Old Dominion University

Cuando el estudiante de ingeniería Aric Veatch comenzó a colaborar en el nuevo Engineering Makerspace and Invention Center (EMIC) de la universidad en 2017, estaba intrigado por las impresoras 3D Ultimaker del centro. "Los datos operativos y a largo plazo de los sistemas Ultimaker fueron mucho mejores que los de los competidores más cercanos y el coste de compra fue excepcional", afirma Veatch. "Inmediatamente pensé que tenía que ver si estaban a la altura de las expectativas establecidas".

En 2017, al decano del Frank Batten College of Engineering & Technology de la Old Dominion University en Norfolk, Virginia, se le ocurrió la idea de crear un espacio de fabricación avanzado, propiedad de los estudiantes y administrado por ellos. De este modo se fundó el Engineering Makerspace and Invention Center, con un presupuesto de 1,5 millones de dólares, un lugar que permite a todos los estudiantes probar nuevas ideas de diseño. El centro ofrece una serie de recursos que incluyen diseño y pruebas CAD, producción de electrónica, mecanizado de metales, madera y compuestos, soldadura, acabado e impresión 3D.

"El centro se construyó con la misión de formar ingenieros como pensadores críticos, líderes y solucionadores de problemas", comenta Rafael E. Landaeta, doctor, decano asociado de Engineering Makerspace and Invention en el Frank Batten College of Engineering & Technology. "Nuestro objetivo es dar a los estudiantes de ingeniería la ventaja que necesitan con habilidades que pueden emplearse en el mercado".

Con las impresoras 3D, la intención era que los estudiantes tuvieran acceso a herramientas de creación rápida de prototipos, de modo que pudieran crear piezas acabadas en la zona de trabajo contigua, que cuenta con una serie de herramientas de fabricación tradicionales. Sin embargo, según Veatch, la calidad de las impresoras 3D y de los materiales era tal que no solo permitía la creación, en el espacio de fabricación, de prototipos de la mayoría de los proyectos, sino también la fabricación de piezas de uso final mediante la impresión 3D.

"Queríamos tener una variedad de impresoras diferentes, pero prestamos mucha atención a la reputación del fabricante, la fiabilidad a largo plazo de su servicio y la facilidad de uso de sus productos", declara el Dr. Orlando Ayala, director del EMIC. "Innegablemente, Ultimaker cumplía con todos los criterios".

La evolución en el aprendizaje

El EMIC se diseñó para permitir la ideación y la creación de prototipos de estas ideas, y hubo muchos estudiantes dispuestos a aprovechar la oportunidad. Las dos impresoras 3D Ultimaker S3 y la de escritorio S5 se convirtieron rápidamente en parte del programa del departamento de ingeniería. El Dr. Veatch fue nombrado director de operaciones como parte de sus estudios de posgrado para operar las impresoras 3D y otros sistemas de ingeniería del EMIC.

"El uso de las impresoras 3D aumentó rápidamente", afirma. "En noviembre de 2019 todas las impresoras estaban en uso continuo y habíamos pedido otra Ultimaker S3 para satisfacer la demanda".

Los sistemas Ultimaker utilizan la tecnología de fabricación de filamentos fundidos (FFF) y son lo suficientemente compactos como para caber en un escritorio, al tiempo que ofrecen generosos tamaños de impresión: la S3 proporciona un tamaño de impresión de hasta 230 x 190 x 200 mm, con extrusión de material doble, y la S5 puede imprimir hasta 330 x 240 x 300 mm, ambas con espesores de capa de tan solo 20 micras.

Estas especificaciones permiten a los estudiantes pensar a lo grande. Las ideas y las piezas que se crearon avanzaron rápidamente hasta el punto de que los estudiantes no solo diseñaron y produjeron piezas para los trabajos del curso, sino que también probaron y produjeron piezas para otros retos de ingeniería.

Las piezas producidas van desde "fidget spinners" y máscaras de personajes ficticios hasta piezas para vehículos difíciles de conseguir.

Ultimaker también ofrece más de 150 materiales para sus clientes y los estudiantes de ingeniería eligen rápidamente sus favoritos.

"Los materiales de Ultimaker, especialmente el TPU y el PLA, son adecuados para piezas de uso final, para elementos de ingeniería específicos, como los casquillos de la palanca de cambios", afirma Veatch. "Ha sido increíble observar la evolución de lo que los estudiantes pensaban que era posible hacer con la impresión 3D. Rápidamente pasaron de proyectos básicos a proyectos muy avanzados".

En última instancia, añade, la impresión 3D ha creado una excelente generación de ingenieros que piensan en el espacio 3D y evolucionan a un ritmo más rápido.

