sexta-feira, 10 de julho de 2015

Impressão 3D: Experiência Introdutória


Notas da apresentação no XV Encontro das TIC na Educação, organizado pelo Centro de Competências Entre Mar e Serra nos dias 9 e 10 de julho de 2015, em Leiria.

Slide um: Vou-vos desiludir. Este hello world não foi o primeiro objecto que imprimimos na sala de aula. Na verdade foi o segundo... Para experimentar imprimimos pela primeira vez um objecto de teste, mas não queríamos deixar de homenagear a clássica tradição do mundo digital de dizer “olá mundo” quando se trabalha pela primeira vez em algo de novo. Ao mergulhar no mundo da impressão 3D, a sensação que temos é a de algo de fundamentalmente novo, cheio de possibilidades que começam agora a ser afloradas. Qualquer que seja o primeiro passo, a sensação de “olá mundo” é fortíssima.

Slide dois: Experimentar - Gostaria de começar por mostrar este gráfico. É um Gartner Hype Cycle. Vale o que vale. Produzido anualmente pelos analistas da Gartner, seguindo os seus critérios internos. Mas esta noção de curva para medir o interesse em novas tecnologias é intrigante. Descreve muito bem, pensamos, as atitudes que temos perante uma nova tecnologia. É algo que nos é intuitivo.  Quando uma nova tecnologia nos desperta a atenção entra no que apelidam de período de grandes expectativas. Todos sentimos isso. E depois pensamos afinal, para que é que isto nos serve? É aí que as expectativas caem, e entram em acção aqueles que estão mais interessados no desenvolvimento das aplicações possíveis. Que, lentamente, vão penetrando mercados e consciências. É o chamado plateau of productivity. É o momento em que as tecnologias promissoras e futuristas começam, realmente, a modelar o futuro.

Creio que todos conhecemos um exemplo muito recente deste tipo de atitudes. Lembram-se de quando os tablets chegaram ao mercado? Cheios de promessa, para logo depois serem desconsiderados como meras ferramentas de consumo de media… e agora tornaram-se prevalentes, e avaliamos com muita seriedade a sua utilização em contextos pedagógicos. Sublinha também que fora de domínios específicos (indústrias de ponta, design) a impressão 3D é uma resposta à espera de perguntas. Ela está cá existe. O que é que podemos fazer com ela? E, no nosso caso específico, poderemos tirar partido dela para incentivar aprendizagens nos nossos alunos?

Uma nova tecnologia abre-nos enormes campos de possibilidade. Resta arrisca, testar, experimentar, para perceber como a colocar ao nosso serviço.

Slide três: Impressão 3D - 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 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).

Grosso modo, a impressão 3D FFF é feita por uma cabeça de impressão que aquece o material termoplástico a temperaturas específicas, forçando a sua saída através de um extrusor que o deposita sobre uma superfície (mesa de impressão). Motores passo a passo controlam a posição da cabeça e mesa nos eixos XYZ, permitindo que o extrusor deposite camadas sucessivas de filamento que vão construindo um objecto.

A tecnologia de impressão 3D, ou manufatura aditiva, é apontada como mudança paradigmática (Winnan, 2013) com uma gama crescente de aplicações industriais, científicas, económicas e lúdicas (Lipson & Kurman, 2012). Que mais-valias esta tecnologia poderá trazer aos processos de aprendizagem? Intuímos que poderá ter potencial e queremos perceber como dela tirar partido para a aprendizagem. Iniciámos um caminho de procura de estratégias concretas de adaptação à sala de aula, em contextos interdisciplinares e integração com as metas curriculares de Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC).

Esta é uma área recente, com pouca literatura sobre experiências educacionais. Registam-se abordagens que incidem nas artes e CTEM (Thornburg, Thornburg, Armstrong, 2014) com projectos simples, requerendo poucos conhecimentos de modelação e integrando saberes de diferentes áreas para conceção e impressão em 3D de objetos para jogos matemáticos, módulos de pavimentações, elementos de sólidos ou engrenagens funcionais (Eisenberg, 2013).

Slide quatro: Modelar/Capturar/Imprimir - Nas primeiras experiências em sala de aula nalisámos e implementámos três opções de utilização rápida pelos alunos: 3D scanning, modelação por primitivos, e modelação rigorosa em Sketchup Make. O 3D scanning permite digitalizar objectos físicos a partir de fotografias e aplicações de fotogrametria. Modelação por primitivos é um dos mais antigos processos de modelação em 3D, através da justaposição de formas geométricas para modelar objetos complexos. Utilizar o Sketchup Make para modelação 3D é uma das mais populares opções entre os nossos alunos, requerendo rigor e atenção à integridade do modelo durante a modelação.

