3D-printtechnologieën in het onderwijs, grondbeginselen en voordelen van elke technologie.

3D-printen is een van de belangrijkste trends van de afgelopen jaren op technologisch gebied, maar in tegenstelling tot het algemene idee wordt het niet gereduceerd tot een type machine, maar tot een reeks technologieën waarmee objecten kunnen worden gemaakt zonder de noodzaak van mallen of minima. Elke technologie heeft zijn eigen gebruik en toepassingen, evenals zijn eigen materialen.

Tegenwoordig zijn er verschillende apparaten die erg handig kunnen zijn in de klas en jaar na jaar gebruiken steeds meer scholen ze om educatieve projecten uit te voeren. STEAM-vaardigheden, die bij jongeren steeds meer worden gewaardeerd als het gaat om bijvoorbeeld het vinden van een baan, zijn de geregistreerde vaardigheden op het gebied van wetenschap, technologie, techniek, kunst en wiskunde. En 3D-printen is daar een van.

Belang in het onderwijs

Het printen van 3D-modellen ontwikkelt vaardigheden die studenten bij het proces betrekken, hen ertoe aanzet zich aan te passen aan veranderingen en fouten op te lossen. Op deze manier is leren niet alleen gebaseerd op observatie, maar leren door bestanden af ​​te drukken die je zelf aanmaakt. Door 3D-printen in het klaslokaal te integreren, ontwikkelen leerlingen creativiteit en organisatorische vaardigheden door hun geest open te stellen voor een groot aantal mogelijkheden, waaronder het maken van afzonderlijke of stuksgewijs 3D-objecten, evenals het verbeteren van alle bestaande objecten.

De overstap van blauwdrukken naar 3D-ontwerp en het kunnen aanraken van je eigen creaties zorgt voor een veel realistischere en dynamischere benadering van leren. En dus zal de assimilatie van kennis op natuurlijke wijze plaatsvinden.

3D-technologie op basisscholen en middelbare scholen stimuleert niet alleen de betrokkenheid en stimuleert creatief denken om de leermogelijkheden in STEM-vakken te verbeteren , maar door het te integreren in verschillende vakken, dient het als een platform voor docenten om hun leerlingen voor te bereiden op de toekomst, waardoor het verwerven van probleemoplossende vaardigheden en ervaring wordt vergemakkelijkt.

In het geval van beroepsonderwijs en -opleiding (VET) omvat de implementatie van 3D-technologie veel meer informatie dan alleen hoe de apparatuur werkt; het nodigt leerlingen uit om alle aspecten van ontwerpen te verkennen, van tekenen op papier, ontwerpen of modelleren met 3D-software tot het voorbereiden van hun bestanden voor 3D-printen.

De mogelijkheden die 3D-printers bieden voor onderwijs op scholen zijn eindeloos, en ze kunnen worden aangepast aan de behoeften van elk onderwijsniveau, waardoor een snel rendement op de investering wordt behaald. Er zijn tegenwoordig veel 3D-printtechnologieën beschikbaar, maar de twee meest voorkomende en toegankelijke zijn FFF/FDM en laser.

Materiaal extrusie:FFF/FDM

FDM (Fused Deposition Modeling)-technologie, ook wel bekend als FFF (Fused Filament Manufacturer), is de meest wijdverspreide technologie op de huidige markt. Deze technologie bestaat uit het verkrijgen van een onderdeel door middel van het laag-voor-laag afzetten van een gesmolten filament door het in een extruder te brengen die het heeft verwerkt bij een temperatuur hoger dan het smeltpunt. Er zijn twee soorten filamentdiameters (1,75 mm en 2,85 mm), en het grote voordeel van deze technologie is de grote verscheidenheid aan beschikbare materialen, de economische prijs en de mogelijkheid om ze te combineren, waardoor bijvoorbeeld de nabewerking kan worden verminderd van steunverwijdering door een oplosbaar steunmateriaal in de druk op te nemen. Bovendien is het onderhoud van deze apparatuur heel eenvoudig en beperkt het zich tot het kalibreren van de assen of het opwarmen van de extruder in het geval dat deze verstopt is geraakt.

Afbeelding 1:Raise3D E2 3D-printer. Bron:Raise 3D.

Deze technologie is ideaal voor onderdelen die sterk, groot, mechanisch en thermisch bestendig zijn. Maar ondanks de bovengenoemde voordelen met betrekking tot materiaalextrusietechnologie, er is één aspect waarin ze niet kunnen concurreren met lasertechnologieën, en dat is dat ze, hoewel ze meer nabewerkingstijd vergen, veel nauwkeuriger en sneller zijn.

