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DISEÑO, PROGRAMACIÓN E IMPRESIÓN 3D. Pedro Landín.

Adornando un árbol mediante programación-impresión 3D


En los últimos años y con el propósito de acercarse cada vez más al mundo real, las aulas se han transformado en un espacio en el que indagar y poner en práctica los conocimientos adquiridos. Sin duda alguna, la incorporación de las tecnologías digitales al aula es una parte fundamental de dicho proceso de transformación y de acercamiento al mundo real.

Entre las tecnologías educativas emergentes, la impresión 3D, y más concretamente el diseño de los objetos imprimibles, se está erigiendo en una herramienta de gran utilidad a la hora de llevar las necesidades y conocimientos del mundo real al aula; permitiendo que los alumnos se transformen en elementos activos de su educación. Resumidamente, dicha tecnología, nacida en 1984, consiste en la fabricación de objetos físicos tridimensionales añadiendo el material que lo forma (normalmente plástico) capa a capa siguiendo un modelo digital previamente diseñado. Dicho de otra forma, con la impresión 3D, se construyen objetos de abajo hacia arriba, acumulando material “rebanada” a “rebanada”. Se trata de una tecnología que ya es una realidad a nivel empresarial, y en un futuro requerirá un número cada vez mayor de personal cualificado.
 

¿Qué se necesita para la impresión 3D?


Para realizar una impresión 3D, además de la imaginación, la creatividad, y la impresora propiamente dicha, se necesitará:

  • Laminador 3D (o slicer); en otras palabras, un software que permita dividir el modelo en capas finas y ajustar los parámetros de la impresora. Además, dichos programas permiten girar, voltear y escalar el objeto a imprimir. Algunas opciones gratuitas y de fácil manejo, son: Cura, Prusaslicer o Slic3D.
  • Material: Normalmente, a nivel usuario o escolar se emplean materiales termoplásticos en forma de filamentos o resinas. Aunque existen muchos materiales diferentes, el ácido poliláctico (PLA) suele ser el material de elección a la hora de iniciarse en el mundo de la impresión 3D, ya que es muy fácil imprimir con él.
  • Modelo 3D: para obtener el diseño virtual a imprimir, las vías principales son tres:
    • Mediante escáneres 3D, que realizan copias 3D digitales de un objeto real.
    • Descargar el modelo de repositorios tales como Thingverse , Sketchfab o 3D Warehouse, por citar algunos.
    • Modelar la pieza usando un software específico. De esta forma se proporciona al alumnado la oportunidad, de idear, diseñar, experimentar y construir desde cero un objeto o producto.

También se pueden introducir modificaciones en modelos obtenidos por las dos vías anteriores. Sin duda alguna, es la fase del proceso más enriquecedora a nivel pedagógico, pudiéndose implementar desde los niveles inferiores del sistema educativo. Así, los más pequeños podrían realizar sus diseños con programas tales como Makersempire, 3DSlash o Tinkercad, reservando programas algo más complejos (Blender, SketchUp, FreeCAD, OpensCAD...) para los mayores o incluso los de uso profesional, que son de pago (AutoCAD, Solidworks...) Para aquellos que quieran iniciarse en la impresión 3D hay que recordar que es necesario invertir bastante tiempo en formarse sobre los aspectos básicos; ya no sólo del modelado, sino de la impresión en sí misma. La impresión 3D requiere una curva de aprendizaje más o menos lenta y a diferencia de las impresoras de toda la vida, requerirá la realización de operaciones de mantenimiento. Antes o después, uno se encontrará con algunos problemillas que tardará un tiempo en solucionar. Por dicho motivo, a la hora de elegir impresora es importante que dicho equipo tenga una gran comunidad de usuarios que puedan aportar soluciones.

 

