Operación mundo: Tecnología y Digitalización 3 ESO (muestra) by Grupo Anaya, S.A.

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PRO CLUYE DIGYI ECTO TAL

ESO

A Í G O L O N C E T N Ó I C A Z I L Y DIGITA rroyo, Santos, R. A oyos . J , z e u q z lá , I. H M. B , C. Esteban z e u g rí d o R M. S.

O peración ANDALUCÍA

mundo

¿Qué vamos a aprender?

PÁGINA

SITUACIÓN DE APRENDIZAJE • ODS

SABERES BÁSICOS

• La tecnología y la sostenibilidad

1 2

Tecnología sostenible

Impresión 3D

La gestión sostenible del agua Agua limpia y saneamiento

La impresión 3D: del diseño a la impresión aditiva

• Efectos del desarrollo tecnológico en la naturaleza • Introducción a la impresión 3D • Diseño en herramientas CAD

Industria, innovación e infraestructuras

• Preparación de archivos para impresión 3D

Producción y consumo responsables

• Configuración de la impresora 3D

La vida útil de los materiales Materiales técnicos. Plásticos y materiales de construcción

• Evolución de la sociedad industrial

Industria, innovación e infraestructuras Ciudades y comunidades sostenibles

• Los materiales plásticos • Tipos de polímeros • Técnicas de fabricación con plásticos

Producción y consumo responsables

Sistemas mecánicos

¿Para qué sirven las máquinas? Industria, innovación e infraestructuras

• Movimientos y máquinas simples • Los mecanismos rotatorios • Componentes eléctricos y simbología

Electricidad y electrónica

La electrónica doméstica: solución de problemas para nuestro día a día Energía sostenible Ciudades sostenibles

• Las corrientes eléctricas • La ley de Ohm • La resistencia eléctrica • Circuitos en serie y en paralelo • La medida de magnitudes eléctricas • Circuitos mixtos

Control y robótica

Cultura maker: alcance de tu mano 144

Producción y consumo responsables Acción por el clima

7 8 9

Software: sistemas operativos y seguridad informática

Ofimática avanzada

Comunicaciones y uso seguro de internet

184

La tecnología accesible como herramienta para la inclusión Salud y bienestar

• Los sistemas de control • Elementos de los sistemas de control

• Sistemas operativos • El software de aplicación

Reducción de las desigualdades

Nos apropiamos de la tecnología 206

• Gráficos digitales

Trabajo decente y crecimiento económico

• Tratamiento de imágenes con Gimp

Un uso seguro y responsable de las TIC 228

• La hoja de cálculo

Educación de calidad

Salud y bienestar Educación de calidad

• Las comunicaciones: redes de internet • La identidad digital • Las comunicaciones móviles • Los servicios de telefonía móvil

POWER SKILLS!

STEAM POWER

• Efectos del desarrollo tecnológico en la sociedad humana

PORFOLIO

• Protagonista: Susan Kare • Profesión: Ingeniera CAD/CAM

• Los Objetivos de Desarrollo Sostenible • Iniciativas para la sostenibilidad

• Centro de investigación: Grupo de inv. en ingeniería gráfica y diseño

• Impresión 3D

• Protagonista: Adrian Bowyer

• Uso responsable de la tecnología en la impresión 3D

• Profesión: Especialista en materiale de impresión 3D

• Diseñamos un sistema recolector de agua de lluvia

• Diseña tu organizador de escritorio

• Aplicaciones prácticas de la impresión 3D • Centro de investigación: BioFab i3D POWER SKILLS!

APRENDER

Haciendo

: Diseña y crea un skatepark • Protagonista: Elena García Armada • Profesión: Técnico de mantenimiento aeromecánico

• Los materiales de construcción • Análisis de los materiales de construcción

• Centro de investigación: Laboratorio de robótica y mecatrónica

• Construimos un huerto vertical con materiales reciclados

• Protagonista: Lee de Forest

• Los mecanismos transformadores del movimiento

• Profesión: Técnica en electrónica • Centro de investigación: Instituto de microelectrónica

• Las máquinas y los motores

• Construye una dinamo accionada manualmente

• El condensador • El relé electromagnético

• Protagonista: Joan Clarke y Alan Turing

• Energía y potencia eléctrica

• Profesión: Ingeniero de automatización

• Máquinas eléctricas

• Centro de investigación: Centro de innovación universitario de Andalucía, Alentejo y Algarve (CIU3A)

• Efectos de la corriente eléctrica • Receptores electrónicos. El diodo led

• Construye un medidor de ruido ambiente

• Un elemento especial. El transistor • Protagonista: Xia Peisu

• Sistemas de control sencillos

• Profesión: Desarrolladora de firmware

• El control programado con Arduino POWER SKILLS!

APRENDER

• Centro de investigación: AIRAndalusia

Haciendo

• Construimos una estación meteorológica

: Aprende a controlar la velocidad de un motor • Protagonista: Klára Dán Von Neuman y John Von Neuman • Profesión: Desarrollador de aplicaciones de seguridad

• Seguridad en los sistemas informáticos

• Tecnología accesible para todas las personas

• Centro de investigación: Málaga TechPark • Protagonista: Shirley Ann Jackson • Entornos virtuales de aprendizaje

• Profesión: Hacker ética

• El entorno Moodle

• Centro de investigación: Centro de ciberseguridad de Andalucía

• Riesgos y uso responsable del teléfono móvil

• Protagonista: Daphne Coller

• Planifica tu viaje

• Profesión: Artista digital • Crea un sitio web sobre el uso seguro de internet • Tecnologías emergentes y futuro próximo • Centro de investigación: Observatorio de las comunicaciones de transformación digital POWER SKILLS!

