IMPRESIÓN 3D EN EDUCACIÓN

¿Por qué va a revolucionar la impresión 3D el sector de la educación?

Impresión 3D en Educación

La impresión 3D está suponiendo una auténtica revolución y su presencia aumenta cada día en más sectores de la industria y el conocimiento. Por ello, equipar a los alumnos con este tipo de tecnologías, cuyo uso está cada vez más implantado, es muy importante para prepararlos de cara al futuro. La impresión 3D, por su versatilidad, permite su integración en diferentes asignaturas.

En los programas educativos de muchos centros se integra ya el diseño en programas 3D, que permite a los alumnos dibujar, diseñar e imprimir sus propios objetos en 3D. Los programas de diseño se adaptan a las necesidades de los usuarios y a sus habilidades para que expriman al máximo su imaginación sin una dificultad excesiva. Los alumnos aprenden rápidamente el proceso de creación de la pieza y toman conciencia de esta tecnología. Esto les permite aumentar su creatividad y ampliar las posibilidades de uso de la impresión 3D. Pasar de un concepto o idea a un producto 3D es un planteamiento muy poderoso en la educación.

Además, cada vez existe un mayor número de plataformas donde otros usuarios facilitan los diseños que han creado, como Thingiverse, Youmagine, yobi3d.com o Google Warehouse, que proporcionan diseños segmentados por sectores y usos. El proceso de impresión es tan sencillo como descargar la pieza de la plataforma online, introducirla en el software de la impresora y comenzar la impresión. Pasados unos minutos tendremos nuestra pieza creada.

La impresión 3D y el ecosistema que se crea alrededor facilitan el aprendizaje de conceptos complejos para el alumno dotándoles de nuevas herramientas. Los alumnos pueden tocar con sus manos los conceptos explicados en clase como, por ejemplo, las formas y geométricas. En solo tres pasos se consigue llevar una idea a la realidad: Idea -> Diseño -> Pieza impresa.

Se facilita así la innovación low-cost, ya que el coste de un rediseño y una nueva impresión es muy bajo. Lo importante pasa a ser el proceso y el trabajo colaborativo, y no tanto el resultado. Se establece el error como parte del proceso de desarrollo: aprender y fallar juntos e intentarlo de nuevo hasta llegar el producto final.

Estamos ante un cambio de paradigma. Los alumnos empiezan a ver los objetos de manera diferente. Del “¡Esto mola! Voy a comprarlo” al “¡Esto mola! Puedo personalizarlo”, pasando de ser consumidores pasivos a inventores

activos. Además, pueden compartir los archivos en la red y realizar proyectos en colaboración con varios centros educativos de diferentes ciudades.

Los niños puedes convertir diseños convencionales en objetos extraordinarios.

¿Por qué es tan importante está tecnología en la educación?

1) La impresión 3D doméstica está avanzando e implantándose muy rápido. Los educadores no pueden perder de vista esta tecnología. De igual modo, los estudiantes pueden conocer la tecnología que tendrá un papel relevante en el futuro mercado laboral.

2) Hasta ahora los estudiantes han trabajado normalmente con fabricación sustractiva, esto es: trabajan con un trozo de material del que van eliminando material. Otro método de construcción es con modelado por arcilla. Con la impresión 3D se usa la fabricación aditiva en la que el desecho de material es cero.

3) Con la impresión 3D se abre la puerta al diseño iterativo. Los estudiantes diseñan su propio producto que, una vez impreso, modifican y mejoran.

4) Su uso se puede aplicar en múltiples asignaturas.

5) Gracias a la unión de programación, electrónica e impresión 3D los alumnos pueden desarrollar multitud de proyectos, abarcando la robótica, la domótica e multitud de inventos caseros que ayuda a descubrir el funcionamiento de las cosas.

6) El diseño, la impresión 3D y la robótica educativa aumenta la PTLS (Personal Learning and Thinking skills) formando pensadores creativos y aprendices reflexivos ya que enseña a los alumnos por medio de la práctica. Es el denominado aprender haciendo (learn by doing).

