Explorando Tecnologias de Impressão 3D na Educação: Fundamentos e Principais Vantagens

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

Hoje em dia, existem vários dispositivos que podem ser muito úteis na sala de aula e ano após ano mais e mais escolas os estão usando para realizar projetos educacionais. Habilidades STEAM, que são cada vez mais valorizadas nos jovens quando se trata, por exemplo, de encontrar um emprego, são as habilidades registradas nos campos de ciência, tecnologia, engenharia, arte e matemática. E a impressão 3D é uma delas.

Importância na educação

A impressão de modelos 3D desenvolve habilidades que envolvem os alunos no processo, faz com que se adaptem à mudança e resolvam erros. Dessa forma, a aprendizagem não é baseada apenas na observação, mas na aprendizagem imprimindo arquivos que você mesmo cria. Ao integrar a impressão 3D na sala de aula, os alunos desenvolvem criatividade e habilidades organizacionais abrindo suas mentes para uma miríade de possibilidades, incluindo a criação de objetos 3D únicos ou por peças, bem como a melhoria de todos os objetos existentes.

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

A tecnologia 3D no ensino fundamental e médio não apenas estimula o engajamento e incentiva o pensamento criativo para melhorar as oportunidades de aprendizagem em disciplinas STEM, mas, ao integrá-la em diferentes disciplinas, serve como plataforma para os professores prepararem seus alunos para o futuro, facilitando a aquisição de habilidades de resolução de problemas e experiência.

No caso de Educação e Formação Profissional (EFP), a implementação da tecnologia 3D incorpora muito mais informação do que apenas como o equipamento funciona; convida os alunos a explorar todos os aspectos do design, desde desenho no papel, design ou modelagem com software 3D, até preparar seus arquivos 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 educacional, alcançando um rápido retorno sobre o investimento. Existem muitas tecnologias de impressão 3D disponíveis hoje, 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 Fabrication), é a tecnologia mais difundida no mercado hoje. Esta tecnologia consiste em obter uma peça por meio da deposição camada por camada de um filamento que foi fundido ao introduzi-lo em um extrusor 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 ampla variedade de materiais disponíveis, seu preço econômico e a possibilidade de combiná-los permitindo, por exemplo, reduzir o pós-processamento de remoção de suportes incorporando um material de suporte solúvel na impressão. Além disso, a manutenção deste equipamento é muito simples, limitando-se a calibrar os eixos ou aquecer o extrusor caso ele tenha entupido.

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

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

Laser (SLA, SLS)

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

Na estereolitografia ou SLA, a fotopolimerização ocorre quando você expõe uma resina líquida fotossensível a uma fonte de luz. Quando a fonte de luz é controlada, você pode moldar um objeto. Esta tecnologia contém resina líquida dentro de um tanque e, movendo uma plataforma para cima e para baixo, solidifica uma camada de material por vez com a ajuda de um laser.

No caso de SLS, é uma tecnologia capaz de fabricar peças completamente sólidas por sinterização ou fusão de partículas de pó plástico ou metálico. Esta tecnologia dosa um pó muito fino de material sobre uma cama plana, ao qual o material necessário é fundido e depois coberto com uma nova camada de pó. A variação na tecnologia é dada pela fonte de energia de fusão e o material a ser usado. No caso de SLS, é feito com plásticos, principalmente Nylon 12, que é fundido com um laser.

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

Estes tipos de tecnologias são ideais para fazer pequenos detalhes ou acabamentos complexos em peças que precisam de mais robustez, alcançando maior precisão e economizando tempo de impressão. No entanto, são mais caras comparadas à impressão com filamento, pois tanto a resina quanto a própria máquina são mais caras.

E as crianças? Bem, também existem impressoras compatíveis com um público mais infantil, que têm todas as medidas de segurança e são especificamente adaptadas para atender às necessidades que existem nas salas de aula: isolamento, materiais e operação especificamente projetados para crianças. O fabricante de impressoras 3D desktop XYZprinting desenvolveu a impressora Toybox exclusivamente para crianças. No entanto, nem sempre se trata de impressoras 3D, por exemplo, a 3Doodler oferece uma gama de pacotes de aprendizagem para sua caneta 3D.

Imagem 3: 3Doodler. Fonte: Wobbleworks.

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

Implementação na sala de aula

A importância da inclusão da impressão 3D em graus profissionais e escolas é um fato. E como o treinamento é essencial para a aplicação e implementação da tecnologia 3D, especialmente para a indústria, tornou-se uma necessidade profissional.

A aplicação prática desta tecnologia pode ser incorporada em uma ampla variedade de disciplinas escolares para simplificar conceitos teóricos muitas vezes difíceis para os alunos. Mas não é fácil nem muito comum encontrar uma impressora 3D em escolas espanholas, e embora existam iniciativas experimentais que tenham feito isso com sucesso, seu uso quase sempre visa projetos específicos ou dias inteiros de projeto. Em outros países, como Estados Unidos ou Reino Unido, estão sendo incorporadas nas salas de aula, cientes de seu potencial como recurso educacional, sua versatilidade e a possibilidade de incentivar a participação ativa dos alunos.

Algumas das razões pelas quais a inclusão mais notável desta tecnologia deve ser acelerada incluem as seguintes:

1. Motiva o aluno e incentiva a aprendizagem.

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

No processo de tornar certos projetos tangíveis, crianças e adolescentes podem compreender conceitos complexos subjacentes. Ao assimilar esses conceitos através da prática, os alunos são mantidos motivados durante o processo de aprendizagem. Sem dúvida, o uso de equipamentos 3D no ambiente educacional permite que os alunos realizem diferentes projetos e atividades que fortalecem suas habilidades STEAM, melhoram suas habilidades de trabalho em equipe, aumentam sua autoestima e impulsionam sua criatividade.