Tecnologie di stampa 3D nell'educazione, principi fondamentali e vantaggi di ciascuna

La stampa 3D è una delle tendenze più importanti degli ultimi anni nel campo tecnologico, ma contrariamente all'idea comune, non si limita a un tipo di macchina, ma si tratta di un insieme di tecnologie che consentono di creare oggetti senza la necessità di stampi o quantità minime. Ogni tecnologia ha le sue applicazioni e i suoi materiali.

Attualmente, ci sono diversi dispositivi che possono essere molto utili nelle aule e anno dopo anno sempre più istituti educativi ne dispongono per svolgere progetti educativi. Le competenze STEAM, sempre più apprezzate nei giovani, ad esempio, per trovare un impiego, sono le competenze nei campi della scienza, della tecnologia, dell'ingegneria, dell'arte e delle matematiche. E la stampa 3D ne fa parte.

Importanza nell'educazione

La stampa di modelli 3D sviluppa competenze che coinvolgono gli studenti nel processo, li fa adattare ai cambiamenti e risolvere errori. In questo modo, l'apprendimento non si basa solo sull'osservazione, ma si impara stampando file creati da uno stesso. Integrando la stampa 3D in classe, gli studenti sviluppano la creatività e le competenze organizzative aprendo le menti a infinite possibilità, compresa la creazione di oggetti 3D unici o pezzi, così come il miglioramento di tutti gli oggetti esistenti.

Passare dal piano al design 3D e poter toccare le proprie creazioni fornisce all'apprendimento una visione molto più realistica e dinamica. E così l'assimilazione della conoscenza avviene in modo naturale.

La tecnologia 3D nelle scuole primarie e secondarie non solo stimola l'interesse e favorisce il pensiero creativo per migliorare le opportunità di apprendimento nelle materie STEAM, ma integrandola in diverse discipline, serve come piattaforma per i docenti per preparare gli studenti al futuro, facilitando l'acquisizione di competenze ed esperienza nella risoluzione dei problemi.

Nel caso della Formazione Professionale (FP), l'implementazione della tecnologia 3D incorpora molte più informazioni rispetto al semplice funzionamento delle apparecchiature; invita gli studenti a esplorare tutti gli aspetti del design, dall'essere capaci di disegnare su carta, a progettare o modellare con software 3D, fino a preparare i propri file per la stampa 3D.

Le possibilità offerte dalle stampanti 3D per l'educazione nelle scuole sono infinite e possono essere adattate alle esigenze di ogni livello scolastico, consentendo un rapido ritorno sull'investimento effettuato. Attualmente esistono molte tecnologie di stampa 3D, ma le due più comuni e accessibili sono FFF/FDM e laser.

Estrusione di materiale: FFF/FDM

La tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling), nota anche come FFF (Fused Filament Manufacturer), è la più diffusa sul mercato attualmente. Questa tecnologia consiste nell'ottenere un pezzo mediante la deposizione strato su strato di un filamento che è stato fuso quando è stato introdotto in un estrusore che lo ha lavorato a una temperatura superiore al suo punto di fusione. Esistono due diametri di filamento (1,75 mm e 2,85 mm) e il grande vantaggio di questa tecnologia è la vasta gamma di materiali disponibili, il loro prezzo conveniente e la possibilità di combinarli, consentendo, ad esempio, di ridurre la fase di post-elaborazione per la rimozione dei supporti incorporando un materiale di supporto solubile nella stampa. Inoltre, la manutenzione di queste apparecchiature è molto semplice, limitandosi alla calibrazione degli assi o al riscaldamento dell'estrusore in caso di intasamenti.

Immagine 1: Stampante 3D Raise3D E2. Fonte: Raise 3D.

Questa tecnologia è ideale per pezzi resistenti, di grandi dimensioni e con resistenza meccanica e termica. Ma nonostante i vantaggi menzionati precedentemente rispetto alla tecnologia di estrusione del materiale, c'è un aspetto in cui non possono competere con le tecnologie laser, e cioè, nonostante richiedano più tempo per il post-processo, queste ultime sono molto più precise e veloci.

Laser (SLA, SLS)

Questo tipo di stampanti, invece di depositare il filamento, proiettano l'intero strato sul materiale che si solidifica durante il processo.

