Tecnologias de impressão 3D na educação, fundamentos e vantagens de cada uma

A impressão 3D é uma das tendências mais importantes dos últimos anos no campo tecnológico, mas ao contrário da ideia generalizada, não se reduz a um tipo de máquina, mas sim a um conjunto de tecnologias que permitem a criação de objectos sem necessidade de moldes ou mínimos. Cada tecnologia tem os seus usos e aplicações, bem como os seus materiais.

Actualmente, existem vários dispositivos que podem ser muito úteis na sala de aula e ano após ano cada vez mais escolas os utilizam para realizar projectos educativos. As competências STEAM, que são cada vez mais valorizadas nos jovens quando se trata, por exemplo, de encontrar um emprego, são as competências registadas nos campos da ciência, tecnologia, engenharia, arte e matemática. E a impressão em 3D é uma delas.

Importância na educação

A impressão de modelos 3D desenvolve competências que envolvem os estudantes no processo, leva-os a adaptar-se à mudança e a resolver erros. Desta forma, a aprendizagem não se baseia apenas na observação, mas na aprendizagem através da impressão de ficheiros que você mesmo cria. Ao integrar a impressão em 3D na sala de aula, os estudantes desenvolvem a criatividade e as capacidades organizacionais abrindo as suas mentes a infinitas possibilidades, incluindo a criação de objectos em 3D isolados ou por medida, bem como a melhoria de todos os objectos existentes.

Passar das plantas para o design 3D e poder tocar nas próprias criações traz uma abordagem muito mais realista e dinâmica à aprendizagem. E assim, a assimilação do conhecimento ocorrerá naturalmente.

A tecnologia 3D nas escolas primárias e secundárias não só estimula o envolvimento e encoraja o pensamento criativo para melhorar as oportunidades de aprendizagem nas disciplinas STEM, mas ao integrá-la em diferentes disciplinas, serve como plataforma para os professores prepararem os seus alunos para o futuro, facilitando a aquisição de competências e experiência na resolução de problemas.

No caso do ensino e formação profissional (VET), a implementação da tecnologia 3D incorpora muito mais informação do que apenas o funcionamento do equipamento; convida os estudantes a explorar todos os aspectos do design, desde o desenho em papel, concepção ou modelação com software 3D, até à preparação dos seus ficheiros para impressão 3D.

As possibilidades oferecidas pelas impressoras 3D para a educação nas escolas são infinitas, e podem ser adaptadas às necessidades de cada nível de educação, conseguindo um rápido retorno do investimento. Existem hoje muitas tecnologias de impressão 3D disponíveis, mas as duas mais comuns e acessíveis são FFF/FDM e laser.

Extrusão de material: FFF/FDM

A tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling), também conhecida como FFF (Fused Filament Manufacturer), é a tecnologia mais difundida no mercado actualmente. Esta tecnologia consiste em obter uma peça através da deposição camada por camada de um filamento que foi fundido, introduzindo-o numa extrusora que o processou a uma temperatura superior ao seu ponto de fusão. Existem dois tipos de diâmetros de filamento (1,75 mm e 2,85 mm), e a grande vantagem desta tecnologia é a grande variedade de materiais disponíveis, o seu preço económico e a possibilidade de os combinar, permitindo, por exemplo, reduzir o pós-processamento da remoção dos suportes incorporando um material de suporte solúvel na impressão. Além disso, a manutenção deste equipamento é muito simples, limitada à calibragem dos eixos ou ao aquecimento da extrusora no caso de esta ficar entupida.

Imagem 1: Impressora Raise3D E2 3D. Fonte: Raise3D.

Esta tecnologia é ideal para peças fortes, grandes, mecânica e termicamente resistentes. Mas apesar das vantagens acima mencionadas em relação à tecnologia de extrusão de material, há um aspecto em que não podem competir com as tecnologias laser, e que é que, embora exijam mais tempo de pós-processamento, são muito mais precisos e rápidos.