APRENDER

Haciendo

: Diseña y construye un juego de mesa de bienestar digital

Situación de aprendizaje

Tecnología sostenible La sostenibilidad es una prioridad global, y la tecnología desempeña un papel crucial en este cambio hacia prácticas más responsables con el medioambiente. Su influencia no solo se ejerce en el transporte, las telecomunicaciones, la industria o la arquitectura: en todos los ámbitos de nuestra vida podemos combinar tecnología y sostenibilidad. Un ejemplo son los huertos urbanos. Adoptar el consumo de proximidad y de temporada reduce la dependencia de las cadenas de suministro y mitiga el impacto del transporte en las emisiones de carbono. Además, fomentan la concienciación sobre la escasez de agua, mejorando la gestión del agua como recurso limitado, alentando su recuperación y reciclaje, e incentivando prácticas de riego eficientes y responsables, configurando, además, una forma más consciente de abordar los desafíos ambientales. En nuestra mano está aplicar pequeños cambios en nuestro día a día, cuya suma nos acerque a un estilo de vida más respetuoso con el planeta.

Tú qué ¿pie nsas

La automatización, aliada de la sostenibilidad.>>

¿Cuál es la huella de carbono de nuestras actividades diarias? ¿Haces un uso responsable de los recursos que te rodean? El progreso tecnológico, ¿provoca desigualdades?

¡ACTÚA ! Diseña y construye un sistema recolector de agua de lluvia. Con él podrás regar un huerto urbano. ¡Aprovecha al máximo este recurso tan escaso e importante!

Para lograrlo, sigue esta ruta:

6. Agua limpia y saneamiento

La tecnología y la sostenibilidad

11. Ciudades y comunidades sostenibles

Evolución de la sociedad industrial

12. Producción y consumo responsables

En la agricultura actual, los drones, los satélites y la inteligencia artificial son herramientas fundamentales.

La agricultura se desarrolló en el Neolítico, hace 10 000 años, cuando la humanidad pasó de ser recolectora a ser productora.

Efectos del desarrollo tecnológico en la naturaleza

Efectos del desarrollo tecnológico en la sociedad humana

Los Objetivos de Desarrollo Sostenible

Iniciativas para la sostenibilidad

1 La tecnología y la sostenibilidad La evolución de las lámparas A finales del siglo xx se empezó a tomar conciencia de que la energía eléctrica necesaria para iluminar las lámparas incandescentes, presentes en todos los hogares del mundo, era desproporcionada: 20 lúmenes por cada vatio de potencia recibida. La tecnología led, inventada en 1962 y con un rendimiento medio de 75 lúmenes por vatio, parecía la mejor alternativa. Finalmente, en 2008, la Unión Europea prohibió la comercialización de lámparas incandescentes.

En situación Existen épocas del año en las que el agua se convierte en un recurso escaso. La recuperación del agua de lluvia en lugar de su extracción de acuíferos permite que recuperen su volumen de agua almacenada y limita el consumo eléctrico en su transporte.

El concepto de sostenibilidad, bastante reciente, se aplica al consumo de recursos con el objetivo de evitar que desaparezcan. La ONU lo utilizó por primera vez en 1987 para referirse a los recursos naturales. Son sostenibles los recursos que permiten satisfacer las necesidades del presente sin comprometer la habilidad de las futuras generaciones de satisfacer sus propias necesidades.

1.1 Los ámbitos de la sostenibilidad La sostenibilidad afecta a diferentes ámbitos relacionados entre sí: el social, el medioambiental y el económico. Estas relaciones obligan a plantearla como un problema complejo, en el que quizá se pierda a corto plazo para ganar en el futuro. En los ámbitos social y medioambiental, la sostenibilidad debe ser soportable y asegurar que ninguna persona puede perder sus derechos sobre los recursos. La sostenibilidad entre los ámbitos económico y medioambiental tiene que ser viable: cualquier inversión económica debe utilizar los recursos existentes.

Ámbito social

Soportable

Equitativo

Sostenible Ámbito medioambiental

Ámbito económico Viable

La relación entre el ámbito social y económico debe asegurar una distribución equitativa de los recursos entre las personas. Ningún pueblo debe perder riqueza o verse afectado en su entorno. Por ejemplo, para reducir el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en una fábrica, es necesario invertir dinero para sustituir algunas máquinas por otras de consumo menor. Esto logrará una mejora medioambiental a largo plazo con una primera inversión económica. Por otro lado, las nuevas máquinas necesitarán ser utilizadas por las mismas personas que trabajaban con las antiguas y necesitarán formación para ello, relacionando el ámbito medioambiental con el social. A partir de la concienciación en la racionalización del gasto energético y el consumo de recursos naturales, han surgido numerosas iniciativas: • Transporte eléctrico, colectivo y de bajas emisiones. • Automatización de sistemas mediante internet de las cosas (IOT). • Desarrollo de economías circulares para la reducción, reutilización y reciclado de recursos y productos. • Agricultura de precisión para la optimización de recursos hídricos. • Cambio progresivo a energías basadas en fuentes renovables. Consulta la infografía «Desarrollo sostenible» que encontrarás en anayaeducacion.es.

2 Evolución de la sociedad industrial La importancia del clima Accede a este enlace de RTVE y descubre el «cuello de botella» poblacional por el que pasaron los homininos hace casi un millón de años. https://shorturl.at/afyKV

Una de las constantes en la evolución del ser humano ha sido su permanente búsqueda por mejorar sus condiciones de vida, atravesando diferentes revoluciones tecnológicas hasta nuestros días.

2.1 Antecedentes de la era industrial Entre las primeras revoluciones tecnológicas protagonizadas por las especies de homininos, destacan la elaboración de herramientas con piedra y madera, y el dominio del fuego. Este último ofrecía calor, iluminación, protección frente a insectos y depredadores, y permitía cocinar los alimentos, facilitando su digestión y la absorción de nutrientes. Además, fue el detonante de muchas revoluciones posteriores, basadas en la transformación de los materiales al aplicarles calor. Más adelante, la influencia de diferentes cambios en el clima y en los recursos disponibles, así como el conocimiento acumulado durante milenios, permitieron que las poblaciones crecieran, dando lugar a la revolución neolítica. Hace unos 10 000 años, el ser humano, de forma progresiva, pasó de ser nómada y cazador-recolector a asentarse, domesticar animales y cultivar la tierra, obteniendo nuevos alimentos.

