Impresión 3D a mano
En esta lección, los estudiantes explorarán cómo funcionan las impresoras 3D. Luego, trabajando en parejas, usarán los mismos métodos utilizados por las impresoras 3D para crear un modelo 3D de un objeto.
Presente a los estudiantes a:
- Impresoras 3D, fabricación aditiva y cómo funciona la impresión 3D
- Archivos CAD y STL utilizados en la impresión 3D
Rangos de Edad: 8 - 14
Materiales de Construcción (para cada equipo)
Materiales Requeridos
- Tablero de espuma o cartón corrugado grueso
- Los gobernantes
- Limpiapipas o alambre que se puede doblar fácilmente
- Lápices
- pegamento
- Una variedad de objetos pequeños con formas relativamente simples para que los estudiantes elijan.
- Pelotas
- Floreros
- Bolos
- Botellas
- Tazas
Materiales para maestros
Video corto de PBS LearningMedia para una introducción visual a la impresión 3D https://ny.pbslearningmedia.org/resource/b9194612-d6e7-4307-b08c-9c2857956713/will-3d-printing-change-the-world/
Reto de Diseño
Formas parte de un equipo de ingenieros que trabajan juntos para crear un modelo "impreso en 3D" de un objeto utilizando materiales cotidianos.
El software de impresión 3D mapea la forma de un objeto y luego lo "corta" en capas. Impresoras 3D entonces imprimir objetos agregando capa sobre capa de material para crear el objeto. Este proceso se denomina "fabricación aditiva".
El grosor de sus capas será el mismo que el grosor de su material de construcción (tablero de espuma o cartón). Para medir sus capas, envolverá limpiapipas alrededor de su objeto en cada capa / marcador de altura (si su cartón pluma tiene ¼ ”de grosor, medirá su objeto con un limpiapipas a ¼” de alto, ½ ”de alto, ¾” alto, etc.). El limpiapipas le dará el tamaño y la forma delcapa. Al trazar la forma del limpiador de pipas en su material de construcción, recortará cada capa de su modelo. Añadiendo una capa encima de la otra y pegándolas con pegamento, crearás tu modelo tridimensional.
Criterios
- El objeto para modelar debe ser seleccionado por el equipo.
- Use regla y limpiapipas para medir el objeto en cada marcador de altura
Limitaciones
- Utilice solo los materiales proporcionados
- Divide la clase en equipos de 2
- Reparta la hoja de trabajo Impresión 3D a mano, así como algunas hojas de papel para dibujar diseños.
- Analice los temas de la sección Conceptos básicos. Es posible que desee mostrar este breve video de PBS LearningMedia para una introducción visual a la impresión 3D. https://ny.pbslearningmedia.org/resource/b9194612-d6e7-4307-b08c-9c2857956713/will-3d-printing-change-the-world/
- Revise el Proceso de Diseño de Ingeniería, el Desafío de Diseño, los Criterios, las Limitaciones y los Materiales.
- Indique a los estudiantes que comiencen a hacer una lluvia de ideas y esbozar sus diseños.
- Proporcione a cada equipo sus materiales.
- Explique que los estudiantes crearán un modelo tridimensional de uno de los objetos que ha puesto a disposición. Analice cómo las impresoras 3D construyen objetos utilizando capas, razón por la cual a veces se la denomina "fabricación aditiva". Los archivos de computadora que se utilizan con las impresoras 3D contienen la información necesaria para cada capa del objeto que se está imprimiendo. El software CAD describe la estructura tridimensional de un objeto. Los archivos .STL describen la estructura externa de un objeto dividiéndolo en triángulos. El software de corte luego divide la estructura tridimensional en capas horizontales para la impresora 3D. Usando métodos similares a una impresora 3D, los estudiantes trabajarán con el tablero de espuma o cartón corrugado provisto para “imprimir en 3D” un modelo del objeto que elijan. A medida que construyen su modelo a partir de capas de tablero de espuma, utilizarán una especie de fabricación aditiva. Proporcione a los estudiantes el grosor del tablero de espuma o cartón corrugado que se está utilizando. Este grosor se convertirá en la altura de cada capa de sus modelos. Al dividir el objeto en capas con este marcador de altura, los estudiantes envolverán los limpiapipas o cables alrededor de su objeto para determinar su forma en cada marcador de altura. Los estudiantes trazarán el cable sobre el cartón o la tabla de espuma y luego cortarán cada capa. Luego, los estudiantes apilarán y pegarán las capas para crear su modelo utilizando una especie de método de fabricación aditiva.
