Por Stratasys, Ltd
Há uma recente onda de popularidade da impressão 3D nas universidades e faculdades
por todo o país. Educadores estão correndo contra o tempo para implementar a impressão
3D em suas grades curriculares e salas de aula. Contudo, implementar a tecnologia de
impressão 3D é apenas o primeiro passo. Este relatório oferece conselhos para ajudar
professores a integrar a impressão 3D em seus cursos, melhorando a aprendizagem dos
alunos.
Cinco Melhores Práticas:
C O M O A S U N I V E R S I D A D E S E S TÃ O I N C O R P O R A N D O A
I M P R E S S Ã O 3 D E M S A L A D E A U L A
No relatório NMC Horizon de 2014 para o ensino superior, a impressão 3D foi escolhida, juntamente com várias outras tendências, como determinante para o planejamento de tecnologia e tomada de decisão nos próximos cinco anos. Conforme relatado no painel de especialistas, ao lado de novas práticas, tais como salas de aula invertidas e análises de aprendizagem, espera-se que o uso da impressão 3D tenha ”várias implicações para as práticas de ensino e aprendizagem.”
Embora as primeiras formas da tecnologia de impressão 3D tenham aparecido pela primeira vez em faculdades e universidades há 30 anos (o relatório Horizon observa que a Universidade do Texas em Austin e o MIT foram pioneiras em seu uso), as escolas estão reconhecendo somente agora como podem fazer uso de prototipagem rápida para ajudar os alunos a terem experiências de aprendizagem autênticas que envolvam invenção, design e produção.
• Na University of Minnesota Medical School, por exemplo, o departamento de urologia usou a impressão 3D para criar modelos anatômicos para os alunos praticarem os procedimentos cirúrgicos e fazer ferramentas especializadas que são extremamente caras para os alunos comprarem. • A Coventry University do Reino Unido, que ganhou
prêmios nacionais por seu programa de design industrial, tornou a impressão 3D o pilar de seus cursos automotivos e de design de produtos.
•O New England Institute of Technology inseriu a impressão 3D em seus cursos de engenharia mecânica para ajudar os estudantes a aprenderem o processo de desenvolvimento de produtos, desde o design até a produção e montagem.
•O SCAD, Savannah College of Art and Design adicionou, recentemente, uma segunda oficina com impressão 3D e outros equipamentos de prototipagem rápida para dar conta da crescente necessidade desta forma de aprendizagem experiencial.
•Uma iniciativa no departamento de engenharia aeroespacial na University of Maryland está empregando suas impressoras 3D em projetos de pesquisa para o exército dos EUA. Por meio da prototipagem rápida, o departamento conseguiu reduzir o tempo e despesa para reproduzir as experiências com as rígidas especificações militares.
Em cada um desses casos, uma grande quantidade de experimentação ocorreu para ajudar a faculdade a aprender a melhor forma de aplicar a impressão 3D em sala de aula. Este relatório compartilha as cinco melhores práticas adquiridas de instrutores experientes e gestores de oficinas que tiveram anos para aperfeiçoar de forma eficaz a integração da impressão 3D em seus cursos.
Cinco Melhores Práticas:
C O M O A S U N I V E R S I D A D E S E S TÃ O I N C O R P O R A N D O A
I M P R E S S Ã O 3 D E M S A L A D E A U L A
MELHOR PRÁTICA #1
Use a oficina como um negócio real
Use a oficina como um negócio real Em sua rotina profissional, designers e engenheiros não operam impressoras 3D ou outros equipamentos de prototipagem rápida com suas próprias mãos. Eles entregam seus arquivos para funcionários de oficinas ou centros de serviços para a produção final. É exatamente assim que os principais cursos gerenciam o trabalho, mas também fazem algumas mudanças com o propósito educacional. Por exemplo, os estudantes precisam de um resumo sobre o que as oficinas fornecem. Eles também precisam aprender como se comunicar efetivamente com os técnicos que operam os equipamentos.
Quando a faculdade está em perí odo de aulas, o laboratório da SCAD funciona em dois turnos de trabalhadores a cada dia, sete dias por semana, das 9 da manhã até às 10 da noite, para atender as necessidades dos alunos e professores. Assim como um negócio real, os alunos pagam o custo dos materiais 3D utilizados em suas construções.
Embora ninguém no campus possa entrar e solicitar um trabalho de impressão 3D, os estudantes começam normalmente esse
processo, fazendo um curso de desenho assistido por computador em conjunto com o laboratório que incorpora a tecnologia que eles precisam entender.
