Os profissionais de quase todos os setores – saúde, aeroespacial, engenharia, manufatura e entretenimento – continuam a aumentar o investimento em impressão 3D, a tecnologia se torna uma parte cada vez maior de nossas vidas diárias. Muitos programas educacionais reconheceram isso e incorporaram a impressão 3D em seus currículos, mas a ampla integração da manufatura aditiva nos programas educacionais dependerá de uma maior conscientização dos muitos benefícios da impressão 3D para a educação.
Os benefícios da impressão 3D na educação promove o melhor envolvimento e colaboração dos alunos até o desenvolvimento da força de trabalho, padrões de pensamento multidisciplinares e criatividade, além de conhecerem as tecnologias 3D existentes e como escolher entre eles.
De escolas K-12 a programas universitários de pós-graduação, a impressão 3D é uma forma de os educadores incentivarem uma participação mais ativa no processo de aprendizagem. Embora existam muitos estudos de pesquisa sobre diferentes estilos de aprendizagem e a eficácia de diversos métodos de ensino, grande parte da educação tradicional ainda depende da memorização mecânica de material de leitura. A impressão 3D oferece uma maneira de os alunos se conectarem verdadeiramente ao assunto, manipulando fisicamente os materiais didáticos já impressos ou projetando as próprias ferramentas.
Especialmente para alunos do ensino fundamental e médio, esse aspecto prático da impressão 3D na sala de aula ajuda a melhorar o envolvimento e a participação. Para colocar essa teoria em prática, a Formlabs fez parceria com a Tech Boston Academy, uma escola pública de ensino médio em Dorchester, Massachusetts, que se concentra principalmente no ensino de tecnologia. Ao longo de um programa de 13 semanas, os funcionários da Formlabs deram palestras e orientaram os alunos em um curso baseado em projeto, culminando em um ‘hackathon’ onde os alunos projetaram, modelaram e imprimiram em 3D uma ferramenta. Os alunos foram capazes de resolver problemas e usar habilidades de CAD para desenvolver uma solução e, em seguida, transformar suas ideias em realidade com as impressoras 3D Formlabs. Um aluno disse que o aspecto de que mais gostava “era a capacidade de materializar objetos físicos dentro da minha mente em algo real que eu pudesse segurar ou tocar”.
Participantes do programa FormEd da Boston Tech Academy no Formlabs Experiential Hub.
Esses tipos de interações pessoais são inestimáveis para o desenvolvimento de jovens adultos. No ambiente educacional de hoje, no entanto, a instrução face a face nem sempre é possível. A impressão 3D garante que cada aluno tenha acesso às ferramentas práticas de que precisa e dá aos professores o poder de alterar essas ferramentas ou imprimir mais, se necessário. “Nosso currículo é muito físico. Precisamos de máquinas, ferramentas de construção e cortadores a laser. Portanto, uma das baixas de passar pela pandemia foi que não podíamos fazer muita modelagem física ou objetos físicos”, diz Michael Silver, professor de arquitetura da Universidade de Kentucky . Contando com sua experiência anterior com impressoras 3D Formlabs nos laboratórios da universidade, Silver trouxe uma Form 2 com ele, os alunos enviaram seus arquivos STL e imprimiram seus modelos para serem discutidos na avaliação final da turma. “Conseguimos continuar a fazer objetos físicos durante o período de quarentena. A impressão 3D nos deu a capacidade de implementar fisicamente um protótipo durante a quarentena, com todos se encontrando apenas pelo Zoom e fazendo aprendizado remoto”, disse Silver.
A faculdade de odontologia é cara, não importa em que país você esteja. Parte desse custo se deve às ferramentas altamente especializadas que os alunos de odontologia precisam aprender. O Dr. Gülşah Uslu, instrutor da faculdade de odontologia da Universidade Canakkale Onsekiz Mart, na Turquia, começou a usar impressoras 3D como forma de reduzir custos e fornecer um conjunto de ferramentas para cada aluno, em vez de pedir que os alunos compartilhem.
Normalmente, os estudantes de odontologia passam por um programa de treinamento prático antes de tratarem seu primeiro paciente sob supervisão na clínica. Esse treinamento é realizado em modelos anatômicos artificiais ou em dentes extraídos, ambos caros e difíceis de obter. O Dr. Uslu voltou-se para a impressão 3D e produziu mais de 13.000 modelos de dentes artificiais anatomicamente precisos para que cada aluno pudesse continuar seu aprendizado prático ininterrupto, sem depender de módulos de aprendizado digital ou compartilhar com colegas de classe. A Dra. Uslu conseguiu manter seu alto padrão de ensino e os alunos puderam se concentrar em ferramentas de ensino personalizadas, aumentando a retenção e o envolvimento de seus conhecimentos.
O revendedor Formlabs, BTech Innovation, imprimiu 13.000 auxiliares de ensino anatomicamente precisos.