Primeras civilizaciones en la península ibérica Investiga qué se conoce de Tartesia en la actualidad, una de las primeras civilizaciones que poblaron el sur de la península ibérica. ¿Junto a qué río se asentaron? ¿Qué metales extraían? ¿Con qué civilizaciones establecieron contacto?

Dolmen de Menga. Antequera, Málaga.

La obtención de excedentes, el desarrollo del comercio, el uso de nuevos materiales (especialmente los metales) y el aumento de la población, dieron lugar a las primeras civilizaciones: Sumeria, Babilonia, Asiria, Fenicia y Egipto. El fuego continuó siendo un recurso esencial. Sus máximos exponentes tecnológicos en esta época se encuentran en los sistemas de calefacción centralizada en algunos edificios de la antigua Roma, conocidos como hipocaustos (originarios del siglo iv a. C.) o en los primeros sistemas de vapor, llamados eolípilas, diseñados por Herón de Alejandría (siglo i d. C.).

Línea del tiempo. Investiga las civilizaciones humanas desde hace 10 000 años hasta los principios de nuestra era, ordenándolas cronológicamente y situándolas en un mapa. Utiliza varias líneas de tiempo en paralelo para las civilizaciones europeas y de Oriente Medio, las de Extremo Oriente y las que se sucedieron en el continente americano.

Piensa y comparte en pareja. Investiga sobre la cueva de la Pileta, que se encuentra cerca del municipio de Benaoján, en Málaga. A partir de los datos que encuentres, realiza una presentación exponiendo cómo vivían las personas que habitaron en ella y qué vestigios arqueológicos han llegado hasta nuestros días.

Evolución de la sociedad industrial

2.2 La primera revolución industrial El desarrollo de nuevas tecnologías en el siglo xviii, especialmente a partir de la década de 1760, dio lugar a profundos cambios sociales y económicos, que afectarían a la configuración de los países y de la sociedad. Los principales detonantes de esta revolución fueron el empleo de combustibles, como el carbón, cuya combustión se empleaba para calentar agua en una caldera, y el desarrollo de la máquina de vapor. Los antecedentes de la máquina de vapor se deben a Denis Papin (1647-1712), que fabricó la primera olla a presión dotada de una válvula de seguridad por la que el exceso de vapor escapaba. Sin embargo, existe una patente de 1606, registrada por el español Jerónimo de Ayanz y Beaumont, donde explicaba el diseño de la primera máquina que utilizaba la fuerza del vapor para mover mecanismos. Entre los siglos xviii y xix, otros inventores como Thomas Newcomen y James Watt perfeccionaron la máquina. Estos perfeccionamientos sirvieron para aplicar la energía extraída de la máquina para desarrollar grandes esfuerzos, como, por ejemplo, la extracción de agua de las minas y los pozos. Entre otras aplicaciones, la máquina de vapor se utilizó en las máquinas de posición permanente y en las máquinas destinadas al transporte. Los cambios sociales debidos a la primera revolución industrial fueron enormes y de gran impacto, destacando principalmente la emigración masiva del campo a las ciudades. En Gran Bretaña, en el censo de 1851 se observó por primera vez en la historia que la población de las ciudades superó a la rural. Londres pasó de tener un millón de habitantes en 1800 a albergar a tres millones en 1870.

Telar Jaquard. Telar mecánico que utilizaba tarjetas perforadas para tejer patrones en la tela.

Las máquinas que marcaron la primera revolución industrial La máquina de vapor permitió el desarrollo de dos tipos de máquinas: El primer grupo, también conocido como máquinas estacionarias, se destinaba a ofrecer potencia mecánica a sistemas de bombeo, rodillos de laminado o máquinas remachadoras. Sin embargo, encontraron un excelente nicho al aplicarlo en las primeras centrales térmicas, que posteriormente se emplearían en la producción de electricidad. El segundo grupo de máquinas se utilizó en los medios de transporte como sistema principal de locomoción. Se instaló en barcos, tractores agrícolas, excavadoras y apisonadoras para construir caminos. El máximo exponente del transporte a vapor llegó con la invención de la locomotora de Stephenson en 1826, que dio lugar al ferrocarril. En España, la primera línea de ferrocarril se estableció en 1848 entre Barcelona y Mataró.

Investiga en internet y, en grupos de trabajo, elaborad un mural con las aplicaciones prácticas que tuvo la máquina de vapor. Buscad imágenes que sirvan de ejemplo, explicando brevemente su funcionamiento y el papel que cumplía la máquina de vapor en su mecanismo. Describid, además, cómo se realizaban esas tareas antes de la introducción de las máquinas de vapor en la industria.

2.3 La segunda revolución industrial Una vez más, un conjunto de invenciones y descubrimientos impulsaron un nuevo avance tecnológico y provocaron un cambio de paradigma en la vida de las personas. Si la primera revolución ocurrió por el desarrollo de la máquina de vapor y el empleo masivo del carbón como combustible, en la segunda revolución industrial, la electricidad y el uso de los combustibles fósiles derivados del petróleo fueron las dos principales contribuciones. Los sistemas eléctricos, desarrollados desde mediados del siglo xviii, alcanzan su madurez a finales del siglo xix. Figuras como Thomas A. Edison y Nikola Tesla son reconocidos como los principales impulsores de los sistemas eléctricos, tanto a nivel industrial como doméstico. En esta época, entre los principales avances desarrollados destacan: • La fabricación de acero, que supone un cambio en la construcción de nuevas edificaciones, más altas y robustas. • El desarrollo de la industria petroquímica, con la invención de los primeros materiales plásticos. • La introducción de teorías científicas en los sistemas de producción, que aumentaron la productividad en las empresas manufactureras. • El auge de las comunicaciones, con el desarrollo del telégrafo y la invención del teléfono y la radio.

