3D-печать в образовании: технологии, основы и ключевые преимущества

3D-печать — одна из самых важных тенденций последних лет в технологической сфере, но вопреки распространенному мнению, она не сводится к одному типу машины, а представляет собой набор технологий, позволяющих создавать объекты без необходимости форм или минимальных партий. У каждой технологии свои использования и применения, а также свои материалы.

В настоящее время существует несколько устройств, которые могут быть очень полезны в классе, и год за годом все больше школ используют их для реализации образовательных проектов. Навыки STEAM, которые все более ценятся у молодежи когда речь идет, например, о поиске работы, — это навыки, зарегистрированные в областях науки, технологий, инженерии, искусства и математики. И 3D-печать — одна из них.

Важность в образовании

Печать 3D-моделей развивает навыки, вовлекающие студентов в процесс, заставляющие их адаптироваться к изменениям и решать ошибки. Таким образом, обучение не основано только на наблюдении, а на обучении через печать файлов, которые вы создаете сами. Интегрируя 3D-печать в класс, студенты развивают креативность и организационные навыки, открывая свой ум к множеству возможностей, включая создание отдельных или составных 3D-объектов, а также улучшение всех существующих объектов.

Переход от чертежей к 3D-дизайну и возможность потрогать свои собственные творения привносит гораздо более реалистичный и динамичный подход к обучению. И так усвоение знаний произойдет естественным образом.

3D-технологии в начальных и средних школах не только стимулируют вовлеченность и поощряют креативное мышление для улучшения возможностей обучения в STEM-предметах, но, интегрируя их в разные предметы, служат платформой для учителей для подготовки своих студентов к будущему, облегчая приобретение навыков решения проблем и опыта.

В случае профессионального образования и обучения (VET), внедрение 3D-технологий включает гораздо больше информации, чем просто то, как работает оборудование; оно приглашает студентов исследовать все аспекты дизайна, от рисования на бумаге, проектирования или моделирования в 3D-ПО, до подготовки их файлов для 3D-печати.

Возможности, которые предлагают 3D-принтеры для образования в школах, безграничны, и их можно адаптировать к потребностям каждого образовательного уровня, достигая быстрого возврата инвестиций. Сегодня существует много технологий 3D-печати, но две самые распространенные и доступные — FFF/FDM и лазерные.

Экструзия материала: FFF/FDM

Технология FDM (Fused Deposition Modeling), также известная как FFF (Fused Filament Fabrication), — самая распространенная технология на рынке сегодня. Эта технология заключается в получении детали посредством поэтапного нанесения филамента, расплавленного путем его введения в экструдер, обрабатывающий его при температуре выше его точки плавления. Существует два типа диаметров филамента (1.75 мм и 2.85 мм), и главное преимущество этой технологии — широкий ассортимент доступных материалов, ее экономичная цена и возможность комбинировать их, позволяя, например, уменьшить постобработку удаления поддержек, включив растворимый поддерживающий материал в печать. Кроме того, обслуживание этого оборудования очень простое, ограничивающееся калибровкой осей или нагревом экструдера в случае затора.

Эта технология идеальна для деталей, которые прочны, крупные, механически и термически стойкие. Но, несмотря на упомянутые преимущества технологии экструзии материала, есть один аспект, в котором они не могут конкурировать с лазерными технологиями, и это то, что, хотя они требуют больше времени на постобработку, они гораздо более точны и быстры.

Лазерные технологии (SLA, SLS)

Этот тип принтера, вместо нанесения филамента, проецирует весь слой на материал, который твердеет по мере прохождения.

В стереолитографии или SLA происходит фотополимеризация при воздействии на фоточувствительную жидкую смолу источника света. Когда источник света контролируется, можно сформировать объект. Эта технология содержит жидкую смолу внутри бака и, двигая платформу вверх и вниз, застывает один слой материала за раз с помощью лазера.

В случае SLS это технология, способная производить полностью твердые детали путем спекания или плавления частиц пластикового или металлического порошка. Эта технология дозирует очень тонкий порошок материала на ровную подложку, на которую расплавляется необходимый материал, а затем покрывается новым слоем порошка. Вариация технологии задается источником энергии плавления и используемым материалом. В случае SLS это делается с пластиками, в основном Нейлон 12, который расплавляется лазером.

Эти типы технологий идеальны для изготовления мелких деталей или сложных финишей на деталях, требующих большей надежности, достигая большей точности и экономии времени печати. Однако они дороже по сравнению с филаментной печатью, так как и смола, и сама машина дороже.

А как насчет детей? Ну, есть также принтеры, совместимые с более детской аудиторией, которые имеют все меры безопасности и специально адаптированы для удовлетворения потребностей, существующих в классах: изоляция, материалы и работа, специально разработанные для детей. Производитель настольных 3D-принтеров XYZprinting разработал принтер Toybox исключительно для детей. Однако не всегда речь идет о 3D-принтерах, например, 3Doodler предлагает ряд обучающих пакетов для своего 3D-ручки.

3D-ручка 3Doodler — простой способ интегрировать 3D-печать в школы, облегчая создание 3D-художественных работ, давая ученикам базовое понимание трехмерности.

Внедрение в класс

Важность включения 3D-печати в профессиональные степени и школы — факт. И поскольку обучение необходимо для применения и внедрения 3D-технологии, особенно для промышленности, это стало профессиональной необходимостью.

Практическое применение этой технологии можно включить в широкое множество школьных предметов для упрощения часто сложных теоретических концепций для студентов. Но это ни легко, ни очень распространено находить 3D-принтер в испанских школах, и хотя есть экспериментальные инициативы, успешно это делающие, его использование почти всегда направлено на конкретные проекты или целые проектные дни. В других странах, таких как США или Великобритания, их внедряют в классы, осознавая их потенциал как образовательный ресурс, их универсальность и возможность поощрять активное участие студентов.

Некоторые причины, почему более заметное включение этой технологии должно ускориться, включают следующее:

1. Мотивирует студента и поощряет обучение.
2. Ускоряет процесс обучения.
3. Улучшает удержание информации.
4. Развивает критическую и рефлексивную способность.
5. Поощряет коллективное и персонализированное обучение.

В процессе осязания определенных проектов дети и подростки могут ухватить сложные базовые концепции. Ассимилируя эти концепции через практику, студенты остаются мотивированными в процессе обучения. Несомненно, использование 3D-оборудования в образовательной среде позволяет студентам выполнять разные проекты и активности, которые укрепляют их навыки STEAM, улучшают способность к командной работе, повышают самооценку и стимулируют их креативность.