A lo largo de los años, la visión de los profesionales de la educación ha evolucionado respecto al papel activo de los estudiantes en el aula. La experiencia ha demostrado que la participación activa de los estudiantes en su proceso de aprendizaje fomenta un aprendizaje significativo. Por esta razón, el área de la tecnología está adquiriendo cada vez más protagonismo en el campo educativo, presentando nuevos recursos como la impresión 3D.
Esta herramienta no solo desarrolla habilidades como la organización, la creatividad y el razonamiento lógico, sino que también potencia la interacción del alumnado con las tecnologías, permitiendo que los estudiantes se conviertan en los principales protagonistas de su proceso de aprendizaje.
¿Qué es la Impresión 3D?
En los últimos años, ha emergido una tecnología innovadora conocida como la impresión 3D. Esta tecnología, también llamada fabricación aditiva, crea objetos tridimensionales a partir de un modelo digital mediante la superposición sucesiva de capas de material, generalmente plástico.
La impresión 3D permite la creación de productos tangibles a partir de diseños digitales, lo que la convierte en una herramienta versátil y poderosa en múltiples campos, incluyendo la educación.
La impresión 3D ha transformado el panorama educativo, proporcionando a los estudiantes herramientas para desarrollar habilidades técnicas y creativas. La implementación de esta tecnología en las aulas promueve un aprendizaje más interactivo y práctico, preparando a los estudiantes para el futuro y fomentando la innovación desde temprana edad.
Hoy en día existen muchos recursos para trabajar impresión 3d en el aula, solo se requiere un tiempo para investigar en la web y escoger la aplicación ideal para iniciar algún proyecto o complementar el trabajo realizado.
Aplicación Actual de la Impresión 3D
Hoy en día, la impresión 3D se ha convertido en una herramienta versátil y en constante evolución, aplicable en numerosos campos gracias a la reducción de sus costos. A continuación, se presentan las áreas donde la impresión 3D ha tenido un impacto significativo, según Agudo (2022):
Alimentación: Empresas como Natural Machines y 3D Systems están utilizando la impresión 3D para crear alimentos frescos, dulces y salados, lo que permite un mayor control nutricional. Además, es posible imprimir comida sin gluten, repostería, chocolates, e incluso se están investigando formas de fabricar helado.
Arquitectura: En el ámbito de la arquitectura, la impresión 3D ofrece beneficios significativos, como el ahorro de tiempo en las fases de diseño y creación, la precisión en las dimensiones y la reducción de costos. Un ejemplo destacado es la construcción de una casa en Ámsterdam utilizando una impresora 3D a gran escala.
Automoción: Empresas como Bentley han adoptado la impresión 3D para fabricar piezas pequeñas y complejas. También se han impreso cajas de cambios más ligeras para coches de carreras, optimizando el rendimiento y reduciendo el peso.
Construcción: El desarrollo de nuevos materiales ha permitido que varias empresas en todo el mundo utilicen la impresión 3D para construir diversas estructuras como puentes, oficinas, casas y urbanizaciones. Esta técnica reduce tanto los costos como los residuos generados y el tiempo de fabricación.
Medicina: La impresión 3D ha revolucionado el campo de la medicina al permitir la creación de prótesis personalizadas, órganos humanos compatibles con tejidos orgánicos y piezas dentales o auditivas. En España, el proyecto Ayúdame 3D (2017) ha desarrollado prótesis de brazos para personas con discapacidad. Durante la pandemia de 2020, la comunidad Coronavirus Makers fabricó pantallas protectoras en 3D para el personal sanitario.
Otros Campos: La impresión 3D también se aplica en joyería, textil, piezas mecánicas, mobiliario, decoración, prototipado rápido y diseño industrial. En todos estos campos, se destacan la reducción de tiempo y costos, así como las opciones de ensayo y error antes de producir el producto final y la capacidad de personalización.
Educación: En América, el proyecto MakerBot Academy tiene como objetivo dotar a todas las escuelas de una impresora 3D, transformando colegios y universidades en Centros de Innovación. Este campo ha visto un impacto considerable ya que cada vez más instituciones educativas adoptan esta tecnología para desarrollar proyectos innovadores y fomentar el aprendizaje práctico.
