Introdução à Impressão 3D
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Este documento fornece uma introdução à impressão 3D, incluindo informações sobre software e modelos 3D, aplicações educacionais, como integrar a tecnologia em disciplinas escolares, e considerações sobre o processo de impressão.
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- 3. Introdução É preciso inventar… … a roda?
- 6. O 3D nas mãos da Educação
- 7. • Preparar alunos para empregos que ainda nem sequer foram criados • Usar tecnologias que ainda não existem • Resolver problemas que ainda não sabemos que vão surgir “Ou seja, o mundo já não recompensa as pessoas apenas por aquilo que sabem – o Google sabe tudo – mas por aquilo que conseguem fazer com isso.” Andreas Schleicher, diretor para a Educação na OCDE (abril de 2016) Motivação Sucesso educativo reside na capacidade de aplicação criativa do conhecimento a situações novas
- 8. Potencial pedagógico 3D impressão 3D Trabalho colaborativo Competências específicas de modelação aplicáveis nas áreas CTEM Uso criativo de ferramentas digitais e tecnologia de vanguarda Pensamento crítico Motivação
- 10. “FabLab”: Fabrication Laboratory Fabulous Laboratory Aprendizagem assente no “Learn by doing” Fonte: http://www.fablabedp.edp.pt/pt Fab@rts:o 3D nas mãos da educação
- 11. • Criar um “Maker Space” (focalizado na impressão 3D… e o mais que se verá!) • Simplificar o processo de modelação 3D, possibilitando a capacidade de construir objetos • Abranger áreas disciplinares diversificadas (Ciências Sociais, Línguas, CTEM e Artes) de acordo com conteúdos curriculares • Pesquisa e avaliação de informação • Promoção da literacia dos média no domínio das aplicações e de consecução do produto • Propostas curriculares e extracurriculares Fab@rts:o 3D nas mãos da educação
- 12. Makerspaces Fab@rts:o 3D nas mãos da educação Diferenciação pedagógica “Provocação” pedagógica
- 13. Fab@rts:o 3D nas mãos da educação Fotos: https://www.facebook.com/tic3d/ Alunos Monitores Impressão 3D na Biblioteca Transferir Competências Clube de Robótica
- 14. Disciplinas Exemplos Matemática Medir, escalas, volume, teorema de Pitágoras, tangram… Ciências Fósseis, estruturas moleculares… Línguas Representar o tema ou sentimentos evocados pelos textos em 3D; criação de textos a partir de objetos impressos em 3D; desenhar capas em 3D; descrição de uma personagem, cenário e posterior impressão; desenhar objetos para um livro… História Artefactos associados a determinadas épocas históricas, personalidades históricas,… Geografia Relevo, geochacing… Artes Redesign de objetos, retrato tridimensional,… Educação Especial Livro multissensorial táctil Possibilidade de integração do 3D em atividades: Fab@rts:o 3D nas mãos da educação
- 15. Integração do 3D na disciplina de História (Exemplo) Modelação 3D ou pesquisa em repositórios Nível de ensino: 8.º ano Metas curriculares de História . 3. Conhecer e compreender os elementos fundamentais da arte e da cultura no Antigo Regime 1. Caracterizar a arte barroca nas suas principais expressões. Fab@rts:o 3D nas mãos da educação
- 16. “A Terra Treme” 7.º ano Fab@rts:o 3D nas mãos da educação
- 17. Literacia da informação ATITUDES E VALORES 1. Manifesta espírito de interrogação 2. Age de forma metódica e rigorosa 3. Mostra resiliência na procura de informação 4. Respeita os direitos de autor e conexos 5. Demonstra iniciativa e criatividade na resolução de problemas 6. Aceita a crítica 7. Tem em consideração as regras de utilização da biblioteca Disponível em: http://www.rbe.mec.pt/np4/conteudos/np4/?newsId=681&fileNa me=Aprender_com_a_biblioteca_escolar.pdf Fab@rts:o 3D nas mãos da educação
- 18. Impressão 3D
- 19. O que é impressão 3D? Estereolitografia Deposição de filamento fundido https://en.wikipedia.org/wiki/3D_printing
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- 21. Estruturas Moleculares Marcadores de Livros Modelação 3D Redesign de Objectos Impressão 3D e Educação Apps Android eTwinning
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- 27. http://www.shapeways.com/tutorials/how-to-prepare-your-render-animation-model-for-3d-printing Condicionantes Normais orientadas, estanquicidade, arestas interiores Software de validação, conversão e correcção.
