Tecnologías de impresión 3D en la educación, fundamentos y ventajas de cada una

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

En la actualidad, existen diversos dispositivos que pueden ser muy útiles en las aulas y año tras año son más los centros educativos que cuentan con ellos para llevar a cabo proyectos educativos. Las habilidades STEAM, cada vez más valoradas en los jóvenes a la hora de, por ejemplo, encontrar un empleo, son las habilidades registradas en los campos de la ciencia, la tecnología, la ingeniería, el arte y las matemáticas. Y la impresión 3D forma parte de ellas. 

Importancia en la educación

La impresión de modelos 3D desarrolla habilidades que involucran a los estudiantes en el proceso, consigue que se adapten al cambio y que resuelvan errores. De esta forma, el aprendizaje no  se basa únicamente en la observación, sino que se aprende imprimiendo archivos creados por uno. Al integrar la impresión 3D en el aula, los estudiantes desarrollan la creatividad y las habilidades de organización al abrir sus mentes a un sinfín de posibilidades, incluida la creación de objetos 3D únicos o por piezas, así como la mejora de todos los objetos existentes.

Pasar del plano al diseño 3D y poder tocar las propias creaciones, aporta al aprendizaje  una visión mucho más realista y dinámica. Y así la asimilación del conocimiento ocurrirá naturalmente.

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 las diferentes asignaturas, sirve como plataforma para que los profesores preparen a sus estudiantes para el futuro, facilitando la adquisición de habilidades y experiencia en la resolución de problemas.

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

Las posibilidades que ofrecen las impresoras 3D para educación en los colegios son infinitas, y pueden ser adaptadas a las necesidades de cada nivel educativo, consiguiendo una rápida amortización de la inversión realizada. Existen muchas tecnologías de impresión 3D en la actualidad, pero las dos más comunes y accesibles son la FFF/FDM y la láser.

Extrusión de material: FFF/FDM

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

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

Esta tecnología resulta ideal para piezas resistentes, de gran tamaño y que presenten resistencia mecánica y térmica. Pero pese a las ventajas mencionadas anteriormente con respecto a la tecnología de extrusión de material, hay un aspecto frente al cual no pueden competir contra las tecnologías con láser y es que, a pesar de necesitar un mayor tiempo de post-procesado, estas son mucho más precisas y rápidas.

Láser (SLA, SLS)

Este tipo de impresoras, en vez de ir depositando el filamento, proyectan la capa entera sobre el material que se solidifica sobre la marcha. 

En la esteriolitografía o SLA, la fotopolimerización ocurre cuando expones una resina líquida fotosensible a una fuente de luz. Cuando la fuente de luz es controlada, puedes dar forma a un objeto. Esta tecnología contiene resina líquida dentro de un tanque y mediante el movimiento de una plataforma que sube y baja, va solidificando una capa de material a la vez con ayuda de un láser. 

En el caso del SLS, se trata de una tecnología capaz de fabricar piezas completamente sólidas mediante la sinterización o fundición de partículas de polvo plástico o metálico. Esta tecnología va dosificando un polvo muy fino de material en una cama plana, a la cual se funde el material necesario para ser cubierto después con una nueva capa de polvo. La variación en la tecnología la da el origen de la energía que funde y el material a utilizar. En el caso del SLS se hace con plásticos, principalmente Nylon 12, que funde con un láser.

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

Estos tipos de tecnologías son ideales para hacer pequeños detalles o acabados intrincados en piezas que necesiten más robustez, consiguiendo una mayor precisión y un ahorro en tiempo de impresión. No obstante, son más caras comparadas con las de impresión de filamentos; ya que tanto la resina como la máquina en sí tienen un precio superior. 

¿Y los niños? Pues también existen impresoras compatibles con un público más infantil, las cuales cuentan con la totalidad de las medidas de seguridad y están especialmente adaptadas para cubrir las necesidades que existen en las aulas: aislamientos, materiales y funcionamiento específicamente diseñado para los más pequeños. A su vez, el fabricante de impresoras 3D de escritorio XYZprinting ha desarrollado exclusivamente para niños la impresora Toybox. No obstante, no siempre habrá que hablar de impresoras 3D, por ejemplo, 3Doodler ofrece una gama de paquetes de aprendizaje de su lápiz 3D. 

Imagen 3: 3Doodler. Fuente: Wobleworks.

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

Implementación en las aulas

La importancia de la inclusión de la impresión 3D en grados profesionales y en los colegios es un hecho. Y ya que 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, se puede incorporar a una amplia variedad de materias escolares para simplificar los conceptos teóricos a menudo difíciles para los alumnos. Pero no es fácil ni muy común encontrar una impresora 3D en centros educativos españoles, y aunque existen iniciativas experimentales que sí lo han hecho con éxito, su uso casi siempre se dirige a proyectos específicos o días completos de proyectos. En otros países, como Estados Unidos o Reino Unido, se van incorporando a las aulas conscientes de su potencial como recurso educativo, versatilidad y posibilidad de fomentar la participación activa del alumnado.

Algunos de los motivos por los que se debería acelerar la inclusión de forma más notoria de esta tecnología son que:

1. Motiva al alumno e incentiva su aprendizaje.

2. Agiliza los procesos de aprendizaje.

3. Mejora la retención de la información.

4. Desarrolla la capacidad crítica y reflexiva.

5. Incentiva el aprendizaje colectivo y personalizado.

En el proceso de hacer tangibles ciertos proyectos, niños y adolescentes pueden comprender conceptos complejos subyacentes. Asimilando estos conceptos a través de la práctica, se mantiene al alumno motivado durante el proceso de aprendizaje. Sin duda, el uso de equipos 3D en el entorno educativo posibilita que los alumnos lleven a cabo distintos proyectos y actividades que refuercen sus habilidades STEAM, mejoren sus capacidades de trabajo en equipo, mejoren su autoestima y potencien su creatividad.