Habilidades que Desarrolla la Impresión 3D en los Estudiantes
Según Beltran (2019) la implementación de la impresión 3d en la educación consolida el desarrollo de ciertas habilidades en los estudiantes:
1. Retención del Conocimiento
La impresión 3D facilita la retención del conocimiento al permitir a los estudiantes visualizar y manipular físicamente conceptos teóricos. Este enfoque práctico ayuda a los estudiantes a crear una visión clara entre la teoría y su aplicación en la vida real, lo que mejora la retención a largo plazo y evita que el conocimiento se limite a una memorización temporal.
2. Aprender Haciendo
El aprendizaje por proyectos o «aprender haciendo» es una estrategia de aprendizaje activo que enfrenta a los estudiantes a problemas o situaciones reales. La impresión 3D permite a los estudiantes aplicar su conocimiento de manera práctica, desarrollando un entendimiento más profundo del tema y fomentando la creatividad y la autoexploración.
3. Exploración Autónoma
La impresión 3D motiva a los estudiantes a explorar de manera autónoma. Cuando un profesor logra despertar el interés de los estudiantes en un tema, estos tienden a seguir investigando y ampliando su conocimiento por su cuenta, razonando sobre la importancia y utilidad del tema en su entorno.
Beneficios del Uso de la Impresión 3D en la Educación
El uso de la impresión 3D en la educación presenta varios beneficios significativos (Beltran, 2019):
– Interacción Temprana con Tecnología Avanzada: Los estudiantes pueden familiarizarse con una tecnología que tendrá un gran impacto en el futuro, abriendo nuevas oportunidades laborales y fomentando cambios económicos y sociales.
– Simplificación de Conceptos Complejos: La impresión 3D ayuda a simplificar y visualizar conceptos teóricos complejos, facilitando su comprensión y aumentando el interés de los estudiantes en diversas materias.
– Fomento de la Creatividad y la Innovación: Al permitir a los estudiantes materializar sus ideas, la impresión 3D fomenta la creatividad y la innovación, desarrollando habilidades prácticas que serán valiosas en el futuro.
La Impresión 3D y el Modelo STEM
El Gobierno de Canarias destaca que la tecnología de impresión 3D fortalece la educación STEM (Science, Technology, Engineering, and Maths), lo que en nuestro sistema educativo corresponde a Ciencias, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas.
Este enfoque abarca diversas disciplinas científico-tecnológicas y el conjunto de conocimientos, habilidades y prácticas que deben desarrollarse a lo largo de la escolaridad.
El modelo educativo STEM es fundamental para desarrollar las competencias necesarias para las profesiones relacionadas con estos campos. Además, subrayan que la capacitación en estas competencias no debe limitarse a quienes seguirán carreras científicas, sino que debe extenderse a todos los estudiantes para preparar una sociedad capaz de enfrentar diversos retos laborales (Agudo, 2022).
Ventajas e Inconvenientes de la Impresión 3D en la Educación
Ventajas:
Las impresoras 3D modernas son cada vez más accesibles y fáciles de usar, con interfaces intuitivas que facilitan su operación tanto para profesores como para estudiantes.
Estas impresoras pueden materializar diseños tridimensionales a partir de varios tipos de archivos digitales (como STL o OBJ), proporcionando flexibilidad para imprimir una amplia gama de objetos personalizados.
Esta capacidad permite adaptar los materiales educativos a las necesidades del currículo escolar o crear modelos específicos para estudiantes con habilidades o requisitos particulares (Vallejo, 2023).
El Gobierno de Canarias (Agudo, 2022) ha destacado varias ventajas de implementar la impresión 3D en las aulas de primaria y secundaria:
Fomento de la Creatividad y Resolución de Problemas:
Los estudiantes pueden convertir sus ideas en objetos tangibles, lo que fomenta habilidades esenciales para el futuro laboral.
Los recursos como maquetas impresas proporcionan un medio visualmente atractivo para comprender conceptos arquitectónicos complejos, como estructuras espaciales y formas tridimensionales. Esto permite a los estudiantes convertir sus ideas en prototipos físicos, fomentando la creatividad y el pensamiento innovador.
Mayor Participación e Interés:
Las experiencias de aprendizaje se vuelven más interactivas y lúdicas, motivando a los estudiantes nativos digitales.
Por ejemplo, el uso de la impresión 3D en la educación preescolar y primaria fomenta el pensamiento crítico y el aprendizaje basado en proyectos, ya que permite a los niños diseñar y fabricar objetos personalizados, proporcionando una experiencia práctica y significativa (Vallejo, 2023).
