3D-printtechnologieën in het onderwijs verkennen: Fundamenten en belangrijke voordelen

3D-printen is een van de belangrijkste trends van de laatste jaren in het technologische veld, maar in tegenstelling tot het gegeneraliseerde idee, is het niet gereduceerd tot een type machine, maar tot een verzameling technologieën die toestaan objecten te creëren zonder de noodzaak voor matten of minimums. Elke technologie heeft zijn eigen toepassingen en gebruik, evenals zijn eigen materialen.

Tegenwoordig zijn er verschillende apparaten die heel nuttig kunnen zijn in de klas en jaar na jaar gebruiken steeds meer scholen ze om educatieve projecten uit te voeren. STEAM-vaardigheden, die steeds meer gewaardeerd worden bij jongeren wanneer het aankomt, bijvoorbeeld op het vinden van een baan, zijn de vaardigheden geregistreerd in de velden van wetenschap, technologie, engineering, kunst en wiskunde. En 3D-printen is er een van.

Belang in het onderwijs

Het printen van 3D-modellen ontwikkelt vaardigheden die leerlingen betrekken in het proces, hen laten aanpassen aan verandering en fouten oplossen. Op deze manier is leren niet alleen gebaseerd op observatie, maar leren door bestanden te printen die je zelf creëert. Door 3D-printen in de klas te integreren, ontwikkelen leerlingen creativiteit en organisatorische vaardigheden door hun geest te openen voor een myriade aan mogelijkheden, waaronder de creatie van enkele of in stukken 3D-objecten, alsook de verbetering van alle bestaande objecten.

Het overgaan van blauwdrukken naar 3D-ontwerp en in staat zijn om de eigen creaties aan te raken brengt een veel meer realistische en dynamische benadering van leren. En zo zal de assimilatie van kennis van nature plaatsvinden.

3D-technologie in basis- en middelbare scholen stimuleert niet alleen betrokkenheid en moedigt creatief denken aan om leer kansen in STEM-vakken te verbeteren, maar door het te integreren in verschillende vakken, dient het als een platform voor leraren om hun leerlingen voor te bereiden op de toekomst, het vergemakkelijken van de verwerving van probleemoplossende vaardigheden en ervaring.

In het geval van Beroepsonderwijs en Training (BOL), de implementatie van 3D-technologie incorporeert veel meer informatie dan alleen hoe de apparatuur werkt; het nodigt leerlingen uit om alle aspecten van ontwerp 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 voor onderwijs in scholen bieden, zijn eindeloos, en ze kunnen aangepast worden aan de behoeften van elk onderwijsniveau, een snelle rendementsopbrengst behaalt. Er zijn veel 3D-printtechnologieën beschikbaar vandaag, maar de twee meest voorkomende en toegankelijke zijn FFF/FDM en laser.

Materiaalextrusie: FFF/FDM

FDM (Fused Deposition Modeling) technologie, ook bekend als FFF (Fused Filament Fabrication), is de meest wijdverspreide technologie op de markt vandaag. Deze technologie bestaat uit het verkrijgen van een onderdeel door middel van de laag-voor-laag depositie van een filament dat gesmolten is door het in een extruder te introduceren die het verwerkt heeft bij een temperatuur hoger dan zijn smeltpunt. Er zijn twee typen 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 wat bijvoorbeeld toestaat de post-verwerking van ondersteuningsverwijdering te verminderen door een oplosbaar ondersteuningsmateriaal in de print te incorporeren. Bovendien is het onderhoud van deze apparatuur heel simpel, beperkt tot het kalibreren van de assen of het verwarmen 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 weerstandsfähig zijn. Maar ondanks de genoemde voordelen ten opzichte van materiaalextrusietechnologie, is er één aspect waarin ze niet kunnen concurreren met lasertechnologieën, en dat is dat, hoewel ze meer post-verwerkingstijd vereisen, ze veel nauwkeuriger en sneller zijn.

Laser (SLA, SLS)

Deze type printer, in plaats van het filament te depositeren, projecteert de volledige laag op het materiaal, dat verhardt naarmate het gaat.