- 29. Condicionantes Coisas que correm mal: - Nozzle entupido - Temperatura ambiente - Filamento enrolado - Filamento seco - Warping - Memória para slicing Acabamentos: - Tinta de spray - Polimento - Tintas acrílicas - Acetona
- 30. Descobrir mais? Contactem-nos! Jacq: f623@aevp.net Artur: f575@aevp.net Fab@rts: https://fabartsaevp.blogspot.pt/ TIC em 3D: http://3dalpha.blogspot.pt/
Notas do Editor
- Notas de apoio ao workshop de introdução à impressão 3D. Referências bibliográficas (2014). Beethefirst Quick Start Guide. Aveiro: Beeverycreative. Obtido a 03 de março de 2015 de https://www.beeverycreative.com/wp-content/uploads/2014/08/BEEmanual-EN-PT-DE-2014-05-19.pdf. Cano, L. (2015). 3D Printing: A Powerful New Curriculum Tool for Your School Library. Santa Barbara: Libraries Unlimited. Coelho, A. (2014). Tecnologias 3D nas TIC: Projeto 3D Alpha. in Miranda, G., et al, Aprendizagem Online Atas Digitais do III Congresso Internacional das TIC na Educação (pp. 255-259). Lisboa: Instituto da Educação da Universidade de Lisboa. Eisenberg, M. (2013). 3D printing for children: What to build next? in Read, J., Markopoulos, P., International Journal of Child-Computer Interaction, vol. 1, n.º 1 (pp 7-13). Obtido a 03 de março de 2015 de http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212868912000050. Frauenfelder, M. (2013). Make: Ultimate Guide to 3D Printing 2014. São Fran-cisco: Maker Media. Lipson, H., Kurman, M. (2012). Fabricated: The New World of 3D Printing. Indianapolis: John Wiley & Sons. Thornburg, D., Thornburg, N., Armstrong, S. (2014). The Invent To Learn Guide to 3D Printing in the Classroom: Recipes for Success. CMK Press. Winnan, c. (2013). 3D Printing: The Next Technology Gold Rush. Amazon Digital.
- Vamos inverter o processo? Normalmente, nestes eventos, fala-se do que se pode fazer com a tecnologia e só depois é que se faz qualquer coisa com ela. Mas a impressão 3D tem as suas idiosincrasias, e obriga a uma gestão implacável de tempo. Por isso, vamos tentar trabalhar ao contrário. Primeiro, aprender na prática a modelar em 3D pensando em impressão. Depois, enquanto a impressora imprime os vossos projectos, vamos falar sobre a tecnologia. Um pouco de death by powerpoint para mitigar o tempo de espera da impressão. O meu objectivo é que no final desta sessão alguns de vós, de preferência todos, tenham um olhar similar ao daquele meu aluno. Aquele olhar. O olhar de “eu fiz isto”.
- Para iniciar, Tinkercad. É uma aplicação web que permite modelação por primitivos (formas geométricas elementares) com muito rigor. Recomenda-se o Chrome para melhor trabalhar, embora funcione em qualquer browser capaz de suportar WebGL. A modelação por primitivos recorre à justaposição de formas geométricas elementares (conhecidas como “primitivas”) para representar objectos. Utilizando operações booleanas consegue-se aumentar a complexidade e nível de realismo dos modelos. É uma das mais antigas técnicas de modelação 3D. Há um curioso paralelo entre esta técnica de modelação e a história de arte. Recorda a pintura renascentista, e o esforço destes artistas em representar o real utilizando a geometria e a perspectiva para o descrever graficamente. Outras apps abordadas: os dispositivos móveis são hoje o campo de desenvolvimento mais forte no domínio da computação pessoal. São portáteis, leves, estão sempre próximos, com grande autonomia e mobilidade. Não substituem o computador nas tarefas mais complexas (por enquanto) mas já começam a tornar-se alternativas viáveis para a maior parte dos usos pessoais (exemplo: pesquisa e consulta de informação, navegação, consumo de media (vídeo, literário, sonoro), processamento de texto, comunicações). Apresentamos duas apps para Android que permitem aventuras interessantes na modelação 3D.
- Alguns dos mais importantes repositórios de conteúdo 3D para impressão.
- Projecto Fab@rts: 3D printing, cultura maker, literacias digitais e criatividade computacional.
- Sucesso educativo reside na capacidade de aplicação criativa do conhecimento a situações novas
- Potencial pedagógico da impressão 3D, catalisadora do interesse dos alunos e promove competências diversificadas
- Artur: “Acrescentar o A”
- Conceito surgiu nos EUA Novas formas da BE ter impacto nos resultados dos alunos e transformar a forma como aprendem Nota: “movimento” nasceu na sala de aula de Neil Gershenfeld, que criou uma discplina How to Make (Almost) Anything, para estimular alunos do MIT a fazer a ponte entre iniciativas localizadas, personalizáveis, e a manufactura industrial de ponta. From Bits to Atoms.