Aprendizaje Práctico:
La simplificación del hardware y software ha hecho que la impresión 3D sea accesible incluso para no expertos, expandiendo su uso en todos los niveles educativos. La capacidad de diseñar y tocar sus propias creaciones aumenta la motivación y mejora la adquisición de conocimientos.
Además, fomenta el Aprendizaje Interdisciplinario, el trabajo en equipo y la empatía, facilitando la colaboración entre diferentes asignaturas.
Facilitación del Trabajo Docente:
Los conceptos difíciles de entender se pueden materializar en objetos reales, facilitando la enseñanza.
Además, mejora la atención del alumnado al ofrecer resultados rápidos y tangibles, manteniendo a los estudiantes atentos y comprometidos.
Adecuación a Metodologías Variadas:
Los proyectos basados en impresión 3D tienen como objetivo aplicar el conocimiento científico y matemático en contextos tecnológicos y prácticos. Por tal motivo se puede adaptar a múltiples enfoques metodológicos, permitiendo proyectos interdisciplinarios.
La impresión 3D puede introducirse desde la educación primaria hasta estudios universitarios y de posgrado, especialmente en áreas STEM, integrando diferentes disciplinas científicas en un enfoque interdisciplinario.
Además de sus aplicaciones para los estudiantes, la impresión 3D también es útil para crear recursos educativos, como dispositivos para personas con discapacidad visual, por ejemplo, aplicaciones como:
JUDITH: Un juego didáctico para enseñar conceptos matemáticos a estudiantes invidentes.
URBIS: Un dispositivo táctil que representa espacios urbanos, ayudando a la comprensión espacial de estudiantes con discapacidad visual.
Tactile Picture Books: Libros con dibujos en relieve diseñados para niños con discapacidad visual, creados por estudiantes.
Desventajas:
Hoy en día, muchos educadores carecen de formación en programas de diseño 3D y modelado, lo que los obliga a buscar formación adicional en plataformas como YouTube o cursos en línea. La falta de experiencia técnica a menudo lleva a los educadores a depender de bocetos y cálculos manuales.
No todos los educadores y estudiantes tienen los recursos o habilidades técnicas para crear estos archivos.
La disponibilidad de tiempo, variedad de materiales, acceso a instalaciones y recursos económicos son cruciales para la implementación de la impresión 3D en las aulas.
Aunque las impresoras 3D comerciales son cada vez más asequibles, su integración con diversos softwares sigue siendo un reto. Una crítica común es que la impresión 3D puede distraer a los educadores de su labor pedagógica, enfocándose más en los detalles técnicos.
Para asegurar el correcto funcionamiento de las impresoras 3D, es necesario realizar un mantenimiento regular que incluya limpieza, calibración y revisión de las partes móviles. Es crucial que los profesores o técnicos estén capacitados en el manejo de estas máquinas y en la solución de problemas comunes para garantizar su uso eficaz en el entorno educativo.
A pesar de sus numerosos beneficios, la impresión 3D enfrenta desafíos, como el tiempo de impresión, la necesidad de mantenimiento especializado y el desconocimiento sobre su uso. También existe un costo inicial de implementación y la falta de formación adecuada para los profesores.
Historia de la Impresión 3D
Según Vega (2023) Las impresoras 3D surgieron como una evolución de las fresadoras CNC, las cuales creaban objetos mediante la sustracción de material, con un movimiento del cabezal similar al de las impresoras 3D actuales.
En 1981, el Dr. Hideo Kodama diseñó una de las primeras máquinas de prototipado rápido, capaz de producir piezas capa por capa utilizando resina que se polimerizaba con luz ultravioleta. Esta innovación marcó el inicio de la impresión 3D.
En 1984, los investigadores franceses Alain Le Méhauté, Olivier de Witte y Jean-Claude André comenzaron a comercializar la «fabricación aditiva» a través de la empresa Cilas Alcatel, de la cual eran socios.
En 1986, Charles W. Hull, conocido como Chuck Hull, registró la primera patente del proceso de estereolitografía (SLA), denominándose así «el inventor de la impresión 3D». Hull también desarrolló el formato de archivo .stl, ampliamente utilizado en impresión 3D.
Paralelamente, Carl Deckard, mientras estudiaba en la Universidad de Texas en Austin, desarrolló la tecnología de Sinterización Selectiva por Láser (SLS) y obtuvo la licencia en 1988. Este método utiliza un láser para sintetizar material en polvo y formar estructuras sólidas.