- Anuncie la cantidad de tiempo que tienen para diseñar y construir (se recomienda 1 hora).
- Utilice un temporizador o un cronómetro en línea (función de cuenta atrás) para asegurarse de mantener el tiempo. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dé a los estudiantes “avisos de tiempo” regulares para que se mantengan concentrados. Si tienen dificultades, hágales preguntas que los llevarán a una solución más rápido.
- Los estudiantes se reúnen y desarrollan un plan para su modelo 3D. Acuerdan los materiales que necesitarán, escriben / dibujan su plan y presentan su plan a la clase. Los equipos pueden intercambiar materiales ilimitados con otros equipos para desarrollar su lista de piezas ideal.
- Los equipos construyen sus diseños.
- Como clase, comparta los diseños y discuta las preguntas de reflexión de los estudiantes.
- Para obtener más contenido sobre el tema, consulte la sección "Explora Más."
Reflexión Estudiantil (cuaderno de ingeniería)
- ¿Cómo se compara el modelo que creó con el objeto en el que lo basó?
- ¿Qué cambios en el proceso o los materiales crees que llevarían a una reproducción más detallada y precisa del objeto original?
- ¿De qué manera el proceso que utilizó para crear su modelo 3D es similar al actual? proceso utilizado por una impresora 3D?
- ¿Cómo crees que el grosor de las capas que creaste aquí se compara con las capas? creado para una impresora 3D?
- ¿Con qué desafíos se encontró al crear su modelo 3D? ¿Qué otras herramientas o los materiales podrían haberle ayudado a tomar sus medidas y construir sus capas?
Modificación de Tiempo
La lección se puede realizar en tan solo 1 período de clase para estudiantes mayores. Sin embargo, para ayudar a los estudiantes a no sentirse apresurados y asegurar el éxito de los estudiantes (especialmente para los estudiantes más jóvenes), divida la lección en dos períodos para que los estudiantes tengan más tiempo para intercambiar ideas, probar ideas y finalizar su diseño. Realice las pruebas y el informe en el próximo período de clases.
¿Qué es la impresión 3D?
Las impresoras 3D son impresoras que imprimen objetos tridimensionales agregando capa tras capa del material de impresión que se utiliza. Este proceso se llama fabricación aditiva. Las impresoras 3D han creado objetos utilizando una amplia variedad de materiales de impresión, incluidos plástico, azúcar e incluso células humanas.
Las impresoras 3D tienen el potencial de revolucionar la forma en que se fabrican los objetos cotidianos. En la fabricación tradicional, producir lotes pequeños de un producto o hacer un producto personalizado es muy costoso. Las impresoras 3D pueden permitir la creación de una pequeña cantidad de productos personalizados de forma asequible. Esto significa que la creación de prototipos puede resultar mucho menos costosa y los productos se pueden fabricar bajo pedido, en lugar de tener que ser prefabricados en grandes cantidades.
Las impresoras 3D también tienen el potencial de hacer que los productos estén disponibles en áreas remotas donde de otra manera sería difícil o imposible acceder a ellos. Esto puede significar la impresión 3D de implantes médicos personalizados en una aldea remota o herramientas de impresión 3D en el espacio. En 2014, se envió una impresora 3D al espacio y se entregó a la Estación Espacial Internacional. Luego, la NASA pudo enviar por correo electrónico a los astronautas dibujos CAD (diseño asistido por computadora) para una llave de tubo, y los astronautas imprimieron con éxito la llave de tubo a bordo de la estación espacial.