Los años de la segunda revolución industrial Los orígenes de la segunda revolución industrial suelen situarse a partir de 1850, cuando comienza a evidenciarse la enorme utilidad de la electricidad. Este periodo se extiende hasta el comienzo de la Primera Guerra Mundial, en 1914.

Todos estos avances, junto con los cambios ocurridos en la sociedad, atraída por la riqueza de las ciudades, aumentarán la demanda de productos. Una de sus consecuencias será la aparición de la economía capitalista. En Andalucía, a mediados del siglo xix, surgirán diferentes iniciativas industriales, sobre todo en el área textil, en la industria siderúrgica y en las explotaciones mineras. Durante el periodo de la segunda revolución industrial, Andalucía suministró un tercio de la producción mundial de hierro y cobre y un 12 % de la producción mundial de plomo. En la segunda mitad del siglo xix, Málaga será la segunda ciudad más industrializada de España, solo por detrás de Barcelona.

Telégrafo Hughes, patentado en 1855, que combinaba el telégrafo de Morse y teclas y pedales de piano para emitir e imprimir el mensaje.

El ferrocarril en Andalucía El ferrocarril, seña de identidad de la primera revolución industrial, permitió el desarrollo de otros ámbitos en la segunda, como la minería o la producción metalúrgica. Esta enorme influencia llegó también a Andalucía, en los denominados «impulsos ferroviarios», que se sucedieron desde mediados del siglo xix y principios del siglo xx. Investiga en internet y elabora una presentación que incluya qué fueron y en qué se diferencian el primer impuso ferroviario y el segundo en Andalucía, cuál era su finalidad, cuándo ocurrieron y qué provincias comunicaban.

Estación de Córdoba en la década de 1860.

Evolución de la sociedad industrial

2.4 La tercera revolución industrial A partir de las bases establecidas en la segunda revolución industrial, la humanidad experimentó un crecimiento sin precedentes a lo largo del siglo xx. A partir de la década de 1950 se producen grandes avances en los sistemas electrónicos e informáticos, y los nuevos equipos computarizados impulsan la sociedad de la información. En las últimas décadas del siglo xx se constituye el concepto de red de información, a partir de la configuración de internet.

3 Investiga: ¿quién propuso la teoría del sistema de fabricación en serie? ¿Qué tipo de productos fueron los primeros en fabricarse masivamente en serie? ¿Qué consecuencias sociales tuvo? 4

Tablas. Haz una lista de diez productos que solo puedas comprar en tu entorno cercano y otra de diez productos que puedas adquirir de forma electrónica y se envíen desde otros países. ¿Qué empresas crees que lideran el comercio electrónico mundial?

La globalización es una de las principales características de esta época, principalmente impulsada por diferentes factores: – Mejora en la eficiencia de los transportes. – Desarrollo de los medios de comunicación. – Aplicación de los sistemas automáticos en la fabricación. Estas circunstancias han facilitado el acceso al mercado de bienes y servicios, promoviendo el intercambio económico entre los países. Las transacciones financieras se llevan a cabo de forma electrónica y el desarrollo de los transportes permite el movimiento de mercancías de forma más rápida y eficiente. Una de sus consecuencias es el enorme crecimiento del comercio electrónico.

El transporte mundial Accede a la web https://www.localizatodo.com/ mapa/. En ella, podrás hacer el seguimiento de los medios de transporte marítimos y aéreos en el mundo. Localiza el área de la costa de Andalucía y dibuja en un mapa las rutas marítimas habituales que siguen los barcos. Después, cambia en el menú la selección de barcos por la de aviones en vuelo. ¿En qué regiones del mundo se concentran más líneas aéreas?

El avance tecnológico ha permitido que la humanidad mejore su calidad de vida: somos más longevos y nos comunicamos fácil e instantáneamente. No obstante, estos logros tienen consecuencias negativas en el medio natural y en una gran parte de los seres humanos.

Efectos del desarrollo tecnológico

3.1 Efectos en la naturaleza y en los seres vivos Los efectos negativos de la actividad tecnológica tienen su principal consecuencia en el cambio climático. La Tierra está relativamente cerca del Sol como para recibir su energía, pero suficientemente lejos como para que algunos fenómenos solares no nos destruyan: es una órbita óptima para el desarrollo de la vida. Pero la distancia no es la única razón: la atmósfera y su interacción con los océanos y las masas terrestres son fundamentales para que la vida prolifere en la Tierra. La evolución de la vida durante miles de millones de años ha establecido una biomasa que necesita, fundamentalmente, oxígeno (O2) y dióxido de carbono (CO2) para realizar sus funciones vitales. Los animales, pero sobre todo la masa vegetal, convierten diariamente O2 en CO2, y viceversa. Es el conocido como ciclo de carbono. En los últimos 800 000 años, el valor de CO2 en la atmósfera nunca había pasado de las 300 partes por millón (ppm). Esa pequeña cantidad era suficiente para que la temperatura en el planeta fuera adecuada para mantener los sistemas vivos, lo que se conoce como efecto invernadero.

Consulta la presentación «El efecto invernadero y el calentamiento global» y la infografía «Consecuencias del efecto invernadero» que encontrarás en anayaeducacion.es.

Las revoluciones industriales se han sustentado en la emisión de miles de millones de toneladas de CO2 almacenados en el carbón, el petróleo y otros combustibles fósiles para, fundamentalmente, las actividades industriales y el transporte, desestabilizando este ciclo. Este proceso extractivo y de emisión de gases ha aumentado el nivel de CO2: en 1911 se superaron las 300 ppm, y en 2015, las 400 ppm. Hoy

420 Datos de núcleos de hielo Datos instrumentales modernos

Cadena de secuencias. Elabora un esquema en el que se muestre cómo se relacionan los componentes más importantes del ciclo de carbono (masa vegetal, masa animal, atmósfera, etc.).