En 1989, Scott Crump patentó el Modelado por Deposición Fundida (FDM), también conocido como Fabricación de Filamentos Fundidos (FFF). Junto a su esposa Lisa Crump, cofundó Stratasys Ltd., una empresa líder en la industria de la impresión 3D. Ese mismo año, 3D Systems Corporation, la empresa de Hull, lanzó al mercado la impresora 3D SLA-1.
Durante los años 90, la impresión 3D experimentó un crecimiento significativo, con la creación de nuevas empresas y tecnologías de fabricación aditiva. Sin embargo, los avances se ralentizaron y no fue hasta 2006 que la primera impresora SLS se comercializó ampliamente.
Repaso de la evolución de la impresión 3D desde sus orígenes hasta la actualidad.
Tipos de impresión 3D
En este cuadro figuran los tipos de impresión 3D más conocidos.
| Tipo de Impresión | Características |
| Modelado por Deposición Fundida (FDM) | Usos: La resina termoplástica se expulsa a través de una fina boquilla de unos 0,5 mm para producir una impresión. Principios: La resina termoplástica se expulsa a través de una fina boquilla de unos 0,5 mm para producir una impresión. Ventajas: La unidad principal es barata, la impresión es posible a bajo coste gracias a los materiales baratos, son las impresoras 3D de uso general. Desventajas: Se necesita material de soporte, deterioro del aspecto del objeto moldeado debido a las marcas de apilamiento generadas durante la impresión. Materiales Imprimibles: Resina PLA, resina ABS, etc. |
| Método de Estereolitografía (SLA) | Usos: Creación de maquetas, decorados, etc. Principios: La resina líquida fotopolimerizable se endurece y se imprime exponiéndola a la luz. Ventajas: Fácil procesamiento tras el modelado, se puede crear material impreso transparente. Desventajas: El material impreso es sensible a la luz solar. El procesamiento posterior de los materiales impresos requiere mucho tiempo. Materiales Imprimibles: Resinas epoxi, resinas acrílicas, etc. |
| Método de Fabricación Aditiva por Sinterización de Polvos (SLS: Selective Laser Sintering) | Usos: Piezas para equipos industriales e implantes médicos. Principios: La impresión se consigue repitiendo el calentamiento selectivo y la sinterización de materiales en polvo capa a capa. Ventajas: Se pueden imprimir estructuras grandes y resistentes sin necesidad de material de soporte. Desventajas: El equipo, incluida la propia impresora, es caro, el material impreso tiene una superficie rugosa. Materiales Imprimibles: Nylon, materiales metálicos como el titanio, etc. |
| Método de Inyección de Tinta | Usos: Fabricación de componentes médicos y productos de lotes pequeños. Principios: La impresión se realiza colocando materiales curables por UV sobre una superficie bidimensional y exponiéndolos después a la luz UV para curarlos, como si se imprimieran con una impresora normal. Ventajas: Fácil instalación e impresión de alta resolución. Desventajas: El material impreso es quebradizo y vulnerable a la luz solar. Materiales Imprimibles: Resinas epoxi, resinas acrílicas, resinas ABS, etc. |
| Método de Laminación en Polvo por Inyección de Tinta | Usos: Fabricación de componentes médicos y pequeños lotes de productos. Principios: La impresión se consigue colocando un adhesivo sobre el yeso y dejándolo curar. Se pueden crear estructuras de color utilizando un agente colorante. Ventajas: Fácil instalación e impresión de alta resolución. Desventajas: El material impreso tiene poca resistencia. Materiales Imprimibles: Yeso, resina, metal, arena, etc. |
Empresas que fabrican impresoras 3D.
Materiales utilizados en la impresión 3D
Aquí hacemos una breve descripción de algunos filamentos utilizados en la impresión 3D.