- Mini_fabLAB Materiais: tabletes e impressora https://vimeo.com/102932419
- Tendência nas BE (USA) Perceber o impacto dos maker space nos “Library learning commons”. Conceito de BE (USA) está a evoluir para “learning commons” (“School learning commons”)Evolução do conceito de BE para um papel ativo na aplicação e produção de conhecimento “experiências distintas”) “Some libraries have 3D printers and other cutting-edge tools that makes them not just places of learning, but creation. "I think the library as a place of access to materials, physical and virtual, becomes increasingly important," Pescovitz says. People will come to see libraries as places to create the future, not just learn about the present.” http://www.businessinsider.com/libraries-of-the-future-2016-8
- Alunos monitores em acção; impressão 3D acessível a todos os utentes do Centro de Recursos.
- http://3d.si.edu/browser
- Desempenho do aluno http://3d.si.edu/browser
- O que é a impressão 3D? Sem querer entrar em muitos detalhes, é a manufactura de um objecto criado digitalmente em camadas de materiais sucessivamente depositadas por um robot controlado por computador. Há muitas variantes desta tecnologia, desde a solidificação de polímeros com lasers, denominada estereolitografia, patenteada por Chuck Hull em 1986, ao depósito de filamento termoplástico derretido. Destas, a que tem encontrado maior aceitação junto da comunidade (por uma combinação de simplicidade com o caducar de patentes) é a impressão por depósito de filamento, comummente referida por FDM (fused deposition modeling, termo sob copyright pela Stratasys) ou FFF (Fused Filament Fabrication)/PJP (Plastic Jet Printing). A entrada de algumas patentes em domínio público, o custo progressivamente inferior de hardware, o crescimento do movimento maker e projectos como o RepRap (replicating rapid prototyper) tornaram a impressão 3D cada vez mais acessível e possível de utilizar por todos os interessados.
- Estaria a mentir se viesse para aqui apresentar soluções “pronto a fazer” neste domínio. É um facto que a impressão 3D despertou o interesse dos professores, e promete um enorme potencial educacional. Mas como tirar partido desta tecnologia? O ser uma área recente implica que não hajam ainda muitos estudos formais ou experiências documentadas. Mas as impressoras nas escolas multiplicam-se e com elas as experiências e ideias de projecto partilhadas. Aproximar e desmistificar a tecnologia aos alunos é um primeiro passo, mas o potencial é mais vasto. Parece assentar em dimensões artísticas, utilizando a modelação e impressão como forma de expressão; demonstração, com os modelos impressos a tornar tangíveis e acessíveis conceitos abstactos; e, onde o potencial parece ser mais interessante, em projectos do tipo PBL, que integrem diferentes áreas do conhecimento em projectos práticos. Conceber para imprimir despoleta novas competências nos alunos, e é uma excelente oportunidade de colocar o A de Artes nas CTEM.
- Four projects, from my classroom: Learning 3D modeling concepts, in ICT class, using Sketchup Make and Tinkercad. 3D printed molecules: a STEM interdisciplinary project, where ICT contributes with the design side. 3D printed bookmarks: how can we introduce this technology to all our students? With this project students create a bookmark from one of their drawings. Object redesing: an interdisciplinary project between Arts and ICT class. In arts students study re-design choices for common objects, apply methods of graphical/geometric representation, create prototypes in clay. In ICT, 3D modeling is used for digital design of the arts proj
- O que é que eu preciso de ter para inciar projectos de impressão em 3D? Principalmente, ideias e objectivos definidos. O interesse e fascínio nesta tecnologia é muito elevado, e corre-se o risco de investir num equipamento que se esgota após algum tempo. Convém pesquisar, investigar, analisar, e perceber qual a forma que nos é mais adequada para tirar partido desta tecnologia. Cada um de nós terá a sua resposta a esta questão, dependendo dos seus contextos e objectivos. Não reflectir sobre este aspecto traz o risco de investir num equipamento cujo interesse se esgota assim que a curiosidade fica satisfeita. Ter à partida objectivos de abordagem bem definidos ajuda a tirar melhor partido desta tecnologia e a justificar um investimento financeiro que é ainda bastante elevado.
- No campo das impressoras 3D, a oferta é crescente. O mercado oferece uma cada vez maior variedade de marcas e fabricantes, quer em kit quer montadas, mas essencialmente dividem-se em quatro tipos: as Prusa, geralmente em kit para montar; as Delta, em kit; as semi-abertas, caso da beethefirst, ou as fechadas, caso da makerbot e similares. Variam na orientação dos eixos, tipo de extrusor, calibração da mesa e modo de deslocação da cabeça de impressão. Requerem software específico: um slicer-controlador, que fatia os modelos nas camadas e gera o código G (controle das posições de deslocação do extrusor e temperatura do nozzle). A maior parte deste software (Cura, Replicator G, Beesoft) são open source, apesar de poderem estar associados a impressoras específicas.