6 Para conocer la evolución del CO2 atmosférico, todas las mediciones realizadas desde principios del siglo xx utilizaron instrumental científico, midiendo la composición de la atmósfera. Investiga cómo se puede conocer esta composición en épocas anteriores. 7 ¿Qué significa la expresión «punto de no retorno» en relación con el cambio climático?

CO2 (partes por millón)

380

340

1958

Durante milenios, el dióxido de carbono atmosférico nunca había estado por encima de esta línea

1911

300 260 220 180 800

700

600

500

400

300

200

100

Miles de años antes de hoy

Cuanto más CO2 se libera, más calor atrapa la atmósfera. Esto acelera el deshielo de los polos y glaciares y aumenta el nivel del mar. Un mayor volumen de agua no salada provoca desajustes en la masa oceánica, que es el principal regulador del clima, incrementándose los ciclos de sequía y fuertes tormentas en diferentes partes del mundo. 15

Efectos del desarrollo tecnológico

Portal Ambiental de Andalucía En la página web del Portal Ambiental de Andalucía puedes acceder a toda la información ambiental de la comunidad. Te resultará útil para ampliar la información sobre sus datos climáticos y el estado de los recursos naturales.

En situación Los ecosistemas terrestres, especialmente los bosques, absorben cerca de un 30 % de las emisiones de origen humano de CO2. Estos «sumideros forestales» desempeñan un papel fundamental en la lucha contra el cambio climático. Además, sus raíces fijan el suelo y sus nutrientes, evitando la erosión.

El cambio climático es el principal desafío de la humanidad para las próximas décadas, pero existen otros retos relacionados con la reducción de la contaminación.

La contaminación atmosférica Además del incremento de CO2, existen otros compuestos químicos gaseosos que se producen con la combustión de derivados del petróleo. Las sustancias contaminantes atmosféricas existen de forma natural, pero las actividades humanas (también llamadas antropogénicas) saturan la atmósfera de determinados compuestos que se acumulan en ella. Los principales contaminantes se dividen en dos tipos: • Los contaminantes primarios, que se propagan desde las fuentes de emisión directamente a la atmósfera, como los óxidos de azufre (SOX) y los óxidos de nitrógeno (NOX). • Los contaminantes secundarios, que se producen en la atmósfera mediante procesos químicos. Se originan a partir de gases contaminantes primarios o gases no contaminantes. Algunos ejemplos de estos son el ácido sulfúrico (H2SO4), originado por la reacción del dióxido de azufre (SO2) con el agua presente en la atmósfera; el dióxido de nitrógeno (NO2), que aparece por oxidación del monóxido de nitrógeno (N2); o el ozono (O3), un tipo especial de gas que se forma por la oxidación de las moléculas de oxígeno.

La degradación del suelo Que el suelo se degrade significa que se vuelve estéril, sin capacidad para albergar vida o, al menos, que la vida vegetal no pueda proliferar en él. En una situación extrema se llega a la desertificación. Su origen se puede deber a cambios en el clima, a la deposición de compuestos químicos nocivos en la tierra o a la excesiva explotación del suelo con el empleo masivo de fertilizantes. Un ejemplo es el nitrometano (CH3NO2), un compuesto químico muy habitual empleado en plaguicidas, disolventes de limpieza y para la fabricación de productos farmacéuticos, fibras o recubrimientos.

La polución oceánica Los principales factores de la contaminación de los mares y océanos son los vertidos tóxicos, el derrame de petróleo procedente de la industria pesquera y del transporte marítimo y la acumulación de plásticos, que son ingeridos en forma de microplásticos e incorporados a la cadena alimentaria.

3.2 Efectos en la sociedad humana Las revoluciones industriales han favorecido a algunos países en el progreso tecnológico, generando una brecha con aquellos que están en vías de desarrollo y con los menos desarrollados. Durante décadas, esta brecha se ha hecho cada vez más grande, generando enormes desigualdades, tanto entre estados como en la población que vive en cada uno de ellos. Existen tres tipos de desigualdades, normalmente relacionadas entre sí: • Económica, cuando existen grandes diferencias entre los ingresos de una y otra parte de la población, originando un reparto desigual de la riqueza.

Coeficiente Gini

• Social, cuando se sufren discriminaciones por una posición social inferior establecida por la sociedad, o por otros factores como la religión profesada, el género, la cultura de origen, la identidad o la orientación sexual.

En 1912, el sociólogo italiano Corrado Gini estableció una forma de medir la igualdad dentro de los países, el conocido como coeficiente Gini. Este coeficiente puede tomar un valor entre 0 y 100. El valor de 0 significaría que toda la riqueza de un país se reparte igualitariamente entre todos los individuos de ese estado, mientras que un valor de 100 correspondería con el hipotético caso de que solo una persona del país tenga absolutamente todos los recursos y riqueza de este. A partir de esta escala, se establece un valor para cada país y a partir de esos valores se podrían establecer políticas que apunten a la redistribución más igualitaria de la riqueza en cada uno.

• Política, cuando las personas son limitadas en derechos por sus ideas políticas o incluso perseguidas por ello. Las consecuencias más graves de la desigualdad son la pobreza, la discriminación, la disminución de la esperanza y la calidad de vida o los problemas de acceso al mundo laboral. Además, la desigualdad trae consigo la falta de acceso a servicios básicos, como la atención sanitaria, la educación, la vivienda, el abastecimiento de agua y las condiciones salubres de vida con adecuados saneamientos.

Observa el siguiente mapa, en el que se representan todos los países del mundo y su coeficiente Gini en 2022.

Esto puede provocar flujos migratorios de grandes poblaciones a otros países, considerados accesos ilegales o no controlados, sin garantías de salud ni educación en los países de acogida. Entre las políticas que cada país puede poner en marcha para promover la igualdad están:

De 20 a 30 De 30 a 35 De 35 a 40 De 40 a 45 De 45 a 30 Sin datos

– Las políticas de empleo que hagan que el trabajo sea más estable, eficiente y productivo.

