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by Palladino Francesco, 06-11-2023

La stampa 3D nella Didattica: un'esperienza educativa con la tecnologia

La stampa 3D rivoluziona l'ambito didattico: il potenziale di questa tecnologia innovativa si estende ben oltre i limiti del tradizionale apprendimento. Con la sua capacità di tradurre idee in oggetti tangibili, la stampa 3D sta apportando un cambiamento significativo nelle aule scolastiche. In questo articolo, esploreremo l'uso della stampa 3D nell'ambito didattico, analizzando le sue origini, le diverse tecnologie impiegate e forniremo esempi pratici che illustrano il suo impatto nella formazione degli studenti.

Introduzione

La stampa 3D, nota anche come fabbricazione additiva, è una tecnologia che consente di creare oggetti tridimensionali strato dopo strato, a partire da un modello digitale. Questo processo innovativo ha suscitato grande interesse in molti settori, tra cui quello didattico. L'utilizzo della stampa 3D nelle scuole offre un approccio pratico all'apprendimento, consentendo agli studenti di esplorare concetti complessi attraverso la creazione di modelli fisici. Questa tecnologia ci permette di dare vita a lezioni e progetti anche in modo pratico e più partecipato, riprendendo così anche gli insegnamenti pedagogici di Dewey.

Breve storia della stampa 3D

La storia della stampa 3D ha le sue radici negli anni '80, quando la tecnologia iniziò a svilupparsi come una forma di prototipazione rapida, conosciuta anche come fabbricazione additiva. Il concetto di fabbricazione additiva si basa sulla costruzione di oggetti tridimensionali strato dopo strato, a partire da un modello digitale.

La prima tecnica di stampa 3D, chiamata stereolitografia, fu inventata da Charles Hull nel 1983. Questa tecnica utilizzava la polimerizzazione di resine liquide tramite l'utilizzo di un laser UV per solidificarle strato dopo strato. L'invenzione della stereolitografia aprì la strada a ulteriori progressi.

Negli anni successivi, sono state sviluppate altre tecniche di stampa 3D, come la fusione selettiva a laser (SLS) e la modellazione a deposizione fusa (FDM). La tecnologia SLS utilizza un laser per fondere e solidificare polveri di plastica o metallo, mentre la tecnologia FDM estrude materiali plastici fusi attraverso un ugello per creare gli strati dell'oggetto.

Con il passare degli anni, la stampa 3D ha continuato a evolversi, introducendo nuovi materiali, come resine, polimeri, ceramica e anche metallo. Le tecnologie di stampa 3D sono diventate sempre più accessibili e convenienti, aprendo la strada all'utilizzo in diversi settori, compreso quello didattico.

Tecnologie di stampa 3D

Le tecnologie di stampa 3D si sono evolute nel corso degli anni, portando alla creazione di diverse tecniche di fabbricazione additiva. Tra le più utilizzate nell'ambito della stampa 3D sono la Stereolitografia (SLA), la Fusione Selettiva Laser (SLS) e la Modellazione a Deposizione Fusa (FDM). Ognuna di queste tecniche presenta caratteristiche uniche che le rendono adatte a diversi scopi e applicazioni.

La Stereolitografia (SLA) è una tecnologia di stampa 3D che utilizza un laser UV per solidificare un materiale liquido fotosensibile, solitamente una resina. Il processo inizia con la creazione di un modello digitale tridimensionale dell'oggetto desiderato. Il software di slicing divide il modello in strati sottili e genera un file che guida il movimento del laser e del piano di lavoro. Durante la stampa, il laser indurisce la resina strato dopo strato, creando un oggetto solido. Una volta completata la stampa, l'oggetto viene estratto dalla resina non solidificata e sottoposto a un processo di post-trattamento. La tecnologia SLA è apprezzata per la sua capacità di produrre oggetti con dettagli molto precisi e superfici lisce. Si utilizza soprattutto per miniature, gioielli e in ambito biomedicale.

La Modellazione a Deposizione Fusa (FDM), conosciuta anche come Fused Deposition Modeling, è una tecnologia di stampa 3D che utilizza il principio dell'estrusione di materiale plastico fuso attraverso un ugello. Durante la stampa, un filamento di materiale termoplastico passa all'interno di un estrusore riscaldato, che fonde il materiale e lo deposita sul piano di lavoro. Una volta che lo strato si è solidificato, il piano si abbassa di un livello e il processo si ripete fino a completare l'oggetto. L'FDM è una tecnologia ampiamente utilizzata grazie alla sua semplicità e alla disponibilità dei materiali.