Desenvolvimento profissional pronto para os empregos de amanhã
O aprendizado prático é um princípio importante do programa da Morrison Tech , que faz parceria com líderes da indústria local para oferecer um currículo prático e baseado em experiência. O presidente da Morrison Tech, Chris Scott, vê a impressão 3D como uma forma de acelerar um processo de fabricação típico, beneficiando tanto os alunos que estão aprendendo a imprimir em 3D em suas aulas hoje quanto as empresas das quais um dia farão parte. “[Com a impressão 3D] podemos ver as coisas com muito mais clareza e indicar onde podem ocorrer problemas ou o que pode não funcionar ou não parecer certo para o consumidor”, disse Scott. “Um objetivo secundário é como podemos lançar produtos no mercado de forma mais rápida e agressiva, e acho que é aí que a manufatura aditiva realmente começa a brilhar. Podemos encurtar esse ciclo de design.”
Na opinião de Scott, o aprendizado prático por meio da impressão 3D permite que os alunos identifiquem problemas com as coisas em que estão trabalhando muito mais rapidamente do que trabalhando apenas em um meio digital. A Morrison Tech integrou a impressão 3D em seu currículo por anos e não só beneficiou os alunos acelerando seu aprendizado, mas também preparando-os para empregos na indústria de manufatura por meio de muitas parcerias da Morrison Tech com gigantes locais como Wahl Clippers, John Deere e Lagarta.
As impressoras Form 3L e Form 2 da Morrison Tech.
Programas como o Morrison Tech fazem parceria com líderes da indústria local para oportunidades de mentoria e estágio. Esses tipos de relações de ‘cidade e vestido’ são inestimáveis para os alunos que procuram referências seguras, experiência prática e habilidades de resolução de problemas do mundo real. A impressão 3D está se tornando uma parte cada vez mais importante dessa experiência prática, pois os fabricantes estão ampliando suas operações 3D e procurando funcionários qualificados.
A impressão 3D oferece aos alunos uma maneira acessível de contribuir significativamente para o local de trabalho durante estágios e posições iniciais. Os métodos tradicionais de fabricação de grande porte dependem de equipamentos caros e fluxos de trabalho estruturados – os alunos foram relegados a observar a estrutura ou receberam tarefas domésticas. Com a impressão 3D, os alunos podem se apropriar e alavancar suas habilidades de CAD para projetar uma ideia de produto ou uma peça de reparo, algo que a força de trabalho atual pode não ter tempo ou base de conhecimento para fazer. Os alunos ganham experiência e habilidades valiosas, enquanto o negócio ganha novas perspectivas e soluções práticas sem nenhum custo.
As impressoras da série Fuse são ideais para prototipagem funcional e produção de uso final de qualidade industrial – perfeitas para que os alunos contribuam significativamente em estágios e com empresas locais.
Não são apenas as grandes empresas que podem se beneficiar – os alunos do Innovation Hub da Penn State fazem parceria com start-ups locais e pequenos fabricantes para imprimir em 3D peças de uso final de baixo volume. Um projeto envolvia alunos imprimindo pequenos widgets para um empresário local que não podia pagar por uma ferramenta feita para um volume tão pequeno. Os alunos foram capazes de pegar um problema orçamentário do mundo real e criar uma solução por meio da impressão 3D, substituindo um processo de moldagem por injeção por uma peça impressa em 3D direta. O diretor do Innovation Hub, Ryan Mandell, nos disse: “Um empresário local queria imprimir 20 peças de plástico, então analisamos a variedade de materiais da Formlabs, encontramos uma correspondência e determinamos que era possível executar 20 widgets de plástico em uma compilação no Form 3L. Eles foram rejeitados por empresas de moldagem por injeção porque 20 peças eram muito pequenas, então era o caso de uso de impressão 3D perfeito.” assim, ajudou a comunidade local e reforçou seu currículo.
No Yavapai College, Matthew Mintzmyer, diretor de ciência aeroespacial, impressão 3D e fabricação, prepara os alunos para carreiras em todos os setores – seus recém-formados seguiram carreiras em medicina dentária, trabalhos de adereços para o programa de televisão Mandalorian e arquitetura, entre muitos outros . “Há toneladas de aplicativos. As pessoas que não estão no negócio de impressão 3D nas escolas, estão atrasadas. Ensina pensamento crítico, matemática, criatividade – tudo. Você não precisa de US$ 100.000 para começar, essas impressoras são acessíveis”, afirma Mintzmyer.
Mintzmyer aproveita suas impressoras 3D para melhorar a experiência dos alunos Yavapai, mas também aumentar as oportunidades da indústria. COBOD, uma empresa de construção de impressão 3D de concreto, envia todos os novos técnicos para Yavapai para aprender como atender, operar e manter grandes impressoras 3D de concreto industrial. Esta oportunidade de negócios para Yavapai se deve inteiramente ao investimento inicial de Mintzmyer e à adoção da tecnologia de impressão 3D. Ele usa as impressoras Formlabs SLA e SLS 3D para imprimir protótipos, gabaritos, peças de uso final e reparos para várias peças de outras impressoras 3D. Os alunos da Yavapai têm uma visão em primeira mão do que é necessário para uma carreira lucrativa em um setor em expansão e participam dos programas de treinamento ao lado dos engenheiros do COBOD.