Laser (SLA, SLS)

Dit type printer projecteert niet het filament, maar projecteert de hele laag op het materiaal, dat gaandeweg stolt.

Bij steriolithografie of SLA vindt fotopolymerisatie plaats wanneer u een lichtgevoelige vloeibare hars blootstelt aan een lichtbron. Wanneer de lichtbron wordt aangestuurd, kun je een object vormen. Deze technologie bevat vloeibare hars in een tank en door een platform op en neer te bewegen, stolt het één laag materiaal tegelijk met behulp van een laser.

In het geval van SLS is het een technologie die volledig solide onderdelen kan vervaardigen door plastic of metaalpoederdeeltjes te sinteren of te smelten. Deze technologie doseert een zeer fijn materiaalpoeder op een vlak bed, waarop het benodigde materiaal wordt gesmolten en vervolgens wordt bedekt met een nieuwe laag poeder. De variatie in de technologie wordt gegeven door de bron van de smeltenergie en het te gebruiken materiaal. In het geval van SLS gebeurt dit met kunststoffen, voornamelijk nylon 12, dat wordt gesmolten met een laser.

Afbeelding 2:Studenten met Formlabs-printers. Bron:Formlabs.

Dit soort technologieën zijn ideaal voor het maken van kleine details of ingewikkelde afwerkingen op onderdelen die meer robuustheid nodig hebben, waardoor een grotere precisie wordt bereikt en afdruktijd wordt bespaard. Ze zijn echter duurder in vergelijking met printen met filament, omdat zowel de hars als de machine zelf duurder zijn.

Hoe zit het met kinderen? Nou, er zijn ook printers die compatibel zijn met een kindvriendelijker publiek, die alle veiligheidsmaatregelen hebben en speciaal zijn aangepast aan de behoeften die er in klaslokalen zijn:isolatie, materialen en bediening speciaal ontworpen voor kinderen. De fabrikant van desktop 3D-printers XYZprinting heeft de Toybox-printer exclusief voor kinderen ontwikkeld. Het gaat echter niet altijd om 3D-printers, zo biedt 3Doodler diverse leerpakketten aan voor zijn 3D-potlood.

Afbeelding 3:3Doodler. Fuente:Wobleworks.

De 3Doodler-pen is een eenvoudige manier om 3D-printen in scholen te integreren door het maken van 3D-illustraties te vergemakkelijken, leerlingen basiskennis geven van driedimensionaliteit.

Implementatie in de klas

Het belang van de opname van 3D-printen in professionele opleidingen en scholen is een feit. En aangezien training essentieel is voor de toepassing en implementatie van 3D-technologie, vooral voor de industrie, is het een professionele noodzaak geworden.

De praktische toepassing van deze technologie kan worden opgenomen in een grote verscheidenheid aan schoolvakken om de vaak moeilijke theoretische concepten voor studenten te vereenvoudigen . Maar het is niet gemakkelijk en ook niet erg gebruikelijk om een ​​3D-printer te vinden op Spaanse scholen, en hoewel er experimentele initiatieven zijn die dit met succes hebben gedaan, is het gebruik ervan bijna altijd gericht op specifieke projecten of hele projectdagen. In andere landen, zoals de Verenigde Staten of het Verenigd Koninkrijk, worden ze opgenomen in klaslokalen, zich bewust van hun potentieel als leermiddel, hun veelzijdigheid en de mogelijkheid om actieve deelname van studenten aan te moedigen.

Enkele van de redenen waarom de meer opvallende opname van deze technologie moet worden versneld, zijn onder andere:

1. Motiveert de leerling en stimuleert leren.

2. Het versnelt het leerproces.
3. Verbetert het bewaren van informatie.
4. Ontwikkelt kritisch en reflectief vermogen.
5. Het stimuleert collectief en gepersonaliseerd leren.

Tijdens het tastbaar maken van bepaalde projecten kunnen kinderen en adolescenten complexe onderliggende concepten begrijpen. Door deze concepten door oefening te assimileren, blijven studenten gemotiveerd tijdens het leerproces. Het gebruik van 3D-apparatuur in de onderwijsomgeving stelt studenten ongetwijfeld in staat om verschillende projecten en activiteiten uit te voeren die hun STEAM-vaardigheden versterken, hun teamwerkvaardigheden verbeteren, hun zelfrespect vergroten en hun creativiteit stimuleren.