¿Qué es la Impresión 3D?

La impresión 3D mediante modelado por deposición fundida (FDM) es un proceso de fabricación de piezas mediante la superposición de capas de material. La impresora 3D recibe un filamento de plástico que se introduce en la máquina y lo lleva hasta la boquilla, que está a 210ºC. Esta boquilla y la base de impresión se combinan para realizar movimientos en el largo, el ancho y el

alto. De este modo, la máquina crea una capa de la pieza, la base se desplaza y crea otra capa y así sucesivamente. La unión de estas capas configura la pieza.

¿Qué productos pueden ayudar a mi centro educativo?

Witbox

bq Witbox es una impresora 3D ideada para cualquier ambiente, ya sea una oficina o el taller de una clase de tecnología. Es una impresora totalmente ensamblada, robusta, estable y de fácil manejo. Al ser una impresora con puerta es segura para un ambiente con niños. Tiene el área de impresión del tamaño de un folio DIN A4, así como 20 cm de altura (29,7 x 21 x 20 cm). Esta impresora es, además, apilable por lo que permite ahorrar espacio.

Es la impresora perfecta para un centro educativo que no dispone de tiempo para realizar el montaje o que prefiere una impresora cerrada y plug & print, más segura para el alumnado.

Prusa i3 Hephestos

La Prusa i3 Hephestos es una impresora 3D que se vende en formato kit para realizar su ensamblado. Es una impresora abierta y con el mismo extrusor que bq Witbox, por lo que se pueden conseguir calidades equivalentes a las de la Witbox. El kit se entrega con toda la información para su montaje paso a paso, además existen recursos multimedia online para facilitar la tarea . El tamaño de impresión es de 21,5 x 21 x 18 cm. Es la impresora perfecta para realizar un curso-taller de montaje con los alumnos y aprender e identificar los mecanismos impartidos en asignaturas técnicas.

Kit de robótica

Mi Primer Kit de Robótica nació con la misión de acercar la electrónica a los más jóvenes y que estos se familiaricen con ella desde edades muy tempranas. El kit está compuesto por un conjunto de componentes electrónicos y herramientas que, unidos, montados y programados correctamente, permiten a los alumnos realizar sus propios juegos, robots, PrintBots, proyectos domóticos... ¡o lo que imaginen!

bitbloq

bitbloq es una herramienta online que permite la programación de placas electrónicas. Es una aplicación ideal para ayudar al alumnado en el aprendizaje de los conocimientos básicos de control y manejo de electrónica. bitbloq nace con el objetivo de facilitar la programación de electrónica real desde edades muy tempranas. Gracias a su interfaz por bloques, bitbloq permite al alumno poco experimentado introducirse en la programación de una manera muy amena y divertida. A medida que avanza en el proceso de aprendizaje, el alumno puede ir comparando la programación por bloques y la programación por código. Este hecho hace que el aprendizaje sea más práctico.

Ejemplo de actividades por asignaturas.

Impresión 3D en primaria y primer ciclo secundaria (hasta los 14 años)

La inclusión de la impresión 3D y del ecosistema asociado dentro del proyecto curricular de los colegios y centros del primer ciclo de secundaria, dota a los alumnos de las herramientas necesarias para aumentar su creatividad y dejar volar su imaginación. Es un proceso práctico en el que se involucran creando piezas, mini robots educativos o incuso objetos de uso cotidiano: desde una simple impresión de sus iniciales hasta un complejo lapicero. La impresión 3D capta la atención de los niños y provoca el deseo de crear, ya que tras la impresión reciben como recompensa su pieza totalmente terminada.

La combinación de la impresión 3D con la robótica educativa permite a los niños practicar, de una manera divertida y amena, con productos tecnológicos. No es magia: es tecnología y queremos que los niños aprendan a manejar la tecnología de verdad y que aprendan a través del descubrimiento. Pueden fabricar sus propios robots y hacerlos funcionar. Para ello, se ha desarrollado también la plataforma bitbloq.bq.com que acerca la programación a los niños.