De acordo com o gerente de Operações de Prototipagem Rápida, Justin Hopkins, os estudantes recebem atribuições de projetos que se encaixam dentro de um determinado conjunto de parâmetros. Por exemplo, para impressão 3D, é possível pedir que projetem uma lanterna menor que um retângulo de 1x4 polegadas.
“Os alunos preparam e enviam os arquivos e nós certificamos de que eles se encaixam dentro do envelope de construção e que tudo - arquivos, extensões de arquivos e documentos - esteja correto. Se estiver tudo correto, nós imprimimos. Se estiver errado, dizemos o que está errado e eles corrigem os arquivos até que tudo esteja correto. Isso continua se repetindo até que eles entendam como funciona”.
Depois de os alunos passarem por essa aula, ele acrescenta: “É livre. Eles podem vir quando quiserem, não importa o que estiverem fazendo - desde que o arquivo esteja pronto e correto para nossos parâmetros”.
Essa prática também ajuda os alunos a
aprenderem a se comunicar com um operador e compreenderem a linguagem - “arquivo STL”, “inverted normal”, “bad stitching”, e termos similares. “Se ensinarmos agora para que saibam esta linguagem, entendam o que há de errado com seus projetos e o que é esperado deles, receberemos um modelo perfeito da próxima vez e não teremos essa conversa novamente”, observa Hopkins.
Cinco Melhores Práticas:
C O M O A S U N I V E R S I D A D E S E S TÃ O I N C O R P O R A N D O A
I M P R E S S Ã O 3 D E M S A L A D E A U L A
MELHOR PRÁTICA #2.
Praticar, praticar e praticar
Design é um processo que requer prática, e todo estudante precisa aprender essa lição. O que pode parecer “perfeito” na tela, não ficará necessariamente da mesma forma quando impresso.
“ Pode ser mais largo, mais fino, pode conter muitos recortes ou até mesmo ter proporções erradas. E você não consegue perceber isso até que o veja impresso”, diz o chefe de Design Industrial da Coventry, John Owen.
A ideia de que um designer pode “sentar-se, fazer um esboço e esperar que alguém imprima uma boa cópia é apenas uma falácia”, ele observa. “Realmente faz parte de um processo. Você começa com uma coisa, você altera; olha para ela, tem uma outra ideia, altera de novo”.
Além disso, também pode haver falhas no arquivo. Quando um estudante envia um arquivo STL para impressão 3D na SCAD, o operador rapidamente
checa o documento para garantir que não há erros. Um erro comum é “bad stitching”, no qual há pequenas lacunas entre as superfícies de peças e a máquina não sabe o que fazer com elas.
Enquanto o operador mostra aos estudantes onde estão os erros nos arquivos e explica como solucioná-los, ele faz uma observação “ Normalmente não arrumamos arquivos para eles. A ideia é que continuem praticando até que esteja correto, pois eles não aprenderão de outra forma.”
Essa filosofia de não intervenção aplica-se ao trabalho de pós produção, como limpar, lixar e pintar.
Parte da grade de desenho industrial da Universidade de Coventry inclui trabalhar com impressoras 3D, como a impressora 3D Objet.
Cinco Melhores Práticas:
C O M O A S U N I V E R S I D A D E S E S TÃ O I N C O R P O R A N D O A
I M P R E S S Ã O 3 D E M S A L A D E A U L A
Os alunos “precisam por a mão na massa em algum momento para entender o processo inteiro”, explica Hopkins.
Eles também aprendem o valor das várias técnicas que podem ser usadas na prototipagem – se vale a pena imprimir um cilindro em 3D “ao invés de ir à uma oficina, usar um torno e transformá-lo, porque levará menos tempo e será mais preciso se eles possuírem tais habilidades [de usinagem]“.
O corpo docente também pode ajudar a guiar a natureza prática do design perguntando aos estudantes questões fundamentais sobre como construirão suas peças, aconselha Hopkins: Você quer que a peça pareça mais limpa? Você quer que seja resistente? “Normalmente o aluno quer a solução mais rápida. No geral, o modo mais rápido não é o melhor ou o mais limpo. Vai depender da pressa deles.”
MELHOR PRÁTICA #3.
