son muchas, entre ellas  

Ayudar a mantener a los estudiantes comprometidos
Simplificar temas y conceptos complicados
Dar vida a las ideas teóricas
Fomentar la colaboración
Introducir a los estudiantes en los procesos de fabricación modernos
Preparar a los estudiantes para el futuro lugar de trabajo y las carreras profesionales
Producir materiales didácticos asequibles y totalmente personalizables

En sólo unas décadas, los ordenadores han transformado radicalmente la experiencia de la enseñanza y el aprendizaje. La impresión 3D en la educación tendrá un impacto igualmente profundo y positivo, pero en mucho menos tiempo.

La impresión 3D se ha convertido en una herramienta fundamental para mejorar el proceso de aprendizaje de escolares, aprendices, estudiantes universitarios, investigadores y profesores. La tecnología perfecciona las habilidades creativas y prácticas, da vida a conceptos y teorías y proporciona un entorno de aprendizaje activo.

Gracias a la impresión 3D, los alumnos tienen la libertad de diseñar, pensar, crear y relacionarse con el mundo de formas nuevas y significativas. Además, la emoción y el interés que rodean a la impresión 3D impulsan el compromiso de los alumnos, especialmente de aquellos que prefieren las experiencias prácticas.

La impresión 3D permite a los estudiantes de todos los niveles producir objetos únicos y muy complejos que serían difíciles, si no imposibles, de fabricar de otra manera. Además, estos diseños pueden realizarse de forma rápida, sencilla y personalizada. Otra ventaja es la oportunidad de familiarizarse con una tecnología que se utiliza en una amplia gama de sectores y profesiones.

Hay varios factores que explican el rápido crecimiento de la impresión 3D en la educación, como una mayor apreciación de la tecnología y sus beneficios y la base de datos en constante expansión de recursos y guías de enseñanza de código abierto. Las impresoras 3D también se han vuelto más accesibles y asequibles, así como más intuitivas y fáciles de usar, algo importante para los usuarios principiantes y los más jóvenes.  

Aunque la impresión 3D en la educación se centró inicialmente en las clases de ciencia, tecnología y arte, la tecnología se utiliza cada vez más en casi todas las asignaturas, desde historia y matemáticas hasta geografía y teatro. Las impresoras también se han convertido en algo habitual en los laboratorios de investigación de las universidades, los centros de formación profesional, los clubes extraescolares y las bibliotecas.

Sin embargo, el uso de la impresión 3D en la educación dista mucho de ser omnipresente. No todos los centros educativos tienen una, y los que la tienen tienden a utilizarla para un número limitado de aplicaciones. Esto puede cambiar a medida que la tecnología se abarate y más personas conozcan y comprendan sus ventajas.

El auge de las plataformas de fabricación a la carta y de los makerspaces comunitarios, muchos de los cuales ofrecen servicios de impresión 3D, podría ser una opción para los centros educativos que no puedan comprar y gestionar su propia flota de impresoras. Los fabricantes y distribuidores de impresoras 3D también ofrecen descuentos en equipos para fines educativos con guías didácticas, materiales y planes de clase gratuitos.

¿Qué habilidades desarrolla la impresión 3D en la educación?

La impresión 3D en la educación ayuda a desarrollar una amplia gama de habilidades, tanto directa como indirectamente, en todos los niveles de aprendizaje. Las más comunes son

  • Diseño y creatividad
  • Conocimientos de informática, especialmente de herramientas de diseño digital
  • Resolución de problemas
  • Modelado 3D
  • Pensamiento crítico e investigación
  • Trabajo en equipo y comunicación
  • STEM (ciencia, tecnología, ingeniería, matemáticas)
  • Persistencia y mejora iterativa
  • Visualización y conciencia espacial 
  • Espíritu empresarial  

La impresión 3D ayuda a las escuelas a ahorrar costes

Casi todos los profesores utilizan algún tipo de ayuda física para el aprendizaje en el aula. Estos medios van desde simples diagramas y modelos hasta experimentos a escala real o accesorios que ayudan a dar vida a un libro de cuentos.

Según un estudio de la Universidad Tecnológica de Michigan, la impresión en 3D de material didáctico de código abierto, en lugar de comprarlo en tiendas como Amazon, podría ahorrar a los profesores hasta un 86%. 

El estudio evaluó varios ejemplos de ayudas al aprendizaje, desde un reloj y un rompecabezas de la tabla periódica hasta modelos del Coliseo y la Gran Muralla China. Los investigadores analizaron la funcionalidad, las proporciones de masa, la seguridad y el consumo de energía, junto con los costes de impresión y montaje, para determinar el coste por kilogramo de la impresión.