– La promoción de los servicios públicos de salud, educación y protección social.

2 500

5 000 km

– La transparencia política e institucional del país. – La reducción de los monopolios para favorecer la competitividad de las empresas. Gracias a las medidas aplicada por diferentes organizaciones públicas y privadas, se ha conseguido reducir el coeficiente Gini global de 68 puntos en 1980 a 54 en 2022.

Busca información en internet y describe la evolución del coeficiente Gini en España. Encuentra un país cuyo coeficiente haya mejorado en las últimas décadas y otro en el que haya empeorado, e investiga cuáles han sido las causas principales de esas variaciones. 17

4 Los Objetivos de Desarrollo Sostenible En la reunión que celebraron en 2015, los estados que forman la Organización de las Naciones Unidas, se puso de relieve que el problema de la sostenibilidad no podrá conseguirse si no se afronta de forma global, con el compromiso de todos los países. En ella, se determinó que la sostenibilidad tiene estrechas relaciones con el ámbito medioambiental, social, político y económico.

Objetivo 1

Objetivo 2

Poner fin a la pobreza en todas sus formas en todo el mundo.

Poner fin al hambre, conseguir una mejor nutrición y promover la agricultura sostenible.

Objetivo 7

Objetivo 8

Garantizar el acceso a una energía asequible, segura, sostenible y moderna.

Promover el crecimiento económico inclusivo y sostenible y el empleo decente para todos.

Para resolverlo, se aprobó la Agenda 2030, en la que se establecieron los Objetivos de Desarrollo Sostenible. Se fijaron 17 objetivos, acompañando cada uno con diferentes metas específicas que es necesario cumplir antes del año 2030. En situación Solo el 0,5 % del agua de la Tierra es agua dulce aprovechable y accesible. Las masas de agua superficial, como lagos, ríos y embalses, están experimentando rápidos cambios en todo el mundo, y un 20 % de las cuencas fluviales muestra grandes fluctuaciones de los niveles de agua superficial en los últimos cinco años.

Escribe en tu cuaderno una acción que puedas llevar a cabo en tu día a día para favorecer el alcance de cada uno de los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Mesa redonda. Debatid qué objetivo os parece más fácil de aclanzar y cuál es el de más difícil consecución. ¿En qué os habéis basado para vuestra elección?

Accede a https://cooperanda.org, la página web de Cooperanda. En ella se muestran numerosos proyectos en favor de los ODS que se han llevado a cabo desde Andalucía. En equipos de trabajo, elegid uno de sus proyectos y preparad una breve presentación con la que exponerlo en clase.

Objetivo 13 Adoptar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos.

Objetivo 3

Objetivo 4

Objetivo 5

Objetivo 6

Garantizar una vida sana y promover el bienestar para todos en todas las edades.

Garantizar la educación inclusiva, equitativa y de calidad y promover el aprendizaje.

Lograr la igualdad entre los géneros y empoderar a las mujeres y a las niñas.

Garantizar la disponibilidad de agua, su gestión sostenible y el saneamiento para todos.

Objetivo 9

Objetivo 10

Objetivo 11

Objetivo 12

Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización sostenible y fomentar la innovación.

Reducir la desigualdad en y entre los países.

Lograr que las ciudades sean más inclusivas, seguras, resilientes y sostenibles.

Garantizar las modalidades de consumo y producción sostenibles.

Objetivo 14

Objetivo 15

Objetivo 16

Objetivo 17

Conservar y utilizar sosteniblemente los océanos, los mares y los recursos marinos.

Gestionar sosteniblemente los bosques, luchar contra la desertificación y la degradación de las tierras y detener la pérdida de biodiversidad.

Promover sociedades justas, pacíficas e inclusivas.

Revitalizar la Alianza Mundial para el Desarrollo Sostenible.

5 Iniciativas para la sostenibilidad

Impulsadas por los Objetivos de Desarrollo Sostenible, las empresas y las instituciones públicas han promovido muchos proyectos a favor de la sostenibilidad, con las que incorporar innovaciones y cambios en los sistemas productivos, medios de transporte y gestión de las emisiones de carbono.

5.1 Industria 4.0 En situación La gestión eficiente del agua no solo implica su recolección cuando hay abundancia, también tiene que ver con su uso sostenible. El riego por goteo, completamente automatizable en la actualidad, es un sistema que ya se usaba en el siglo i a. C. en China.

La cuarta revolución industrial, también conocida como industria 4.0, suele definirse como una consecuencia o extensión de la tercera, ya que el factor detonante es la automatización de los procesos productivos, con la incorporación de la robótica y la interconectividad entre empresas y entre personas. Sin embargo, la evolución de la sociedad y de la industria a lo largo del siglo xx la hacen ser considerada como una revolución con personalidad propia. Algunos de los avances más importantes en este periodo son: • Robótica y automática, con la creación de dispositivos de control autónomo enfocados a la fabricación de bienes. • Analítica de procesos, como el Big Data o la minería de datos, que recoge enormes cantidades de información para encontrar patrones o generar servicios. • Inteligencia artificial, que permite que sean los propios computadores los que programen a otros equipos, generando software en todos los ámbitos de la sociedad. • Nanotecnología, o fabricación de sistemas y dispositivos cada vez más pequeños, llegando incluso a escalas molecurales, con aplicaciones en medicina, electrónica o diseño de materiales. • Internet de las cosas, también llamado IoT, acrónimo del inglés Internet of Things, que permite la conexión a internet, principalmente inalámbrica, de dispositivos y sensores que recogen información del entorno y coordinan y optimizan su funcionamiento. La contribución de la industria 4.0 se puede ver en diferentes ámbitos:

¿Qué crees que implica la «agricultura 4.0»? ¿Qué medidas se pueden implementar en el mundo agrícola y ganadero?