"La experiencia de establecer un espacio de creadores con Ultimaker significa que hemos superado por completo lo que se esperaba de los estudiantes de ingeniería", afirma el doctor Landaeta. "Hemos quedado totalmente impresionados con los logros de los estudiantes".

Facilidad operativa

Veatch enumera las siguientes ventajas de la producción utilizando las plataformas Ultimaker: facilidad de uso, mantenimiento sencillo, materiales de alta calidad, software completo y bajo coste de propiedad.

"Tardé 30 minutos en sacar la impresora 3D de la caja y ponerla a funcionar", asegura Veatch. "El sencillo cambio de los print cores permite mantener una impresora funcionando mientras otra se repara".

Veatch también menciona la libertad de obtener y usar filamentos de otras fuentes sin limitación, así como los materiales de alta calidad que ofrece Ultimaker, incluidos el PLA y el TPU.

Todos los sistemas Ultimaker vienen con el software Cura, una solución de software de preparación de impresión 3D gratuita y de alto rendimiento. Este software funciona con los principales formatos de archivo CAD y es de código abierto para que cualquiera pueda utilizarlo.

"El software Cura es ideal para preparar impresiones", asegura. "También se pueden cambiar los datos de impresión sobre la marcha mientras se imprime, lo que permite arreglar un problema sin tener que reiniciar la impresión por completo".

Ingeniería en clases virtuales

El confinamiento ha obligado a interrumpir las clases y ha hecho que estudiantes y docentes de instituciones educativas de todo el país hayan tenido que quedarse en casa. Sin embargo, tanto el Dr. Landaeta como el Dr. Ayala se lo han tomado con calma y han convertido este período de tiempo en un estudio preliminar instantáneo e inesperado de cómo se podría realizar la investigación de ingeniería en un entorno virtual.

"Los procesos de ingeniería virtual están bien implementados en todas las organizaciones comerciales", asegura el Dr. Landaeta. "Pero esto requiere una buena inversión en tiempo y tecnologías". Los últimos tres meses no han hecho más que acelerar lo que creíamos que iba a tardar años en normalizarse en la ingeniería".

El Dr. Landaeta señala que la mayoría de los procesos de ingeniería requieren trabajo real para producir piezas y productos. Esto significa que, si bien el trabajo de diseño se puede realizar fácilmente en el espacio virtual, las etapas de creación de prototipos, pruebas, producción y mantenimiento aún requieren equipos extensos en el espacio físico. Sin embargo, la impresión 3D está ayudando a superar algunas de estas limitaciones.

Para el próximo programa Summer Bridge, que presenta a los estudiantes de secundaria al programa de ingeniería de la universidad, las piezas impresas en 3D se han convertido en una opción rentable para continuar el curso en un entorno virtual. El equipo imprimió en 3D de forma rentable y proporcionó modelos de transmisión completos a los estudiantes para que pudieran continuar el programa en un entorno virtual.

"Las tecnologías de impresión 3D de baja fidelidad son lo suficientemente asequibles como para tenerlas en casa", asegura Landaeta. "No hay nada comparado con tocar y sostener un prototipo, moverlo, colocarlo en perspectiva con respecto a otros objetos y sentir su superficie".

Para probar esta teoría, las impresoras 3D se llevaron a la casa del Dr. Veatch al comienzo del confinamiento, donde gracias a su pequeño tamaño de escritorio, resultaron fáciles de instalar y manejar.

"Mover las impresoras 3D de un lugar a otro es rápido y fácil", sostiene Veatch. "Es menos fácil trasladar máquinas de fabricación tradicional más grandes, además de que hay que tener espacio para ellas. Las Ultimakers son limpias y lo suficientemente pequeñas para uso doméstico".

Los datos de diseño 3D se envían a Veatch a través de la intranet de la universidad, y las piezas se imprimen y luego se envían a los alumnos para que las analicen y las prueben.

"El Batten College of Engineering & Technology planea apoyar la enseñanza de este nuevo estándar de ingeniería. Ahora tenemos que enseñar a nuestros estudiantes a convertirse en ingenieros de éxito en entornos de ingeniería virtual", afirma el Dr. Landaeta. "Las tecnologías de impresión 3D están a la vanguardia de estos esfuerzos para permitir que los estudiantes creen prototipos en el campus o en casa".

El EMIC ahora planea ampliar aún más el número de impresoras 3D de que dispone y espera tener entre 12 y 20 en el futuro. Esta institución también desea ampliar el uso de la impresión 3D con el software Ultimaker Digital Factory para mejorar la gestión de la flota de impresoras 3D a medida que crece.

"Estamos muy contentos con las impresoras 3D Ultimaker. Los alumnos han podido trabajar en proyectos extraordinarios con gran facilidad", asegura Ayala. "Estamos planeando comprar más impresoras 3D Ultimaker en el futuro".