O corpo docente e funcionários da
oficina trabalham como uma equipe
O melhor para os estudantes acontece quando docentes e funcionários da oficina são colaborativos entre si. Hopkins aconselha os instrutores com quem ele trabalha na SCAD a falarem com ele quando estão projetando uma nova grade curricular, para se certificar que eles entenderam as capacidades da oficina.
O benefício de fazer isso, ele aponta, é que a oficina dedicará uma impressora 3D específica para um certo projeto de uma classe baseado na natureza da aula.
“Dessa forma, mantemos fluxo por todas as 10 semanas ao invés de acumular tudo para o final do trimestre.”
Enquanto a prática é válida para as primeiras sete semanas, as últimas três semanas do perí-odo é de quem chegar primeiro. Se um membro do corpo docente atribuir um projeto durante esse perí odo, observa ele, “os alunos têm que esperar na fila.” Quando Hopkins se encontra com docentes, ele enfatiza a necessidade deles ensinarem seus alunos a configurarem arquivos corretamente no software de design. Ele também os lembra que seus operadores tem o direito de rejeitar arquivos incorretos ou inúteis. “Se estamos muito ocupados e o aluno quer imprimir
Um estudante de arquitetura no New England Institute of Technology usou a impressora 3D da faculdade para projetar um arranha céu de
Cinco Melhores Práticas:
C O M O A S U N I V E R S I D A D E S E S TÃ O I N C O R P O R A N D O A
I M P R E S S Ã O 3 D E M S A L A D E A U L A
algo que é realmente sem importância, como uma esfera, quando ele poderia comprar uma bola de ping pong para fazer a mesma coisa, nós nos reservamos o direito de dizer “Ok, isso é perda de tempo.”
MELHOR PRÁTICA #4.
Escolha as ferramentas corretas para o
trabalho
Assim como os programas de design tentam integrar o uso do software que é predominante nos trabalhos que seus alunos vão exercer, o equipamento que eles escolhem para fazer prototipagem rápida e impressão 3D também deve ser de ní vel profissional. O uso de hardware e software de calibre industrial oferece aos estudantes experiência e confiança na ferramenta que usarão em seus futuros empregos.
Portanto, a seleção de impressoras 3D usadas pelas universidades e faculdades deverão se encaixar a este propósito. Hopkins continua defendendo o investimento em equipamentos de nível comercial, em oposição a impressoras 3D de nível amador. “É divertido para a pessoa que quer mexer com ela”, explica ele, mas “as máquinas amadoras não produzem as mesmas peças que máquinas industriais.” Além disso, ele observa, o equipamento de ponta “dura muito mais tempo e apresenta menos falhas”.
Felizmente, complementa, os preços de equipamentos de nível industrial continuam
baixando. A mais recente impressora 3D que a SCAD adquiriu custava quase metade do preço da primeira versão do mesmo modelo.
Também há a questão de qual tipo de impressora 3D adquirir - extrusão ou resina. O tipo por extrusão (ou modelagem por deposição fundida – FDM®) aquece o termoplástico a uma forma semilíquida e o deposita em um minúsculo filamento ao longo do caminho definido pelo software de design. Onde é necessário apoio, a impressora 3D estabelece filamentos adicionais para atuar como andaimes. Durante o processo de limpeza, o usuário retira o material de suporte ou o dissolve em água e detergente e faz o trabalho final sobre as peças impressas, tais como colagem ou encaixe.
A impressora PolyJet™ funciona como uma impressora de jato de tinta. A impressora 3D pulveriza uma camada completa de gotículas de fotopolímero líquido na bandeja de construção e
A University of Maryland melhorou suas pesquisas aeroespaciais usando tecnologia PolyJet para comprimir o ciclo de desenvolvimento de protótipos.
Cinco Melhores Práticas:
C O M O A S U N I V E R S I D A D E S E S TÃ O I N C O R P O R A N D O A
I M P R E S S Ã O 3 D E M S A L A D E A U L A
este material digital endurece com a exposição à luz UV. Em lugares onde há uma saliência ou uma forma complexa, a impressora pulveriza um material parecido com gel que é removido durante o processo de limpeza.
Escolher um tipo de impressora 3D em detrimento de outra é uma questão de “perdas e ganhos”, aponta Hopkins.
Um modelo pode ser mais rápido para produzir uma peça enquanto um modelo alternativo pode ser mais fácil de limpar. A SCAD trabalha com os dois tipos de impressoras para diferentes propósitos. Peças impressas podem exigir um certo nível de detalhe que é mais adequado para a produção em uma impressora do que em outra, explica.