- Dispor de modelos 3D é essencial para imprimir em 3D. Neste slide mostramos dois muito especiais: o Carocha de Ivan Sutherland, o primeiro objecto real a ser digitalizado através de um meticuloso processo manual de traçagem e medição das coordenadas de pontos, executado pelos alunos de Sutherland sobre o carro da sua mulher em 1967; e a Chaleira de Utah, criada em 1975 por Martin Newell para testar métodos matemáticos de representação de superfícies. Newell seguiu a sugestão da esposa e replicou a chaleira do seu serviço de chá para aplicar manualmente a metodologia. Sutherland é uma daquelas personalidades da história das TIC da qual pouco falamos. Devemos-lhe boa parte do uso do computador como ferramenta artística. O seu trabalho de investigação iniciou-se com um dos primeiros sistemas de desenho no computador, o sistema Sketchpad. Para além de investigar métodos de modelação 3D, também desenvolveu o Damocles, um dos primeiros sistemas de realidade virtual imersiva. O bule de Utah e o carocha de Sutherland têm significado para além dos primórdios da computação gráfica. São ícones culturais, referenciados de forma subtil em filmes de animação 3D por animadores que homenageiam estes marcos percursores das correntes técnicas avançadas de modelação 3D.
- Há duas formas de ter modelos 3D para imprimir. A mais simples é pesquisar em repositórios online como o Thingiverse, Shapeways, Sketchfab, ou Sculpteo, entre outros, parte deles associados a serviços de impressão. Para quem conhece os formatos de ficheiros 3D, os repositórios de modelos 3D para rendering, animação, arquitectura e game design também são uma boa fonte de objectos imprimíveis, embora possam requerer bastante trabalho de correcção e conversão para o formato STL. É na modelação 3D que o potencial da impressão mais se liberta. As ferramentas de modelação 3D colocam nas nossas mãos o poder de conceber objectos. Introduzem aos alunos metodologias de trabalho, levam a um esforço mental de representação abstracta.
- O campo das aplicações de modelação 3D é muito vasto. Em todas é possível criar modelos para impressão 3D, embora pelas suas características intrísecas algumas se ajustem mais facilmente que outras. Normalmente, software de CAD permitem maior rigor na modelação para impressão 3D, enquanto as aplicações de modelação de superfícies, modelação por subdivisão ou mudbox, por estarem pensadas para rendering ou objectos de jogo, tornam mais difícil o respeito por algumas condicionantes que a fisicalidade da impressão traz ao processo de modelação. Outra forma de modelar é capturar o real através da digitalização 3D, quer com equipamentos dedicados quer com aplicações de fotogrametria. Onde modelar? Tanto na workstation poderosa como no tablet.
- A passagem de um modelo 3D para objecto impresso tem algumas condicionantes. As mais importantes são as de geometria: um modelo 3D tem de ser estanque, oco no espaço interior, com todas as normais orientadas na mesma direcção, sem intersecções de formas ou arestas. São aspectos a ter em atenção no processo de modelação. Há aplicações e serviços web que validam a mesh para impressão e corrigem problemas, caso do Meshmixer, Netfabb (que está por detrás do 3D Builder integrado no Windows 10) ou o serviço web MakePrintable. São aplicações poderosas, que corrigem erros de faces ou arestas ou replicam a casca exterior dos modelos, mas não resolvem todos os problemas. Outros utilitários, caso do Meshlab, permite converter entre diferentes formatos de ficheiro gerado por aplicações de modelação 3D para STL (ou outro tipo de formato comum) ou executar operações de simplificação, entre muitas outras.
- Outras condicionantes da impressão 3D prendem-se com as características dos métodos mais correntes de impressão. Ângulos de paredes exteriores inferiores a 45º geram problemas de impressão quando o nozzle não tem onde apoiar as camadas de filamento. Vãos muito grandes entre superfícies verticais podem levar ao colapso ou má solidificação das camadas. São condicionantes que se resolvem com a geração de suportes e bases, automatizada nalgumas aplicações de slicing e controle de impressora.
- Coisas que correm mal: entupimentos do nozzle/carreto; em dias de calor, a temperatura ambiente amolece o filamento antes do carreto e provoca problemas de impressão; ao usar uma bobine, o filamento pode-se enrolar e travar a impressão; se o filamento estiver muito seco (ficar ao ar, apanhar sol) não derrete o suficiente para fluir; warping acontece quando a aderência da peça à mesa da impressão se degrada por: correntes de ar, perda de aderência do adesivo protector da placa de impressão; peças com elevada contagem de polígonos podem provocar problemas de memória no computador. Acabamentos: Há formas de alterar o aspecto dos objectos impressos. Para suavizar as estrias, podemos utilizar polimento com dremel ou banhos de acetona. Para acabamentos rápidos, guache acrílico adere bem à superfície. Tintas de spray são indicadas para patines.