La Fusione Selettiva Laser (SLS) è una tecnologia di stampa 3D che utilizza un laser per fondere e solidificare polveri di plastica, metallo o ceramica. Durante il processo di stampa, uno strato di polvere viene depositato sul piano di lavoro e il laser scansiona l'area corrispondente al primo strato dell'oggetto. Il laser fonde  le particelle di polvere, unendole tra loro e creando uno strato solido. Il processo si ripete strato dopo strato fino a completare l'oggetto. Dopo la stampa, l'oggetto viene rimosso dalla polvere(che viene recuperata).

Utilizzo in ambito didattico della stampa 3D

L'utilizzo della stampa 3D nell'ambito didattico offre opportunità per coinvolgere gli studenti in esperienze di apprendimento pratico e stimolante. Possiamo definire due macro aree di interesse: una legata alla prototipazione e l’altra all’interdisciplinarietà.

La prima area comprende tutto ciò che gli studenti possono realizzare utilizzando la stampa 3D dando vita a prototipi fisici di idee e concetti di design. Ad esempio, nella scuola secondaria di primo grado, gli studenti possono progettare e stampare prototipi legati a diversi ambiti disciplinari: in scienze e biologia la stampa 3D può essere utilizzata per creare modelli anatomici dettagliati e tridimensionali di organi, molecole e filamenti di DNA. 
Questo processo consente loro di comprendere meglio i principi della progettazione e la risoluzione dei problemi.

In matematica e geometria si possono spiegare concetti complessi in modo tangibile: si possono stampare modelli di solidi geometrici per studiare le loro proprietà e relazioni spaziali ed esplorare la geometria delle forme tridimensionali.

In materie come storia e geografia gli studenti possono essere divisi in gruppi a cui assegnare un project work in cui utilizzano la stampa 3D per creare modelli topografici di regioni geografiche o repliche di monumenti storici. Questi modelli consentono agli studenti di esplorare la geografia fisica, studiare gli eventi storici e sviluppare una comprensione tangibile dei luoghi e dei periodi storici.

In ambito artistico i ragazzi possono progettare e stampare oggetti artistici unici, come sculture o gioielli personalizzati. Questa combinazione di arte e tecnologia stimola la creatività e incoraggia gli studenti a pensare in modo innovativo. Idealmente anche per una lingua straniera si potrebbe seguire la stessa modalità attraverso un compito di realtà: gli studenti possono creare modelli di oggetti legati alla cultura dei paesi in cui si parla la lingua studiata. Ad esempio, in uno studio di francese, si potrebbe stampare una replica della Torre Eiffel e imparare il vocabolario e le espressioni francesi correlate.L’area dell’interdisciplinarietà permette di lavorare su progetti che coinvolgono più materie favorendo il lavoro di squadra, la risoluzione dei problemi e l'applicazione pratica delle conoscenze acquisite in diverse discipline. Alcuni esempi possono essere legati a project work in cui i ragazzi devono utilizzare la stampa 3D per costruire un modello architettonico complesso o un modello di sistema solare, necessitando di conoscenze di astronomia, matematica e geometria (e design).

Oltre a ciò la stampa 3D può essere particolarmente utile per gli studenti con disabilità, consentendo la creazione di risorse didattiche personalizzate. Ad esempio, è possibile stampare modelli tattili di lettere, numeri o forme per studenti non vedenti o con difficoltà di apprendimento. Questi modelli fisici offrono un supporto tangibile e facilitano l'apprendimento attraverso il senso del tatto. Queste sono tutte creazioni che possono essere fatte all’interno del gruppo classe in modo da sensibilizzare i ragazzi e farli intervenire in prima persona nel supporto di un compagno.

In ultimo, con un approccio pratico all'apprendimento delle STEAM (Science, Technology, Engineering, Art and Mathematics), la stampa 3D può essere utilizzata per la realizzazione di componenti per robotica e automazione. Gli studenti possono progettare e stampare parti per costruire robot funzionanti, consentendo loro di sperimentare con la programmazione, l'elettronica e la meccanica.

Conclusioni

La stampa 3D si sta affermando come una risorsa preziosa nell'ambito didattico, consentendo agli studenti di sperimentare l'apprendimento pratico e la trasformazione delle idee in oggetti reali. Questa tecnologia stimola la creatività, lo sviluppo delle competenze STEAM e l'interesse per le materie scientifiche e tecnologiche. 

Dai campi della scienza all'arte, dall'ingegneria alla storia, la stampa 3D si rivela una risorsa educativa di grande rilevanza. Le scuole possono sfruttare appieno il potenziale di questa tecnologia, preparando gli studenti per un futuro in cui l'integrazione della tecnologia sarà sempre più presente nella società e nell'industria. TORNA AGLI ARTICOLI