En cuanto a los programas de diseño que se pueden usar, existen múltiples opciones: unas de pago y otras totalmente libres. Como recomendación, para esta etapa educativa, se puede usar Leopoly, TinkerCAD, FreeCad o Google SketchUp y OpenScad, para los más mayores.

Asignaturas de matemáticasEl trabajo en las asignaturas de matemáticas con las impresoras 3D desarrolla las destrezas de visualización espacial del alumnado. Los niños pueden diseñar sus propias figuras geométricas e imprimirlas, aprendiendo las formas y volúmenes. Los teoremas matemáticos se explican de una manera mucho más interactiva si se realizan con piezas impresas. En niveles más avanzados pueden desarrollar una calculadora tipo ábaco para aprender diferentes operaciones.

Icosaedro

Formas geométricas elementales

Calculadora

Asignaturas plásticasSu uso en asignaturas plásticas permite a los alumnos crear las piezas en el ordenador como si de unos alfareros se trataran, para luego pasarlas al mundo real. Gracias al diseño colaborativo pueden diseñar muñecos o piezas entre varios alumnos por separado y luego unirlas.

Ruler Puzzle del mapa de Europa

Asignaturas de cienciasEn las asignaturas de biología o de ciencias sociales los alumnos pueden imprimir y modificar diseños de animales en extinción, partes del cuerpo humano o maquetas de acontecimientos históricos.

Dinosaurio

Cerebro Antiguo Egipto: pirámides.

Asignaturas de informáticaLa informática y la programación de la robótica educativa por bloques se complementan perfectamente. Los chasis de estos robots pueden ser impresos en las impresoras 3D y rediseñados por los alumnos en cualquiera de los programas de diseño que existen actualmente. En estas asignaturas se puede usar el programa libre OpenScad para diseñar las piezas mediante código.

PrintBot Crab PrintBot Beetle

A continuación presentamos una sugerencia de curso modelo para la introducción de la impresión 3D y la robótica educativa en los centros de primaria y primer ciclo de secundaria.

¿Cómo hemos llegado hasta aquí?1) ¿Qué es la impresión 3D y cómo funciona?2) Reseña histórica sobre el movimiento open source RepRap. La revolución

de la impresión 3D doméstica. Introducción al concepto de comunidad colaborativa.

¿Qué materiales puedo usar?1) Explicación general de los diferentes materiales que pueden ser usados en

la impresión 3D y cuáles son las configuraciones para cada uno de ellos.

¿En qué puedo usar la impresión 3D?1) Presentación de diferentes aplicaciones de la impresión 3D en el sector educativo.

Diseño para impresión 3D1) ¿Cómo diseñar para imprimir en 3D? ¿Qué es un STL? ¿Qué es un g-code?

Curso con la estructura orientada a este ciclo

2) Explicación del programa de diseño. Opciones: Leopoly, TinkerCad, OpenScad, Google SketchUp…

Tecnología Witbox1) Presentación de la impresora 3D bq Witbox.2) Explicación del software de laminado. Cura.3) Explicación de los primeros pasos con bq Witbox.

Robótica educativa1) Presentación de las diferentes aplicaciones de la robótica educativa.2) Explicación de la plataforma de programación bitbloq.bq.com3) Montaje de un PrintBot.

Impresión 3D en segundo ciclo de secundaria y bachillerato (14-18 años)

En esta etapa educativa cobra especial importancia para el alumnado la parte de diseño de sus propias piezas ya que tienen unos mayores conocimientos de diseño y les resulta más fácil, si cabe, realizar el modelado de sus propios objetos. La impresora 3D se convierte en un objeto de estudio ya que analizan sus partes en diferentes asignaturas. El aprendizaje se lleva a la práctica e interaccionan con la impresora.

Las aplicaciones de la impresión 3D en esta etapa son más numerosas ya que los alumnos estudian conceptos más complejos que se pueden entender mejor mediante su diseño e impresión: desde un dintel de un edificio histórico hasta un simple esqueleto de pez.