13 Haz una lista de situaciones en las que se utiliza el Big Data. 14

Cabezas pensantes. Investiga cómo es posible que servicios como Google Maps sean capaces de identificar cuándo hay un atasco de tráfico en un tramo de carretera.

• Los individuos se benefician de la industria 4.0 por el nivel de personalización de los productos y servicios a los que pueden acceder, así como el alto nivel de conectividad con otras personas o el acceso a servicios en internet. • Las empresas u organizaciones emplean determinado software para controlar sus procesos de fabricación y predecir la demanda de los productos para ajustar su producción. También promueven la automatización de los procesos, consiguiendo costes de producción inferiores. • Los sistemas naturales o ecosistemas pueden beneficiarse de la capacidad de monitorizar plagas, anticipar alteraciones climáticas, optimizar cosechas evitando la sobreexplotación de los recursos, proteger especies animales, etc.

5.2 La economía circular En oposición a la filosofía de «usar y tirar», se ha propuesto un modelo alternativo: la economía circular. Este modelo promueve el uso recurrente de los recursos y los productos, prolongar su vida útil todo lo posible, evitar utilizar más recursos naturales para fabricar continuamente otros iguales y reducir los desechos, limitando aquellos materiales de difícil reutilización y prescindiendo de los que no aporten un beneficio al producto. Implica, por tanto: • Reparación: se intentará reparar cualquier producto antes de tirarlo y comprar uno nuevo.

Materias primas

• Reutilización: mejor compartir y que otras personas usen cosas que no vamos a utilizar. • Renovación: si algún producto ha quedado obsoleto o anticuado, se le pueden incorporar los cambios necesarios para que tenga un nuevo uso o incluso aportarle un valor añadido.

Diseño sostenible Gestión de residuos Desechos residuales

• Reciclado: siempre que se pueda, se gestionarán los materiales viejos y en desuso para su reciclado. En los puntos limpios de tu municipio se separan todos los materiales para que la industria pueda emplearlos como materias primas y elaborar otros nuevos.

ECONOMÍA CIRCULAR

Recogida

Producción

Distribución Consumo Reutilización Reparación

Aunque no siempre resulta fácil aplicar estas medidas, dar una nueva vida a muchos materiales es un paso adelante para disminuir el gasto de energía, las emisiones de carbono y la extracción y producción de materias primas. La Ley de Economía Circular de Andalucía, aprobada por la Junta en marzo de 2023, sirve como marco legal andaluz para aplicar el plan de acción de la Unión Europea para la economía circular, publicado en 2015. Su objetivo es abandonar el modelo de economía tradicional porque: • Agotaremos todos los recursos del planeta en las próximas décadas si seguimos consumiendo al mismo ritmo. • La producción masiva al ritmo actual emite una cantidad insostenible de emisiones de carbono que multiplicará el efecto del cambio climático y afectará irreversiblemente a la biodiversidad. • Si seguimos consumiendo sin control, el agua y los alimentos proporcionados por los recursos naturales no serán suficientes para toda la población mundial. 15

Accede a ChatGPT y pregunta cuáles son los factores que definen el concepto de industria 4.0. Además de los indicados en este texto, ¿qué otros factores añade esta IA en su respuesta? Elige cuatro dispositivos que uses habitualmente. Cuando dejen de funcionar, ¿qué medidas podrías tomar para alargar su vida útil? ¿Podrían

La obsolescencia programada Algunos fabricantes, utilizando malas prácticas, diseñan sus productos para que dejen de funcionar en una fecha determinada, obligando a quien los use a sustituirlo por uno nuevo. Para saber más sobre esta práctica, busca el documental de RTVE «Comprar, tirar, comprar».

tener otros usos? ¿Cómo es su recorrido en el modelo de economía circular? 17 ¿Dónde está el punto limpio más cercano a tu domicilio? Visítalo junto a una persona adulta y elabora una lista de los recursos recogidos y un mapa de su distribución en el recinto.

Iniciativas para la sostenibilidad

5.3 El comercio de emisiones Se han puesto en marcha muchas iniciativas para disminuir las emisiones de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera. El problema al que se enfrentan los países industrializados es que, al hacerlo, deben reducir su producción y eso afecta a su economía. Por esta razón, muchos de ellos son reacios a aplicar normas de restricción de emisiones o limitan los ámbitos en los que se aplican. Por otro lado, hay muchos países que, al no poseer mucha industria, tienen un nivel de emisiones bajo y consideran injusto limitar su crecimiento por el exceso de emisiones de otros estados. Una de las soluciones que mejores resultados ha obtenido es establecer un mercado global de emisiones. El primer paso es asignar una cantidad máxima de emisiones que puede realizar cada país. Si uno emite menos de lo que debería, puede vender sus derechos a otros países más contaminantes, de forma que entre ambos compensen sus emisiones e incluso las reduzcan, favoreciendo el desarrollo económico de los países menos industrializados. No es una solución permanente porque de esta forma los estados industrializados nunca reducirían sus emisiones. Sin embargo, sí es una solución a corto plazo porque obliga a los países más contaminantes a que controlen sus emisiones de gases de efecto invernadero mientras aplican los cambios necesarios para reducirlas.

18 Identifica en el mapa qué países son los mayores emisores y cuáles se pueden beneficiar del comercio de emisiones por sus bajos niveles de emisión de gases de efecto invernadero. 19

La clasificación de la huella de carbono de una organización define tres niveles de alcance. Investiga en internet cuáles son y elabora una presentación exponiendo en qué consiste cada tipo de emisiones.

Mapa del mundo, indicando las emisiones netas de CO2 de cada país entre 2015 y 2020 (Fuente: NASA).