Este estudio también demostró que los profesores de todo el mundo están adoptando la impresión 3D en la educación. Los resultados muestran que el material didáctico medio evaluado en el estudio se descargó más de 1.500 veces y presumiblemente se imprimió otras tantas.

Los investigadores llegaron a la conclusión de que la impresión 3D en la educación no sólo ahorra dinero a las escuelas, sino que también proporciona un retorno de la inversión de más del 100%. Según uno de los miembros del equipo de investigación, "está claro que la impresión en 3D de diversas ayudas educativas proporciona un gran ahorro en el aula y en la escuela en casi cualquier contexto."

Ejemplos de impresión 3D en la educación

Las aplicaciones de la impresión 3D en la educación son ilimitadas; la única restricción es la imaginación de profesores y alumnos. Algunos de los usos más comunes son

AYUDA A LA ENSEÑANZA
Las impresoras 3D pueden crear modelos ultrarrealistas y precisos de casi cualquier cosa, desde objetos del pasado y del presente hasta modelos que ilustran principios científicos o matemáticos. Algunos ejemplos son planetas, esqueletos, vehículos, edificios, artefactos históricos y un tornillo de Arquímedes.

Estos modelos ayudan a los profesores a explicar mejor qué es algo, cómo funciona y cómo interactúa en el mundo real. Poder sostener, inspeccionar y manipular un objeto proporciona a los alumnos una experiencia educativa más rica e interactiva en comparación con un diagrama o una fotografía.

JUEGOS
Las investigaciones demuestran que el uso de juegos en la enseñanza ayuda a aumentar la participación de los estudiantes, refuerza el aprendizaje y desarrolla habilidades sociales como la colaboración y la comunicación. Existen numerosos ejemplos de rompecabezas educativos impresos en 3D. Estos van desde herramientas sencillas, como rompecabezas y juegos para enseñar fracciones y decimales, hasta complejos juegos para construir puentes.  

DISEÑO DE PRODUCTOS
Durante mucho tiempo, los estudiantes sólo han podido responder a las tareas de forma teórica. En los estudios empresariales, por ejemplo, se suele pedir a los alumnos que identifiquen una necesidad y diseñen un producto que la cubra. El producto rara vez se fabrica, al menos no en su forma final y comercializable. La impresión 3D cambia esta situación.

Ahora los estudiantes pueden diseñar, probar, perfeccionar y crear un producto acabado que pueda lanzarse y venderse. Se pueden fabricar lotes de productos de forma rápida, barata, local y en pequeñas cantidades. También pueden personalizarse y modificarse individualmente en respuesta a las reacciones del mercado. Cada vez son más las empresas que tienen sus raíces en proyectos de aula, y la impresión 3D es un elemento clave para muchas de ellas.    

La impresión 3D está transformando la forma en que los estudiantes abordan el diseño

OTH Regensburg (OTH) es una de las mayores universidades técnicas del sur de Alemania y ofrece más de 45 programas de grado a 11.000 estudiantes. La OTH también alberga el Sensorik-Applikationszentrum (SappZ), un centro en el que los estudiantes utilizan la investigación aplicada y la ingeniería, en combinación con la impresión 3D, para desarrollar aplicaciones de sensores para las industrias de la automoción, médica, industrial, electrónica y mecánica.

SappZ es una interfaz crucial entre las actividades de investigación de la universidad y el mundo de la empresa y la industria. Es un centro de innovación donde los conceptos se convierten en realidades. La impresión 3D ha tenido un profundo impacto en el centro debido a su velocidad, precisión y capacidad multimaterial.

La impresión 3D ha transformado la forma en que los estudiantes diseñan y producen objetos con una precisión y funcionalidad superiores. Los estudiantes e investigadores de SappZ utilizan la tecnología PolyJet del innovador proveedor de soluciones de impresión 3D Stratasys. PolyJet ofrece una gran variedad de materiales, lo que ha abierto un amplio abanico de aplicaciones para los estudiantes.

El centro suele imprimir en 3D piezas funcionales grandes y pequeñas con geometrías muy complejas y precisas. Entre ellas se encuentran carcasas de sensores y prototipos mecánicos, así como piezas para sus propios equipos de laboratorio y montajes experimentales, y proyectos con otros departamentos.

El acceso a la impresión 3D ha aumentado la calidad de los proyectos de los estudiantes y, lo que es más importante, también está cambiando la mentalidad de los estudiantes. Al eliminar las limitaciones inherentes a las técnicas de fabricación tradicionales, la impresión 3D permite a los estudiantes diseñar y crear sin barreras. ¿Quién sabe las innovaciones que se producirán en el futuro?