El montaje y ensamblado de Prusa Hephestos es una actividad muy didáctica e idónea para comprender la impresión 3D desde dentro. Cada vez más centros educativos optan por, una vez adquirida una Witbox, pasar al montaje de una Prusa Hephestos.

En cuanto a la robótica educativa, los alumnos comienzan aprendiendo el código usado en los bloques de programación y, poco a poco, pasan de construir robots a realizar proyectos personales de domótica.

En cuanto a los programas de diseño que pueden ser usados existen múltiples opciones, unas de pago y otras totalmente libres. Como recomendación, para esta etapa educativa, se puede usar Google SketchUp, OpenScad, FreeCAD o Inventor, AutoCad, SolidWorks como opción de pago.

Asignaturas de informáticaDentro de las asignaturas de informática se está aplicando la impresión 3D para el diseño de piezas mediante órdenes matemáticas por línea de código. Esto es, al alumnado se le enseñan operaciones básicas matemáticas de sustracción y adición de volúmenes en 3D mediante código. Con ello, no solo potencian la computación, sino también las matemáticas y la visión espacial. Uno de los programas que se puede usar es OpenScad.

Ejemplo de actividades por asignaturas.

Asignaturas de geografía e historiaLos alumnos pueden comprender cómo se construyeron los edificios históricos, distinguir entre estilos arquitectónicos, diseñar acorde a estos estilos o, incluso, imprimir la planta de una ciudad romana. Gracias a la impresión 3D los alumnos pueden imprimir artefactos antiguos y estudiar su funcionamiento. En el caso de la geografía, los alumnos pueden modelar diferentes tipos de terreno y realizar impresiones de los mismos.

Esculturas de Athena de Velletri y Ares

Frontal templo dórico

Catedral de Reims

Monte Nanga Parbat

Asignaturas de artes plásticasEl alumnado obtiene, gracias a la impresión 3D, una forma rápida de representar sus diseños en un objeto real. De igual modo, la impresión 3D facilita la creación de herramientas o piezas adicionales que pueden ser de ayuda en la escultura, por ejemplo.

Dragón Modelado de objetos sencillos

Asignaturas de diseño, tecnología e ingenieríaGracias a la impresión 3D, los alumnos pueden diseñar e imprimir diferentes tipos de piezas y formas mecánicas. Al estar familiarizados con el ciclo de diseño (planear, diseñar, construir y evaluar), son ahora capaces de explotar la tecnología para acortar el proceso de construcción. Gracias a ello, pueden

dedicar más tiempo a la parte de diseño y evaluación para producir un producto de mayor calidad. Con la impresión 3D pueden recuperar artilugios antiguos y crearlos. En varios centros la impresión 3D se usa para imprimir robots, catapultas y coches solares o de hidrógeno

Planetario de engranajes hiperbólico Dispensador automático de M&M’s

Junta universal de unión Maquina convertidora de movimiento de Da Vinci

Asignaturas de ciencia y biologíaEn las asignaturas de ciencia, la impresión 3D se usa para desarrollar experimentos científicos o para imprimir formas complejas asociadas a conceptos científicos. En algunas ocasiones, los alumnos empiezan desde cero el diseño y, en otras, parten de diseños de repositorios como es el caso de Thingiverse. Una cadena de ADN o la pala de una turbina Pelton son algunos de los ejemplos. Pueden imprimir piezas como moléculas, ojos, células, ondas senoidales o piezas de cohetes y drones.

Human Brain

Cadena ADN

Virus Superficie de la tierra

Prótesis de mano

Asignaturas de matemáticasEl trabajo en las asignaturas de matemáticas con las impresoras 3D desarrolla las destrezas de visualización espacial del alumnado. El teorema de Pitágoras o los teoremas trigonométricos resultan más atractivos con el uso de piezas diseñadas e impresas en 3D. En cursos más avanzados se imprime el resultado

gráfico de varias ecuaciones de orden n para estudiar cómo la variación de parámetros en la ecuación afecta al resultado en 3D.

