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Enseñando Fisica con una impresora 3D: beneficios para la educación

Contábamos hace poco en uno de nuestros posts “La importancia de la Impresión 3D en Educación“, cómo la tecnología de fabricación aditiva se está introduciendo en diferentes sectores. En concreto, en el ámbito de la educación, la impresión 3D está resultando una herramienta innovadora y muy útil para el desarrollo de habilidades personales y académicas en los alumnos. Y no sólo desde el área de Tecnología, sino prácticamente desde cualquier área. Y ¿en Física? En clase de Física, también se puede utilizar una impresora 3D.

¿Qué es la impresión 3D?

Cuando en estas líneas hablamos de impresión 3D, nos estamos refiriendo más precisamente a la tecnología que se conoce como FDM o modelado por deposición fundida. Se trata de una técnica que construye un diseño previo en 3D, mediante el calentamiento y fundido de un filamento y la superposición de capas de acuerdo con instrucciones concretas que se le dan a la impresora 3D. Son 3, por tanto, las fases:

  1. Diseño de un objeto con algún programa CAD.
  2. Transformación, con un software específico, del archivo obtenido en uno que traduzca el diseño del objeto a capas, para su impresión.
  3. Impresión 3D propiamente dicha, mediante el calentamiento y fundido del filamento.

Impresora 3D en clases de física

Y es precisamente la Física, hablando de fabricación aditiva, la que los alumnos deberán tener muy en cuenta a la hora de ir a definir cómo imprimir en 3D un objeto determinado. Tendrán que identificar factores que condicionan las posibilidades de impresión 3D y resolver las situaciones en base a sus conocimientos y su ingenio, y, siempre mucho mejor, si trabajan en equipo.

  • La gravedad: Al tratarse este tipo de fabricación de la superposición de capas de un material fundido, la gravedad puede jugar malas pasadas a la hora de imprimir geometrías complejas. Será preciso definir soportes, que en una fase final eliminaremos, que permitan crear nuestro objeto tridimensionalmente caprichoso.
  • La temperatura: al aplicar esta tecnología se debe considerar la necesidad de enfriar el filamento y abatir su temperatura a un ritmo adecuado.
  • La velocidad a la que se aporta el material que conforma las capas, para que éstas se unan adecuadamente.

Lo ponemos en práctica

Para ver lo que una impresora 3D nos puede enseñar sobre fisica, planteamos un ejercicio práctico a los alumnos. Esto es, en concreto, la impresión en 3D de una “T”. Se trata de un caso en el que el ejemplo de la gravedad se ve claramente y que puede resolverse de forma sencilla, más o menos óptima.

Al tratarse de fabricar la “T” en un espacio de trabajo tridimensional, los alumnos deberán analizar qué efecto tendrá la gravedad sobre el material fundido y resolver la situación orientando la pieza de diferentes maneras y/o incluso creando piezas de apoyo.

Se pueden plantear cuatro resoluciones diferentes al ejercicio para obtener una misma “T”. No obstante, tendrían distinas características. Esto es distintos tiempos de impresión y mayor o menor consumo de materiales.

fisica-impresoras-3d

 

 

Figura 1

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Figura 2

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Figura 3

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Figura 4

Resultados de la práctica de impresoras 3D en física

En las figuras 1 y 3, vemos las formas menos eficientes de resolver el problema. La orientación espacial en la que queremos crear la “T” hace necesaria la generación de soportes para que la geometría se conserve sin defectos. Como ves, estas dos formas de resolver el ejercicio harían precisos una mayor cantidad de filamento y más tiempo de impresión.

A continuación, la figura 2 representa una solución intermedia. A pesar de que carece de soportes, al estar orientada su eje mayor en el eje Z, tendría un tiempo de impresión mayor que la pieza resultante de la figura 4.

Es, por tanto, la impresión de acuerdo con la orientación de la figura 4 la que resultaría óptima. Al no necesitar soportes para su fabricación, y ser los consumibles y tiempos de impresión 3D menores.

Conclusiones

Análisis, resolución de problemas, discusión y defensa de propuestas, ejecución, valoración de resultados, optimización, colaboración, son sólo algunas de las habilidades que en Física o en otras asignaturas, pueden ejercitar los alumnos con una impresora 3D.

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