Tipos de impressoras 3D para educação
Os educadores têm uma tarefa monumental diante deles, e determinar qual tecnologia é a melhor para seu currículo pode ser um estresse adicional. Esta seção revisará as várias impressoras 3D para escolas e ajudará a esclarecer qual impressora 3D é melhor para diferentes cursos e prioridades.
Impressoras 3D de modelagem de deposição fundida (FDM)
Talvez ainda seja o tipo de impressora 3D mais onipresente na educação, as impressoras 3D FDM constroem peças derretendo e extrudando filamentos termoplásticos, que um bico de impressora deposita camada por camada na área de construção. Suas vantagens residem em sua escalabilidade e acessibilidade, bem como na natureza direta da tecnologia, o que o torna um conceito fácil de entender para crianças em idade escolar que estão aprendendo a projetar em CAD.
Embora os fabricantes façam impressoras FDM caras que podem custar mais de US$ 50.000, a maioria das unidades usadas pelos educadores custa cerca de US$ 1.000 a US$ 4.000. As impressoras FDM podem fornecer peças rapidamente e por meio de um processo visual intuitivo, tornando-as um excelente ponto de entrada para os alunos mais jovens. No entanto, uma vez que os alunos começam a projetar peças funcionais e montagens de várias peças, o acabamento superficial e a precisão de qualidade inferior começam a representar um problema. A qualidade inferior da peça e a gama mais restrita de materiais também significam que as aplicações que as impressoras FDM podem suportar são limitadas, especialmente em um ambiente de pesquisa ou ensino superior. As impressoras 3D FDM são uma parte do quebra-cabeça da impressão 3D e um excelente ponto de partida, mas devem ser ensinadas em conjunto com outros tipos mais avançados de impressão 3D.
Impressoras 3D de estereolitografia (SLA)
Os educadores inicialmente demoraram a adotar as impressoras 3D SLA tradicionais quando os preços as colocavam fora do alcance de um orçamento escolar típico. Então, como as impressoras 3D SLA de mesa, como a Form 2 e a Form 3, tornaram a tecnologia acessível e provaram sua confiabilidade e qualidade profissional, elas se tornaram ferramentas confiáveis no kit de ferramentas de todos os educadores.
As impressoras SLA são versáteis e adequadas para muitas aplicações devido ao seu acabamento superficial superior, variedade de opções de materiais e precisão pontual. A natureza isotrópica das peças SLA também as diferencia de outras tecnologias e torna a SLA a pioneira na impressão de peças estanques.
O Form 3L pode acomodar muitos projetos de alunos no grande volume de construção de uma só vez, tornando-o uma adição útil para makerspaces durante os horários de alto tráfego no final do semestre.
Para laboratórios de pesquisa, a variedade de materiais de alto desempenho significa que uma impressora pode ser adicionada para um projeto específico e usada repetidamente à medida que novos projetos surgem, simplesmente mudando para o material mais apropriado – de fluidos de alta temperatura, a andaimes de células transparentes e biocompatíveis, a acessórios e carcaças resistentes a impactos. Em áreas abertas, como laboratórios de fabricação ou makerspaces, a variedade de materiais continua a brilhar junto com o grande volume de construção possível no Form 3L . Os projetos de vários alunos podem ser encaixados em um volume de construção do mesmo material e, em seguida, trocados por um novo material e um novo grupo de projetos de alunos. O sistema de manuseio e cartucho de resina agiliza a manutenção e as operações.
Impressoras 3D de sinterização seletiva a laser (SLS)
Tradicionalmente o mais caro dos três principais tipos de tecnologias de impressão 3D de plástico, as impressoras 3D SLS , como a Formlabs Fuse Series, criam protótipos funcionais e peças de uso final duráveis com propriedades mecânicas de alto desempenho. A tecnologia usa um laser de alta potência para sinterizar seletivamente pequenas partículas de pó na forma de uma seção transversal da lima desejada e, em seguida, repete o processo camada por camada, construindo a peça enquanto cada camada é suportada pelo leito de pó circundante.
Antes da série Fuse, as impressoras 3D SLS custavam no mínimo US$ 200.000 e muitas vezes muito mais, colocando-as fora do alcance da maioria dos orçamentos operacionais das universidades. Alguns programas de engenharia e manufatura conseguiram garantir financiamento para essas unidades, mas a grande área ocupada, o fluxo de trabalho complexo e a cara infraestrutura necessária significaram que poucos alunos tiveram a oportunidade de usá-los.
Com a introdução do Fuse 1 em 2020, os educadores de todos os níveis finalmente puderam trazer SLS de qualidade industrial internamente, dando a seus alunos a oportunidade de criar peças de uso final para aplicações do mundo real e fornecendo a eles Experiência em impressão 3D.
Fesmo distribuidor oficial Formlabs
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