In stereolithografie of SLA, vindt fotopolymerisatie plaats wanneer je een fotogevoelige vloeibare hars blootstelt aan een lichtbron. Wanneer de lichtbron gecontroleerd wordt, kun je een object vormgeven. Deze technologie bevat vloeibare hars in een vat en door een platform omhoog en omlaag te bewegen, verhardt het één laag materiaal tegelijk met de hulp van een laser.

In het geval van SLS, is het een technologie in staat om volledig solide onderdelen te fabriceren door sinteren of smelten van plastic of metaal poederdeeltjes. Deze technologie doseert een heel fijn poeder materiaal op een vlak bed, waartoe het benodigde materiaal gesmolten wordt en vervolgens 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 wordt het met kunststoffen gedaan, hoofdzakelijk Nylon 12, dat gesmolten wordt met een laser.

Afbeelding 2: Leerlingen met Formlabs printers. Bron: Formlabs.

Deze typen technologieën zijn ideaal voor het maken van kleine details of ingewikkelde afwerkingen op onderdelen die meer robuustheid nodig hebben, grotere nauwkeurigheid bereikend en printtijd besparend. Echter, ze zijn duurder vergeleken met filamentprinten, aangezien zowel de hars als de machine zelf duurder zijn.

Wat is met kinderen? Nou, er zijn ook printers compatibel met een meer kindvriendelijk publiek, die alle veiligheidsmaatregelen hebben en speciaal aangepast zijn om de behoeften die in klassen bestaan te voldoen: isolatie, materialen en werking specifiek ontworpen voor kinderen. De desktop 3D-printer fabrikant XYZprinting heeft de Toybox printer exclusief voor kinderen ontwikkeld. Echter, het gaat niet altijd om 3D-printers, bijvoorbeeld biedt 3Doodler een reeks leerpakketten voor zijn 3D-pen.

Afbeelding 3: 3Doodler. Bron: Wobbleworks.

De 3Doodler-pen is een eenvoudige manier om 3D-printen in scholen te integreren door het faciliteren van de creatie van 3D-kunstwerken, wat leerlingen een basisbegrip van driedimensionaliteit geeft.

Klasimplementatie

Het belang van de inclusie van 3D-printen in beroepsdiploma's 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 geïntegreerd worden in een grote verscheidenheid aan schoolvakken om de vaak moeilijke theoretische concepten voor leerlingen te vereenvoudigen. Maar het is noch gemakkelijk noch heel gebruikelijk om een 3D-printer in Spaanse scholen te vinden, en hoewel er experimentele initiatieven zijn die dit met succes hebben gedaan, is het gebruik bijna altijd gericht op specifieke projecten of hele projectdagen. In andere landen, zoals de Verenigde Staten of het Verenigd Koninkrijk, worden ze geïntegreerd in klassen, bewust van hun potentieel als educatief hulpmiddel, hun veelzijdigheid en de mogelijkheid om de actieve participatie van leerlingen aan te moedigen.

Enkele van de redenen waarom de meer opvallende inclusie van deze technologie versneld moet worden, zijn de volgende:

1. Motiveert de leerling en moedigt leren aan.

2. Het versnelt het leerproces.
3. Verbetert informatieretentie.
4. Ontwikkelt kritische en reflectieve capaciteit.
5. Het moedigt collectief en gepersonaliseerd leren aan.

In het proces van het maken van bepaalde projecten tastbaar, kunnen kinderen en adolescenten complexe onderliggende concepten begrijpen. Door deze concepten door de praktijk te assimileren, blijven leerlingen gemotiveerd tijdens het leerproces. Zonder twijfel, het gebruik van 3D-apparatuur in de educatieve omgeving stelt leerlingen in staat om verschillende projecten en activiteiten uit te voeren die hun STEAM-vaardigheden versterken, hun teamwerkvaardigheden verbeteren, hun zelfvertrouwen verhogen en hun creativiteit stimuleren.