Slide cinco: Preparar uma impressão 3D - Preparar modelos para imprimir não é um processo automático e requer alguns procedimentos que variam de acordo com o tipo de modelo. Antes de imprimir é necessário converter para STL (formato de ficheiro para impressão 3D), fazer redução da mesh (diminuir a contagem de polígonos), solidificar (eliminar geometria interior e intersecções), e validar o ficheiro. Usamos uma combinação de ferramentas que inclui o Meshlab (converter e redução da mesh), Meshmixer (solidificar) e netfabb (operações de correcção automatizadas, validação, corte nos eixos). Só depois se importa para o software de slicing e impressão (beesoft, no nosso caso). São operações efectuadas por tentativa e erro, que ainda não conseguimos implementar na sala de aula.

Slide seis: Despertar a curiosidade - Começa por aqui, colocando uma ferramenta avançada nas mãos dos alunos, despertando-lhes a criatividade. No nosso contexto específico, interessava-nos um produto simples de usar, acelerando a utilização com alunos em sala de aula. A utilização decorre em duas vertentes: como recurso de apoio a projectos interdisciplinares, e na disciplina de TIC na sequência da aprendizagem de modelação 3D elementar na abordagem das metas curriculares (Coelho, 2014).

É ainda prematuro tirar conclusões concretas sobre o potencial da impressão 3D, estando abertos caminhos de exploração. A abordagem lúdica suaviza o esforço na aquisição de competências de visualização tridimensional, estando os nossos alunos já a materializar o trabalho desenvolvido virtualmente, trazendo-o do ecrã do computador para o domínio do real.

Slide sete: Mobilizar Conhecimentos - Outra forma de explorar o potencial da impressão 3D é através de projectos interdisciplinares, em que os alunos mobilizam conhecimento e aprendizagem de diversas áreas na concepção e produção de objectos específicos. É, em nossa opinião, uma das mais ricas formas de exploração das TIC em geral e impressão 3D em particular nos contextos pedagógicos.

É o caso deste, que denominámos de Matéria Digital, em parceria entre as áreas curriculares de TIC e Educação Visual. Tínhamos como objectivos construir bonecos articulados e recriar de utensílios de cozinha, com alunos dos 2.º e 3.º ciclos. Podem ver nas imagens quer os resultados quer momentos do processo de trabalho. Em Educação Visual foram exploradas metodologias de trabalho projectual e conteúdos relativos, enquanto TIC abriu espaço à modelação 3D com Sketchup. A impressão efectiva dos objectos teve de ser efectuada fora dos momentos desta actividade, uma vez que o tempo de impressão de um objeto é demorado e não se adequa à duração média de uma sessão de trabalho de 90 minutos.

No cruzamento de saberes de áreas científicas, artísticas e tecnológicas no desenvolvimento de projetos, este tipo de projectos incentiva a utilização criativa de meios digitais avançados. Seguimos aqui o caminho da experiência de introdução da impressão 3D, mas este tipo de metodologia apresenta resultados muito ricos com outras vertentes tecnológicas.

Slide oito: Ideias de Exploração - O interesse pela integração de impressão 3D na educação básica é crescente, especialmente no domínio das CTEM. Não resisto a destacar, a título de exemplo, o trabalho possibilitado por esta app para iOS. Infelizmente, para aqueles que trabalham com tablets do ecossistema android, as escolhas são mais limitadas. Pessoalmente não encontro uma app android capaz destas valências do morphia. Mostra como o 3D printing liberta a imaginação e dá às crianças uma nova forma de explorar aprendizagem e criatividade. Destaco estes porque para além de programarem a app também se dedicam a experimentar, colocando a impressão de 3d nas mãos de crianças, focalizada com conceitos das CTEM. E são um de entre dos muitos que cada vez exploram mais activamente estes campos.

Ideias rápidas? Existem, e começa a haver literatura sobre o tema. Focalizando entre TIC e CTEM, as actividades de concepção e impressão em 3D de objectos para jogos de lógica, módulos para pavimentações, elementos para construção de sólidos ou engrenagens funcionais. Já nos domínios artísticos pode passar pela modelação e captura 3D, reinventando objectos artísticos como forma de apropriação de linguagens artísticas e desenvolvimento de percepção espacial.

Slide nove: Aprender Fazendo - 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.
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.
David Thornburg, Norma Thornburg, Sara Armstrong (2014). The Invent To Learn Guide to 3D Printing in the Classroom: Recipes for Success. CMK Press.
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.
Meier, C., Pérez, J., Cantero, J., Díaz, D. (2015). El Patrimonio escultórico en el aula. Actividades con tecnologías de Modelado e Impresión 3D y Gamificación. La Laguna: Universidad La Laguna.
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.

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