Aplicaciones y ventajas de la impresión 3D en la escuela


Tanto en los centros educativos como a nivel usuario, la impresión 3D permite la creación de productos personalizados y ciertos bienes de consumo en un proceso que comienza con el diseño virtual del objeto a crear. Dicha tecnología brinda la oportunidad de aprender ya no sólo a imprimir, sino a idear, diseñar y modelar los objetos. La posibilidad de disponer de impresoras 3D por un precio más o menos razonable, la existencia de software gratuito y el prácticamente ilimitado abanico de opciones que ofrece a la hora de producir objetos, ha abierto nuevos horizontes en las prácticas educativas en un sinfin de materias y niveles educativos. Si bien cabría esperar que dicha tecnología, estrechamente ligada al movimiento maker, estuviese relacionada con las áreas STEAM (Science, Technology, Engineering, Art and Math) son muchas las experiencias llevadas al aula en otras áreas del conocimiento, en la que los alumnos crean o modifican productos adaptados a sus necesidades. Algunos ejemplos incluyen, la creación de trofeos y medallas de cualquier concurso o competición, la impresión de modelos de elementos estructurales, objetos o edificios históricos, modelos de células u órganos, mapas en 3D, elementos decorativos, pulseras, llaveros, teselaciones, espirógrafos, artilugios matemáticos con los que trabajar la numeración, las operaciones matemáticas y la trigonometría, engranajes y otros mecanismos, cajas y contenedores, construcción de puzles para practicar la formulación química, modelos moleculares, elementos estructurales y un largo etc.

 

Estudios recientes destacan las ventajas de la impresión 3D, en cuanto a la mejora de la motivación y el aumento de la autoconfianza del alumnado se refiere; especialmente en aquellos alumnos con mayores dificultades en el aprendizaje. Este hecho puede comprobarse fácilmente durante su aplicación, ya que el alumnado suele solicitar trabajos extras de profundización en el empleo de programas de diseño 3D. En muchas ocasiones, los alumnos pueden pensar que están jugando, si bien están aprendiendo sobre el diseño y la resolución de problemas. De esta forma, es muy útil a la hora de educar en el fracaso y hacer que el alumno gane en autoconfianza. No todo tiene que salir bien o funcionar al primer intento. El alumnado puede aprender rápidamente como el error es parte del proceso de aprendizaje, y que para obtener el resultado buscado o requerido en la mayoría de las ocasiones es necesario corregir o introducir modificaciones a lo largo del proceso creativo. La necesidad de llevar a cabo el mantenimiento de la impresora y los numerosos pequeños problemas con los que uno se puede encontrar al realizar la impresión propiamente dicha, proporciona una gran variedad de experiencias de aprendizaje. Otras ventajas analizadas incluyen la oportunidad de experimentar con sus ideas, ampliando y haciendo crecer su creatividad, el fomento de la toma de decisiones, y el desarrollo del pensamiento crítico, el espíritu emprendedor y el design thinking, además de las competencias digitales del alumnado; todas ellas de especial relevancia en el panorama educativo actual.

 

Ejemplo de aplicación en el aula: diseñando su decoración navideña.

 

 

El pasado mes de noviembre de 2021, los alumnos de 2º de la ESO dedicaron varias sesiones en la asignatura de Tecnología, a una actividad enmarcada en la Europe Code Week 2020. Dicha semana, tiene como principal objetivo acercar la programación y el alfabetismo digital de una forma divertida e interesante a los alumnos. En nuestro caso, el Sagrado Corazón de Placeres fue uno de los 990 centros españoles y 93 gallegos inscritos como organizador de una actividad. La actividad en cuestión, se basó en el empleo de la programación para el diseño 3D de adornos geométricos que nos permitieran decorar un árbol de Navidad.

 

 

Con dicho propósito, aprovechando que cada alumno dispone de su propio ordenador gracias al programa E-Dixgal de la Xunta, se empleó la aplicación online BlocksCAD. Esta herramienta permite iniciarse en el mundo de la programación y del diseño de una forma amigable y sencilla. A diferencia de OpensCAD, y al igual que TinkerCAD, en lugar de teclear el código de programación propiamente dicho, BlocksCAD permite realizar los diseños mediante el uso de bloques, a semejanza de Scratch; si bien, también muestra las líneas de código. Con esta actividad se pretendía iniciar al alumnado, ya no sólo al diseño 3D, sino a la programación, uniendo el potencial pedagógico de ambas tecnologías.

En la primera de las tareas a realizar, con el propósito de personalizar el objeto a imprimir y motivar al alumnado, se les pidió que diseñaran unos sencillos colgantes circulares con las iniciales o abreviaturas de sus nombres. Esta primera actividad sirvió como toma de contacto con el software de diseño, y para hacerles entender que para solucionar el reto debían combinar las instrucciones necesarias en el orden preciso. Así, debían analizar el modo en que se enlazaban unas instrucciones con otras y aprender de los errores cometidos. Puesto que se pretendía imprimir un colgante para cada alumno, los adornos debían cumplir una serie de requisitos en cuanto a formas, dimensiones (20 mm de radio y 2 mm de espesor) y tipografias empleadas (ya que, según qué fuente de texto se emplease, no todas las letras eran susceptibles de ser impresas en 3D). Esta primera actividad sirvió además para asentar ciertos conocimientos sobre operaciones y conceptos matemáticos tales como radio, coordenadas, traslaciones y giros en el plano.