Cálculo del centro de masas

Aproximación de un sólido de revoluciónDemostración de volumen deuna semiesfera de Arquímedes

Ecuación representada en 3D z=sin(pi*x*y) Explicación del teorema de Pitágoras

A continuación, presentamos una sugerencia de curso modelo para la introducción de la impresión 3D y la robótica educativa en los centros de segundo ciclo de secundaria y bachillerato.

¿Cómo hemos llegado hasta aquí?1) ¿Qué es la impresión 3D y cómo funciona?2) Breve historia de la impresión 3D desde su concepción hace 30 años hasta ahora.3) Reseña histórica sobre el movimiento Open Source RepRap. La revolución

Curso con la estructura orientada a este ciclo

de la impresión 3D doméstica. Introducción al concepto de comunidad colaborativa.

¿Qué materiales puedo usar?1) Explicación general de los diferentes materiales que pueden ser usados en

la impresión 3D y cuáles son las configuraciones de cada uno de ellos.2) Filamentos especiales: ¿cuáles son y cómo usarlos?

¿En qué puedo usar la impresión 3D?1) Presentación de diferentes aplicaciones de la impresión 3D en el sector

educativo.

Diseño para impresión 3D1) ¿Cómo diseñar para imprimir en 3D? ¿Qué es un STL? ¿Qué es un g-code?2) Explicación del programa de diseño. Opciones: Google SketchUp,

OpenScad, FreeCAD o Inventor, AutoCad, SolidWorks como opción de pago.

3) Nivel avanzado I: tutoriales de Freecad (software libre) para diseño de piezas. Es un programa con diferentes paquetes, tanto de diseño, como de ensamblaje.

4) Diseño avanzado II: tutoriales de Openscad (software libre) para diseño paramétrico de piezas.

Tecnología Witbox y Prusa i3 Hephestos1) Presentación de la impresora 3D bq Witbox.2) Explicación de los primeros pasos con bq Witbox. Explicación del software

de laminado.3) Presentación de Prusa i3 Hephestos.4) Explicación básica curso de montaje Prusa i3 Hephestos.

Robótica educativa1) Presentación de las diferentes aplicaciones de la robótica educativa.2) Explicación de la plataforma de programación bitbloq.bq.com3) Montaje de uno de los PrintBots.

Impresión 3D en la Universidad

La universidad es el lugar por excelencia en el que puede se puede usar la impresión 3D dado el gran número de asignaturas diferentes que se imparten. Los estudiantes universitarios están más familiarizados con las herramientas de diseño en 3D básicas. Su uso en el ámbito universitario se puede incluir en múltiples asignaturas, desde la representación de un tumor en una asignatura de medicina a la representación de un motor a reacción. Las universidades están implantando cursos con los que muestran a los diferentes departamentos el uso y las aplicaciones de la impresión 3D.

Las posibles aplicaciones en el sector universitario no solo se quedan en la parte lectiva sino que se traslada a los diferentes grupos de investigación. En ellos, la impresión 3D facilita el salto de un concepto virtual a un concepto material. Cada vez son más los departamentos universitarios que disponen de un laboratorio de impresión 3D al que acuden los estudiantes y los profesores a realizar sus proyectos.

Los cursos de montaje de la impresora 3D Prusa i3 Hephestos están muy extendidos dentro del ámbito universitario ya que permiten a los alumnos ensamblar su propia máquina y aprender durante el montaje.

En lo que respecta a la robótica educativa, en materias de automatización y electrónica, el uso de estos kits de robótica es muy apropiado. El kit de robótica, al estar compuesto de electrónica real, proporciona las herramientas necesarias para controlar robots o instalaciones automatizadas sencillas. En cuanto a los programas de diseño que se pueden usar existen múltiples opciones, unas de pago y otras totalmente libres. Como recomendación, para esta etapa educativa puede usarse Google SketchUp, OpenScad, FreeCAD o Inventor, AutoCad, SolidWorks como opción de pago.

Asignaturas de ingenieríaLa implicación de la impresión 3D en las asignaturas de ingeniería es muy alta ya que permite a los alumnos imprimir el prototipo de cualquiera de sus proyectos. Además, algunos conceptos complejos como los ciclos de inyección de un motor diésel son ahora representados en un motor impreso.