Quando Hopkins é consultado por outras instituições sobre como proceder para equipar um novo laboratório, ele recomenda começar com uma máquina de extrusão. Ele á um fã de longa data dos modelos de tecnologia FDM, tais como as linhas uPrint®, Dimension® e Fortus® de impressoras 3D. No entanto, suas duas oficinas também executam impressoras Objet®, que usam a Tecnologia PolyJet à base de resina.
“Elas são pau pra toda obra”, ele declara. “O serviço nelas é muito barato e elas simplesmente não quebram.”
Outra vantagem: o software que é executado nas impressoras Stratasys® 3D pré-verifica as bases de um projeto e avisa o operador pelo console se há algum erro que pode impedir o trabalho de impressão.
O financiamento que a University of Maryland recebe do Exército americano ajuda a analisar modos alternativos de voo para potenciais aplicações militares.
Cinco Melhores Práticas:
C O M O A S U N I V E R S I D A D E S E S TÃ O I N C O R P O R A N D O A
I M P R E S S Ã O 3 D E M S A L A D E A U L A
MELHOR PRÁTICA #5.
Buscar a melhoria contínua
As faculdades mais responsivas estão sempre procurando maneiras de melhorar o que fazem, seja nas áreas acadêmicas ou operacionais. Buscar uma filosofia de melhoria contínua requer que os participantes procurem colegas dentro de outras instituições para compartilhar lições aprendidas e se inspirar em boas ideias de outras indústrias. As faculdades mais responsivas estão sempre procurando maneiras de melhorar o que fazem, seja nas áreas acadêmicas ou operacio-nais. Buscar uma filosofia de melhoria contínua requer que os participantes procurem colegas dentro de outras instituições para compartilhar lições aprendidas e se inspirar em boas ideias de outras indústrias.
Por exemplo, quando Hopkins da SCAD tem a oportunidade de interagir com os gestores de outras faculdades, a conversa acaba sendo sobre os equipamentos que eles possuem e o que os agradam. “Essa é a única maneira de julgar o que é bom e o que é ruim; e o que se encaixa em seu programa”, diz ele.
“Outro técnico irá dizer-lhe a verdade sobre essas coisas“.
Como palestrante em fóruns da indústria de impressão 3D e afins, ele também se reúne e con-versa com diversos operadores de oficinas quem trabalham para os principais fabricantes. O que ele aprendeu com eles é que os desafios que sua equipe enfrenta no trabalho com os alunos são
os mesmos que eles enfrentam no trabalho com engenheiros profissionais.
Cinco Melhores Práticas:
C O M O A S U N I V E R S I D A D E S E S TÃ O I N C O R P O R A N D O A
I M P R E S S Ã O 3 D E M S A L A D E A U L A
‘’Estamos todos no mesmo barco’’, diz Hopkins. É por isso que ele está determinado a ajudar os alunos a aprenderem habilidades fundamentais - como fornecer um arquivo pronto para impressão, ajustar o trabalho quando algo está errado com o design, escolher o caminho certo para a construção de uma peça ou fazer prototipagem rápida.
info@stratasys.com
STR ATASYS.COMHEADQUARTERS
7665 Commerce Way, Eden Prairie, MN 55344 +1 888 480 3548 (US Toll Free)
+1 952 937 3000 (Intl) +1 952 937 0070 (Fax)
2 Holtzman St., Science Park, PO Box 2496 Rehovot 76124, Israel
+972 74 745-4000 +972 74 745-5000 (Fax)
ISO 9001:2008 Certified
©2015 Stratasys Ltd. All rights reserved. Stratasys, Stratasys logo, Digital Materials, PolyJet, uPrint, Fortus, Dimension, Vero, Tango, Objet, Connex3, Objet Studio, Objet500 Connex, Digital ABS, TangoBlack, VeroCyan, VeroMagenta, VeroYellow, VeroBlackPlus, VeroWhitePlus, VeroClear, TangoBlackPlus and TangoPlus are trademarks or registered trademarks of Stratasys Ltd. and/or its subsidiaries or affiliates and may be registered in certain jurisdictions. FDM, FDM Technology are trademarks of Stratasys Inc. Product specifications subject to change without notice. Printed in 2014 and in the USA. WP_DU_5BestPractices_EN_0115
For more information about Stratasys systems, materials and applications, call 888.480.3548 or visit www.stratasys.com
THE 3D PRINTING SOLUTIONS COMPANY