¿Cuáles son las limitaciones de la impresión 3D en la educación?

La impresión 3D en la educación tiene un impacto positivo de gran alcance en la experiencia de aprendizaje. La tecnología tiene oportunidades de crecimiento casi ilimitadas en todas las edades, niveles de habilidad y materias.

Las mejoras en la calidad y el detalle de los objetos impresos (lo que se conoce como resolución), la flexibilidad y la mayor facilidad de uso están impulsando emocionantes innovaciones. Sin embargo, el uso de la impresión 3D en la educación tiene sus límites.

COSTE
Si alguien no está familiarizado con la tecnología, puede creer que llevar la impresión 3D a un aula será demasiado caro. Sin embargo, existen opciones de impresión asequibles y algunos fabricantes de máquinas ofrecen descuentos educativos.

Los gobiernos también reconocen el impulso que puede dar la impresión 3D en la educación y han dedicado programas de financiación para ayudar a las escuelas a comprar impresoras y formar a los profesores para que las utilicen de forma eficaz.

Sin embargo, la impresión 3D conlleva un coste, tanto el inicial de las propias impresoras como el recurrente de la sustitución de consumibles como los materiales de impresión y el mantenimiento rutinario.

FALTA DE FAMILIARIDAD
Aunque su prevalencia es cada vez mayor, la impresión 3D en la educación todavía no es un elemento habitual, sobre todo fuera de las escuelas técnicas y las universidades. Es posible que los profesores no sepan cómo la impresión 3D puede mejorar y enriquecer el plan de estudios o lo fácil que es integrarla en las clases.

En el caso de las escuelas que han comprado una impresora 3D, este desconocimiento puede hacer que la máquina no se utilice. Para los que no lo han hecho, puede significar que la inversión nunca se hizo en primer lugar.   

En respuesta a este reto, muchos fabricantes y distribuidores de impresoras ofrecen ahora formación, recursos y apoyo a los educadores para que integren con éxito la impresión 3D en el plan de estudios.

ELECCIÓN LIMITADA DE MATERIALES
La impresión 3D en materiales de alta calidad o más pesados, como metales, materiales compuestos y plásticos de ingeniería, requiere una impresora grande y sofisticada. Estas máquinas especializadas son mucho más caras y complicadas de manejar que los modelos de sobremesa. Por ello, actualmente sólo se encuentran en instituciones de educación superior como colegios, universidades y centros de formación específicos de la industria.    

Las escuelas primarias y secundarias y, cada vez más, las bibliotecas y los makerspaces comunitarios suelen limitarse a las impresoras 3D de nivel básico. Estas máquinas sólo imprimen en determinados plásticos, en su mayoría ácido poliláctico (PLA) y acrilonitrilo butadieno estireno (ABS).

La impresión 3D conecta las aulas con la comunidad en general

A un pingüino africano en peligro de extinción del Acuario de Mystic (Connecticut) se le encontró un tendón flexor no funcional en el tobillo. Al igual que una lesión en el talón de Aquiles de una persona, los daños en el tendón flexor de un pingüino provocan dolor y dificultad de movimiento.

Una vez identificada la lesión, el personal veterinario actuó con una bota hecha a mano para inmovilizar, proteger y apoyar el pie dañado. Sin embargo, el equipo de atención a los animales sabía que la impresión en 3D sería más duradera, menos engorrosa y requeriría menos tiempo que la fabricación manual de la bota.

Mystic Aquarium llevó esta idea a la Mystic Middle School, que había adquirido recientemente una impresora 3D a través de ACT Group, un socio local del pionero mundial de la impresión 3D Systems.

Trabajando en equipo, Mystic Aquarium, ACT Group y los estudiantes se unieron para diseñar e imprimir en 3D una nueva bota para el pequeño pájaro. Con la orientación anatómica del personal veterinario de Mystic Aquarium y la formación técnica de ACT Group, los estudiantes dirigieron el proceso de diseño y fabricación.

Empezaron por escanear un molde del pie del pingüino y luego utilizaron un software para personalizar el archivo con detalles como peldaños, bisagras y cierres. Una vez satisfechos con el diseño, lo imprimieron en 3D en la impresora 3D ProJet multimaterial de 3D Systems.

Esta impresora permite imprimir y mezclar simultáneamente materiales flexibles y rígidos para obtener una resistencia y una elasticidad personalizadas. La bota resultante consiguió el efecto deseado en cuanto a durabilidad, peso y ajuste, permitiendo al pingüino caminar y nadar como el resto de sus compañeros.

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