Las impresoras 3D podrían usarse para crear todo tipo de objetos tridimensionales a partir de una variedad de materiales. Ya se han utilizado para imprimir productos domésticos diseñados a medida, alimentos como tortitas y esculturas de azúcar, instrumentos musicales y prótesis médicas a medida. Los investigadores también están trabajando para imprimir con células vivas, lo que podría permitirles crear tejidos y órganos vivos a través de un proceso llamado bioimpresión. Las impresoras 3D también tienen el potencial de fabricar medicamentos complejos de forma precisa y económica.
Para diseñar un objeto para ser impreso en 3D, se debe crear un modelo 3D generado por computadora. Los modelos 3D se pueden crear usando software CAD, una cámara digital emparejada con un software especial o un escáner 3D. Luego, el modelo 3D debe convertirse en un archivo .STL, que convierte la forma del objeto 3D en una serie de triángulos, o un archivo .OBJ, que también puede incluir información de color y textura. Para que el software de la impresora 3D pueda leerlo. Luego, este archivo es procesado por un "segmentador". Se trata de un software que convierte el modelo 3D en una serie de capas, dando a la impresora 3D sus instrucciones de impresión.
Las impresoras 3D son cada vez menos costosas y están más disponibles. Muchas bibliotecas públicas, espacios de creación y escuelas ahora tienen impresoras 3D disponibles para uso público.
- 3D: la cualidad de ser tridimensional.
- Fabricación aditiva: Creación de diseños más ligeros y complejos.
- Restricciones: limitaciones de material, tiempo, tamaño del equipo, etc.
- Criterios: Condiciones que debe satisfacer el diseño como su tamaño total, etc.
- Ingenieros: inventores y solucionadores de problemas del mundo. Se reconocen veinticinco especialidades principales en ingeniería (ver infografía).
- Proceso de diseño de ingeniería: los ingenieros de procesos utilizan para resolver problemas.
- Hábitos de la mente de ingeniería (EHM): Seis formas únicas en que piensan los ingenieros.
- Iteración: Probar y rediseñar es una iteración. Repetir (múltiples iteraciones).
- Capas: una hoja, cantidad o grosor de material.
- Modelo: Una representación tridimensional de una persona o cosa o de una estructura propuesta, típicamente en una escala menor que la original.
- Prototipo: Modelo funcional de la solución a probar.
Enlaces a Internet
- PBS LearningMedia: ¿Cambiará la impresión 3D el mundo?
Lectura Recomendada
- Impresoras 3D: una guía para principiantes de Oliver Bothmann (ISBN: 978-1565238718)
- Hacer: Introducción a la impresión 3D: una guía práctica del hardware, software y servicios detrás de la nueva revolución de fabricación por Liza Wallach Kloski y Nick Kloski (ISBN: 978-1680450200)
Actividad de Escritura
Escriba un ensayo o párrafo sobre las formas en que la impresión 3D puede ser útil para la sociedad y los peligros potenciales, las trampas o los problemas morales que puede plantear.
Alineación con los marcos curriculares
Nota: Los planes de lecciones de esta serie están alineados con uno o más de los siguientes conjuntos de estándares:
- Estándares de educación científica de EE. UU. (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Estándares de ciencia de la próxima generación de EE. UU. (http://www.nextgenscience.org/)
- Estándares de Alfabetización Tecnológica de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Principios y estándares para las matemáticas escolares del Consejo Nacional de Profesores de Matemáticas de EE. UU. (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Estándares Estatales Básicos Comunes de EE. UU. Para Matemáticas (http://www.corestandards.org/Math)
- Estándares de Informática de la Asociación de Maestros de Ciencias de la Computación K-12 (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 5-8 (edades 10-14)
ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Comprensión de la investigación científica
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades en los grados 5-8, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades de diseño tecnológico
- Comprensión de ciencia y tecnología.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Salud personal
- Riesgos y beneficios
- Ciencia y tecnología en la sociedad
ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Historia de la ciencia
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 9-12 (14-18 años)
ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Comprensión de la investigación científica
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades de diseño tecnológico
- Comprensión de ciencia y tecnología.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Ciencia y tecnología en desafíos locales, nacionales y globales
ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Perspectivas historicas
Estándares de Ciencias de la Próxima Generación Grados 3-5 (Edades 8-11)
Diseño de ingeniería
Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:
- 3-5-ETS1-1. Defina un problema de diseño simple que refleje una necesidad o un deseo que incluya criterios específicos para el éxito y limitaciones de materiales, tiempo o costo.