Aspas de un ventilador Engranajes hiperbólicos

Bloque motor Ford

Ejemplo de actividades por asignaturas.

Pistón de motor

Turbina eólica Savonius Turbina Pelton

Modelo de secador

Asignaturas de químicaEn el estudio de la química un buen ejemplo es la impresión de estructuras de moléculas. En la química es de vital importancia la ordenación de los átomos y las moléculas dentro del espacio. Por ello, una visualización en 3D de una estructura química es fundamental.

Estructura atómica anti-bcc Molécula de metano

Erlenmeyer Flask 1000 ml

Asignaturas de medicinaUno de los grandes problemas a los que se enfrentan los estudiantes de medicina es que no disponen de un fácil acceso a las partes del cuerpo humano. Con la impresión 3D se pueden imprimir partes del cuerpo humano, ya sea en material rígido o en flexible. De igual modo, se puede recrear una operación antes de llegar a realizarla, imprimiendo la situación con la que se encontrarán. Actualmente se están realizando simulaciones de operaciones imitando el cartílago con el filamento flexible y con filamento rígido la estructura ósea.

Columna estructura vertebral

Estructura ósea pie

Asignaturas de diseño-modaPara el sector de la moda y el diseño, la impresión 3D proporciona una herramienta muy útil con la que mostrar los diseños realizados. La impresión 3D agiliza el proceso de creación y de innovación en el diseño del objeto. En el caso del diseño de joyería, botonería y accesorios, resulta fundamental tener acceso al producto antes de producir la versión definitiva en el material final.

Zapato de tacón

Pendientes Diadema tipo estatua de la libertad

Asignaturas de robótica En la robótica y la automatización la impresión 3D se usa para crear carcasas, componentes y utensilios que posteriormente son usados en el montaje de la cadena automatizada o en el propio robot.

Hombro del robot InMoov

Estructura del bíceps del robot InMoov

A continuación, presentamos una sugerencia de curso modelo para la introducción de la impresión 3D y la robótica educativa en los centros universitarios.

¿Cómo hemos llegado hasta aquí?1) ¿Qué es la impresión 3D y cómo funciona?2) Breve historia de la impresión 3D desde su concepción hace 30 años hasta

ahora.3) Reseña histórica sobre el movimiento Open Source RepRap. La revolución

de la impresión 3D doméstica. Introducción al concepto de comunidad colaborativa.

¿Qué materiales puedo usar?1) Explicación general de los diferentes materiales que se pueden usar en la

impresión 3D y cuáles son las configuraciones de cada uno de ellos.2) Filamentos especiales: ¿cuáles son y cómo usarlos?

¿En qué puedo usar la impresión 3D?1) Presentación de diferentes aplicaciones de la impresión 3D en el sector

educativo.

Diseño para impresión 3D1) ¿Cómo diseñar para imprimir en 3D? ¿Qué es un STL? ¿Qué es un g-code?2) Explicación del programa de diseño. Opciones: Google SketchUp,

OpenScad, FreeCAD o Inventor, AutoCad, SolidWorks como opción de pago.

3) Nivel avanzado I: tutoriales de Freecad (software libre) para diseño de piezas. Es un programa con diferentes paquetes, tanto de diseño, como de ensamblaje.

4) Diseño avanzado II: tutoriales de Openscad (software libre) para diseño paramétrico de piezas.

Tecnología Witbox y Prusa i3 Hephestos1) Presentación de la impresora 3D bq Witbox.2) Explicación de los primeros pasos con bq Witbox. Explicación del software

de laminado.

Curso con la estructura orientada a este ciclo

3) Presentación de Prusa i3 Hephestos.4) Explicación básica curso de montaje de Prusa i3 Hephestos.

Robótica educativa1) Presentación de las diferentes aplicaciones de la robótica educativa.2) Explicación de la plataforma de programación bitbloq.bq.com3) Montaje de uno de los PrintBots.

Para más información, contacta:witbox@bq.com

www.bq.com