Laser (SLA, SLS)

Este tipo de impressora, em vez de depositar o filamento, projecta a camada inteira sobre o material, que se solidifica à medida que vai avançando.

Na esteriolitografia ou SLA, a fotopolimerização ocorre quando se expõe uma resina líquida fotossensível a uma fonte de luz. Quando a fonte de luz é controlada, é possível dar forma a um objecto. Esta tecnologia contém resina líquida dentro de um tanque e, ao mover uma plataforma para cima e para baixo, solidifica uma camada de material de cada vez com a ajuda de um laser.

No caso do SLS, esta é uma tecnologia capaz de fabricar peças completamente sólidas por sinterização ou fusão de partículas de plástico ou pó metálico. Esta tecnologia dosifica um pó muito fino de material numa cama plana, à qual o material necessário é derretido e depois coberto com uma nova camada de pó. A variação da tecnologia é dada pela fonte da energia de fusão e pelo material a ser utilizado. No caso do SLS é feito com plástico, principalmente Nylon 12, que é derretido com um laser.

Imagem 2: Alunos com impressoras Formlabs. Fonte: Formlabs.

Estes tipos de tecnologias são ideais para fazer pequenos detalhes ou acabamentos intricados em peças que necessitam de maior robustez, conseguindo maior precisão e poupando tempo de impressão. No entanto, são mais caros em comparação com a impressão de filamentos; tanto a resina como a própria máquina são mais caras.

E as crianças? Bem, existem também impressoras compatíveis com um público mais amigo das crianças, que têm todas as medidas de segurança e são especialmente adaptadas para satisfazer as necessidades que existem nas salas de aula: isolamento, materiais e funcionamento especificamente concebidos para crianças. O fabricante da impressora de mesa 3D XYZprinting desenvolveu a impressora Toybox exclusivamente para crianças. No entanto, nem sempre se trata de impressoras 3D, por exemplo, o 3Doodler oferece uma gama de pacotes de aprendizagem para o seu lápis 3D.

Imagen 3: 3Doodler. Fuente: Wobleworks.

A caneta 3Doodler é uma forma simples de integrar a impressão 3D nas escolas, facilitando a criação de obras de arte 3D, dando aos alunos uma compreensão básica da tridimensionalidade.

Implementação em sala de aula

A importância da inclusão da impressão em 3D nos graus profissionais e nas escolas é um facto. E uma vez que a formação é essencial para a aplicação e implementação da tecnologia 3D, especialmente para a indústria, ela tornou-se uma necessidade profissional.

A aplicação prática desta tecnologia pode ser incorporada numa grande variedade de disciplinas escolares para simplificar os conceitos teóricos muitas vezes difíceis para os estudantes. Mas não é fácil nem muito comum encontrar uma impressora 3D nas escolas espanholas, e embora existam iniciativas experimentais que o tenham feito com sucesso, a sua utilização é quase sempre orientada para projectos específicos ou dias inteiros de projecto. Noutros países, tais como os Estados Unidos ou o Reino Unido, estão a ser incorporados nas salas de aula, conscientes do seu potencial como recurso educativo, da sua versatilidade e da possibilidade de encorajar a participação activa dos estudantes.

Algumas das razões pelas quais a inclusão mais notória desta tecnologia deveria ser acelerada incluem o seguinte:

1. Motiva o estudante e encoraja a aprendizagem.

2. Acelera o processo de aprendizagem.
3. Melhora a retenção de informação.
4. Desenvolve a capacidade crítica e reflexiva.
5. Encoraja a aprendizagem colectiva e personalizada.

No processo de tornar certos projectos tangíveis, as crianças e adolescentes podem apreender conceitos complexos subjacentes. Ao assimilar estes conceitos através da prática, os estudantes são mantidos motivados durante o processo de aprendizagem. Sem dúvida, a utilização de equipamento 3D no ambiente educativo permite aos estudantes realizar diferentes projectos e actividades que reforçam as suas competências STEAM, melhoram as suas capacidades de trabalho em equipa, aumentam a sua auto-estima e estimulam a sua criatividade.