- 3-5-ETS1-2. Genere y compare múltiples soluciones posibles a un problema basándose en qué tan bien es probable que cada una cumpla con los criterios y limitaciones del problema.
- 3-5-ETS1-3.Planificar y realizar pruebas justas en las que se controlen variables y se consideren puntos de falla para identificar aspectos de un modelo o prototipo susceptibles de mejora.
Estándares de Ciencias de la Próxima Generación Grados 6-8 (Edades 11-14)
Diseño de ingeniería
Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:
- MS-ETS1-2 Evaluar las soluciones de diseño de la competencia mediante un proceso sistemático para determinar qué tan bien cumplen con los criterios y limitaciones del problema.
Estándares de Ciencias de la Próxima Generación Grados 9-12 (Edades 14-18)
Diseño de ingeniería
Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:
- HS-ETS1-2. Diseñe una solución a un problema complejo del mundo real dividiéndola en problemas más pequeños y manejables que se pueden resolver mediante la ingeniería.
Estándares de alfabetización tecnológica: todas las edades
La naturaleza de la tecnología
- Estándar 3: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de las relaciones entre las tecnologías y las conexiones entre la tecnología y otros campos de estudio.
Diseño
- Estándar 8: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los atributos del diseño.
- Estándar 9: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del diseño de ingeniería.
- Estándar 10: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del papel de la resolución de problemas, la investigación y el desarrollo, la invención y la innovación y la experimentación en la resolución de problemas.
Habilidades para un mundo tecnológico
- Estándar 11: Los estudiantes desarrollarán habilidades para aplicar el proceso de diseño.
- Estándar 13: Los estudiantes desarrollarán habilidades para evaluar el impacto de productos y sistemas.
Ingeniería Industrial
Ingeniería Informática
En parejas, trabajará con su compañero para crear un modelo "impreso en 3D" de un objeto. El software de impresión 3D mapea la forma de un objeto y luego lo "corta" en capas. Luego, las impresoras 3D imprimen objetos agregando capa tras capa de material para crear el objeto. Este proceso se denomina "fabricación aditiva". El grosor de sus capas será el mismo que el grosor de su material de construcción (tablero de espuma o cartón). Para medir sus capas, envolverá limpiapipas alrededor de su objeto en cada capa / marcador de altura (si su cartón pluma tiene 1⁄4 ”de grosor, medirá su objeto con un limpiapipas a 1⁄4” de alto, 1⁄2 3 ”de alto, 4⁄XNUMX” de alto, etc.). El limpiapipas te dará el tamaño y la forma de la capa. Trazando la forma del limpiador de pipas en su material de construcción, recortará cada capa de su modelo. Añadiendo una capa encima de la otra y pegándolas con pegamento, crearás tu modelo tridimensional.
Reflexión
1. ¿Cómo se compara el modelo que creó con el objeto en el que lo basó?
2. ¿Qué cambios en el proceso o los materiales crees que llevarían a una reproducción más detallada y precisa del objeto original?
3. ¿En qué se parece el proceso que utilizó para crear su modelo 3D al proceso real que utiliza una impresora 3D?
4. ¿Cómo crees que se compara el grosor de las capas que creaste aquí con las capas creadas para una impresora 3D?
5. ¿Con qué desafíos se encontró al crear su modelo 3D? ¿Qué otras herramientas o materiales podrían haberle ayudado a realizar sus medidas y construir sus capas?
Traducción del plan de lección