| Tipo de Filamento | Descripción |
| PLA (ácido poliláctico) | Características: Los materiales de modelado por deposición fundida son más fáciles de imprimir, rígidos, fuertes pero frágiles (caídas). Menos resistentes al calor y a los productos químicos. Biodegradables Inodoros Tipo de Impresión: FDM / Blinder Jetting /SLA /PolyJetting Aplicaciones: Modelos conceptuales Bricolaje Modelos funcionales Fabricación de piezas funcionales |
| ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) | Características: Tenaz y duradero Resistente a impactos y al calor Necesita una plataforma caliente para imprimirse Necesita ventilación Superficie sin protuberancias Reutilizable Tipo de Impresión: FDM / Blinder Jetting / SLA / PolyJetting Aplicaciones: Modelos arquitectónicos Modelos conceptuales Bricolaje Fabricación de piezas en general |
| Nylon | Características: Superficie fuerte y lisa Resistente a productos químicos Algo flexible Resistente al calor Difícil de imprimir en FDM Tipo de Impresión: FDM / SLA Aplicaciones: Modelos conceptuales Modelos funcionales Aplicaciones médicas Herramientas Artes visuales |
| PEEK | Características: Biocompatible Altamente duradero Resistente al calor y al impacto Tipo de Impresión: FDM / SLS Aplicaciones: Industria aeroespacial Industria automotriz Industria química Prótesis médicas |
| TPU (Poliuretano termoplástico) | Características: Flexible y estirable Resistente a impactos Excelente amortiguación de vibraciones Tipo de Impresión: FDM Aplicaciones: Prototipos flexibles |
| PETG (tereftalato de polietileno glicolizado) | Características: Compatible con temperaturas de impresión más bajas para una producción más rápida Resistente a la humedad y a los productos químicos Alta transparencia Puede ser apto para la alimentación Tipo de Impresión: FDM Aplicaciones: Aplicaciones impermeables Componentes de fijación mediante presilla |
Conclusiones
La impresión 3D ha emergido como una herramienta revolucionaria en el campo educativo, transformando la manera en que los estudiantes interactúan con la tecnología y adquieren conocimientos, pues, permite crear objetos tridimensionales a partir de modelos digitales, ofreciendo múltiples beneficios en diversas áreas del aprendizaje.
1. Fomento del Aprendizaje Activo y Significativo
La impresión 3D promueve un enfoque de aprendizaje activo y significativo, permitiendo a los estudiantes involucrarse directamente en su proceso educativo. Esto facilita el desarrollo de habilidades críticas como la organización, la creatividad y el razonamiento lógico, mientras los estudiantes se convierten en protagonistas activos de su educación.
2. Versatilidad y Aplicabilidad en Múltiples Campos
La tecnología de impresión 3D ha demostrado su versatilidad en diversas áreas, desde la alimentación y la arquitectura hasta la automoción, la construcción y medicina. Esta capacidad de aplicación amplia y flexible no solo enriquece el currículo escolar, sino que también prepara a los estudiantes para una variedad de carreras y futuros cambios económicos y sociales.
3. Desarrollo de Habilidades Técnicas y Creativas
La implementación de la impresión 3D en la educación fomenta el desarrollo de habilidades técnicas y creativas. Los estudiantes aprenden a retener el conocimiento al visualizar y “manipular” conceptos teóricos, aplicando el conocimiento a través de proyectos prácticos y de exploración guiada o autónoma, lo que mejora significativamente su comprensión y retención del aprendizaje.
4. Impacto Positivo en la Educación STEM
La impresión 3D fortalece la educación STEM (Ciencias, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas), integrando diversas disciplinas científicas en un enfoque interdisciplinario. Este modelo educativo es crucial para desarrollar competencias necesarias en profesiones relacionadas con estos campos y para preparar a los estudiantes para enfrentar diversos retos laborales.
5. Facilita la Enseñanza Interactiva e Inmersiva
Los modelos impresos en 3D proporcionan un medio visualmente atractivo para comprender conceptos complejos, haciendo la enseñanza más interactiva e inmersiva. Esto motiva a los estudiantes y facilita la enseñanza de conceptos difíciles, mejorando la calidad del aprendizaje.
6. Desafíos y Limitaciones
A pesar de sus numerosos beneficios, la implementación de la impresión 3D en la educación enfrenta desafíos como la falta de formación técnica adecuada, el costo inicial de implementación, y la necesidad de recursos y tiempo para el mantenimiento y operación de las impresoras. Superar estos obstáculos es crucial para maximizar el potencial de esta tecnología en el entorno educativo.
Reflexión Final
La impresión 3D ha demostrado ser una herramienta poderosa e innovadora en la educación, ofreciendo oportunidades únicas para el aprendizaje práctico y el desarrollo de habilidades críticas. Sin embargo, su integración exitosa requiere una inversión en formación, recursos y tiempo para superar los desafíos asociados. Con el apoyo adecuado, la impresión 3D tiene el potencial de revolucionar la educación, preparando a los estudiantes para un futuro lleno de posibilidades.
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