Nel caso della stereolitografia o SLA, la fotopolimerizzazione avviene quando esponi una resina liquida fotosensibile a una fonte di luce. Quando la fonte di luce è controllata, è possibile dare forma a un oggetto. Questa tecnologia contiene resina liquida all'interno di una vaschetta e, grazie al movimento di una piattaforma che si solleva e abbassa, solidifica uno strato di materiale alla volta con l'ausilio di un laser.

Nel caso del SLS, si tratta di una tecnologia in grado di fabbricare pezzi completamente solidi mediante la sinterizzazione o fusione di particelle di polvere plastica o metallica. Questa tecnologia dosa una polvere molto fine di materiale su un letto piano, su cui il materiale necessario viene fuso e poi coperto da uno strato successivo di polvere. La variazione nella tecnologia dipende dall'origine dell'energia che fonde e dal materiale utilizzato. Nel caso del SLS, si utilizzano principalmente plastici, in particolare il Nylon 12, che si fonde con un laser.

Immagine 2: Studenti con stampanti Formlabs. Fonte: Formlabs.

Questi tipi di tecnologie sono ideali per creare piccoli dettagli o finiture complesse su pezzi che richiedono maggiore resistenza, ottenendo una maggiore precisione e risparmiando tempo nella stampa. Tuttavia, sono più costose rispetto alle stampanti a filamento, poiché sia la resina che la macchina stessa hanno un prezzo più elevato.

E i bambini? Ci sono anche stampanti adatte a un pubblico più giovane, che dispongono di tutte le misure di sicurezza necessarie e sono appositamente progettate per soddisfare le esigenze delle aule: isolamenti, materiali e funzionamento specificamente concepiti per i più piccoli. Inoltre, il produttore di stampanti 3D da tavolo XYZprinting ha sviluppato appositamente per i bambini la stampante Toybox. Tuttavia, non sempre si tratta di stampanti 3D; ad esempio, 3Doodler offre una serie di pacchetti di apprendimento per la sua penna 3D.

Immagine 3: 3Doodler. Fonte: Wobbleworks.

La penna 3Doodler è un modo semplice per integrare la stampa 3D nelle scuole, facilitando la creazione di opere d'arte 3D, fornendo agli studenti una comprensione di base della tridimensionalità.

Implementazione nelle aule

L'importanza dell'integrazione della stampa 3D nei corsi professionali e nelle scuole è un fatto. Poiché la formazione è essenziale per l'applicazione e l'implementazione della tecnologia 3D, in particolare per l'industria, è diventata una necessità professionale.

L'applicazione pratica di questa tecnologia può essere incorporata in una vasta gamma di materie scolastiche per semplificare i concetti spesso difficili per gli studenti. Ma non è facile né comune trovare una stampante 3D nelle scuole spagnole, e anche se esistono iniziative sperimentali che lo hanno fatto con successo, il loro utilizzo è quasi sempre rivolto a progetti specifici o giornate complete di progetti. In altri paesi, come gli Stati Uniti o il Regno Unito, vengono introdotte nelle aule consapevoli del loro potenziale come risorsa educativa, della loro versatilità e della possibilità di promuovere la partecipazione attiva degli studenti.

Alcuni dei motivi per cui dovrebbe essere accelerata una maggiore e più evidente integrazione di questa tecnologia sono che:

1. Motiva gli studenti e stimola il loro apprendimento.

2. Accelerare i processi di apprendimento.

3. Migliorare la ritenzione delle informazioni.

4. Sviluppare la capacità critica e riflessiva.

5. Stimolare l'apprendimento collettivo e personalizzato.

Nel processo di rendere tangibili determinati progetti, i bambini e gli adolescenti possono comprendere concetti complessi sottostanti. Assimilando questi concetti attraverso la pratica, gli studenti rimangono motivati durante il processo di apprendimento. Senza dubbio, l'uso di apparecchiature 3D nell'ambiente educativo consente agli studenti di svolgere diversi progetti e attività che potenziano le loro competenze STEAM, migliorano le loro capacità di lavoro di squadra, aumentano la loro autostima e stimolano la loro creatività.