Una vez iniciados, se les pidió que crearan 2 o 3 adornos basados en la repetición, giro y traslación de círculos y polígonos sencillos. En este caso los adornos debían ser de forma circular, de 2 mm de espesor y 40 mm de radio. En esta segunda actividad después de una explicación básica del proceso a seguir, incluyendo el empleo de variables matemáticas, se les proporcionó total libertad a la hora de incluir formas geométricas, traslaciones y giros en un único plano. Así, se les brindó la oportunidad de experimentar, equivocarse e interactuar (operación dificultada por la necesidad de mantener la distancia) de forma que pusieran en juego sus destrezas y habilidades para resolver los retos propuestos. Pudieron comprobar cómo en apenas unos minutos podían generar adornos de cierta complejidad, incluso diseños no buscados. Terminadas las actividades, llamemos “obligatorias”, se les dejó un tiempo para que intentaran realizar nuevos diseños e ideas, con giros alrededor de los tres ejes, apilando entes geométricos y un sinfin de operaciones más.

Con el propósito de afianzar sus habilidades para generar, gestionar y compartir archivos, los diseños creados por cada alumno debían guardarse y compartirse a través de Google Classroom en forma de ficheros XML y STL; éste último para su posterior procesado mediante el laminador Cura, del cual hemos hablado en la introducción. Las semanas posteriores, la impresora donada por el ANPA no paró de quemar PLA. Los alumnos no pudieron ver el proceso de impresión en vivo (debido a la reorganización del centro y a la limitada movilidad de los alumnos en tiempos de COVID). Para que los alumnos pudiesen ver el proceso de preparación, mediante el Slicer empleado (Cura), e impresión de sus diseños se realizó un pequeño vídeo.

 

Los adornos impresos, sirvieron para decorar un pequeño árbol de Navidad. Por último, a los alumnos que participaron satisfactoriamente en dicha actividad, además de llevarse un colgante diseñado por ellos, se les entregó vía email un diploma acreditativo de haber aprovechado y participado en la Europe Code Week 2020. Más fácil de implementar de lo que uno pueda imaginar inicialmente, la impresión 3D, y en especial la etapa de diseño, puede ser una herramienta entretenida, fácil para acercar al alumnado al mundo real y una forma lúdica de poner en práctica contenidos del currículo facilitando, así, los procesos de aprendizaje.
 

REFERENCIAS

  •  M. Bower, M. Stevenson; G. Falloon; A. Forbes; M. Hatzigianni New Study Shows Makerspaces Develop Children’s Creativity, Critical Thinking, Design Thinking & Digital Skills. 2018. https:// primarymakers.files.wordpress.co m/2019/06/makerspaces-inprimary-school-settings-executivesummary-2018v2.pdf
  • S. Ford; T.Minshall. Invited review article: Where and how 3D printing is used in teaching and education Additive Manufacturing Volume 25, January 2019, 131-150. https:// www.sciencedirect.com/science/ article/abs/pii/ S2214860417304815
  • M. Eisenberg. 3D printing for children: What to build next? International Journal of ChildComputer Interaction Vol.1, Issue 1, January 2013, 7-13. https:// www.sciencedirect.com/science/ article/abs/pii/ S2212868912000050?via%3Dihub
  • Impresión 3D y cultura maker: Propuestas de uso educativo de la impresión 3D. http:// www3.gobiernodecanarias.org/ medusa/ecoescuela/3d/ impresion-3d/como-funciona/ propuestas-de-uso-educativo-dela-impresion-3d/ Makerbot-Thingiverse for education https://www.thingiverse.com/ education

ENLACES DE INTERÉS

 

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Veröffentlicht am 31.5.2021 von Josep Ramon Planas Garcia

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Pautas para comenzar a utilizar Realidad Aumentada en el aula (Edudemic)

Augmented Reality (AR) allows teachers and students to extend the physical world with a virtual overlay. Whether you have iPad, Android, or a smartphone, scanning a trigger in the physical world with an AR app allows a new layer of information to appear. This information could be a link to a web site, a video, an audio recording, or even a 3D model.
Imagen: Diane Horvath (@techmonstah)

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Veröffentlicht am 28.2.2014 von Espiral: Educación y Tecnología

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