En los Acuerdo de París de 2015 y en la Agenda 2030 para el desarrollo sostenible, se estableció que todas las empresas deben publicar su huella de carbono, es decir, el volumen total de GEI que producen por su actividad económica. Además, deben elaborar un plan con el que reducir sus emisiones durante los siguientes cinco años. La inversión en innovación tecnológica es una de las opciones con las que cuentan para lograrlo. Para aquellos casos en los que se vea afectada su actividad económica por esta medida, el comercio de emisiones puede ser una solución mientras adaptan sus infraestructuras y medios productivos.

5.4 Infraestructuras sostenibles Cualquier actividad humana genera una huella de carbono. Pero se pueden diseñar infraestructuras cuya huella sea mínima o incluso que no contribuyan al cambio climático. Las más habituales están relacionadas con la arquitectura y los transportes.

Arquitectura bioclimática Se trata de la rama de la arquitectura que intentar aprovechar al máximo los recursos naturales con el menor impacto medioambiental. En estas construcciones existe un alto grado de simbiosis entre la construcción y el entorno natural. Suelen incorporar las últimas tecnologías en los sistemas de control y mantenimiento, con las que optimizar los recursos sin alterar las actividades habituales de una construcción tradicional. Los edificios bioclimáticos se basan en: • Sistemas naturales de calefacción, con captación solar, geotermia y sistemas de aislamiento térmico. • Recogida de agua de la lluvia y humedad del ambiente para su empleo en los sistemas sanitarios en lugar de utilizar agua potable. • Ventilación natural, mediante la disposición de muros y tabiques que dirijan las corrientes de aire que refresquen las estancias. • Uso de sistemas de energía renovable, como captadores solares, paneles fotovoltaicos y sistemas de aerotermia. • Reciclado de agua mediante la separación de aguas grises, que se tratarán mediante procesos de depuración en el sistema sanitario, y de aguas negras, que se desecharán.

Los patios andaluces tradicionales, un buen ejemplo de arquitectura bioclimática orientada a la climatización, especialmente en verano.

Amplía la información con la infografía «Arquitectura bioclimática» que puedes encontrar en anayaeducacion.es.

• Vegetación autóctona en jardines, menos dependiente del riego y de cuidados especiales.

Transporte sostenible Uno de los principales problemas de las grandes ciudades es la enorme cantidad de recursos energéticos que se pierden por el tráfico. Los atascos, no solamente hacen perder tiempo a sus habitantes, también son una fuente de emisión de gases contaminantes. Muchas ciudades se han propuesto limitar la circulación de vehículos particulares en favor de sistemas colectivos de movilidad, y la reducción del uso de productos derivados del petróleo como fuente de energía en el transporte. Estos dos objetivos se han de plasmar en acciones reales y factibles, entre las que destacan: • Sustituir los vehículos que usan combustibles fósiles por otros híbridos o eléctricos. • Fomentar el uso del hidrógeno como combustible para los sistemas de transporte público colectivo. • Combinación de sistemas multimodales en las calles (coches, autobuses, tranvías, bicicletas, patinetes, etc.). • Implementación de sistemas integrados de control del tráfico para optimizar la circulación.

El primer coche eléctrico español El ingeniero sevillano Francisco Domínguez-Adame Romero diseñó y fabricó en 1946 el modelo DAR, el prototipo de un vehículo eléctrico 50 años antes de que la empresa General Motors comercializara su primer modelo eléctrico en 1996. El diseño se basó en un Fiat 508, tenía una autonomía de 80 kilómetros y alcanzaba los 50 km/h. Funcionó durante 12 años, sorprendiendo a todo el mundo por no emitir humo y ser muy silencioso, en comparación con los vehículos de combustión habituales de la época.

Power

STEAM PROTAGONISTA

SUSAN KARE En la década de 1980, los ordenadores personales solo entendían líneas de comandos. No existían los iconos ni los entornos gráficos. Pero todo cambió con la aparición del Apple Macintosh en 1984 y la contribución de Susan Kare a ese proyecto. Susan Kare nació en 1954 en Ithaca, Nueva York. Tras obtener su doctorado en Arte, empezó a trabajar en el Fine Arts Museum de San Francisco. Un día, su amigo Andy Hertzfeld la llamó para unirse al equipo de desarrollo del Macintosh en Apple. Sin herramientas de diseño gráfico existentes, Kare utilizó un programa creado por Hertzfeld para diseñar los primeros iconos y tipos de letra para Mac OS. Sus diseños, como la papelera de reciclaje o las tijeras para cortar, se convirtieron en elementos estándar de la interfaz de usuario.

Hoy, Susan sigue siendo una figura clave en el diseño de interfaces y ha dejado un legado duradero. Es la dueña de su propia empresa de diseño, y sus grabados son codiciados por entusiastas y coleccionistas. Pero más allá de su éxito empresarial, Susan Kare cambió nuestra forma de interactuar con la tecnología. Transformó una pantalla negra en un espacio amigable y fácil de entender.

POWER SKILLS!

DAD I V I T CREA CIÓN A V O N N I E LOS APRENDER D E R ROR ES

GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN ING. GRÁFICA Y DISEÑO

CENTRO DE INVESTIGACIÓN

Lo más impactante de su trabajo fue su capacidad para simplificar conceptos complejos en iconos comprensibles. Utilizó su creatividad y su capacidad de innovación para hacer más intuitiva la interacción con la computadora. Susan también demostró su capacidad para aprender de sus errores, adaptando sus diseños según las necesidades del usuario.

MÁLAGA

Perteneciente a la Universidad de Málaga, este grupo es un referente en innovación en el ámbito de las técnicas y soluciones gráficas avanzadas. Con una destacada trayectoria de más de quince años, sus investigaciones abordan la infografía y la representación fotorrealista, la realidad virtual, la fotografía y el procesamiento digital de imágenes, el modelado tridimensional y prototipado y los sistemas de información geográfica para la recuperación histórico-gráfica del patrimonio histórico. Además, asesora técnicamente sobre diseño industrial, topografía o modelos digitales tridimensionales.

MI PROFESIÓN

INGENIERA CAD/CAM Hola, me llamo Malak y soy ingeniera CAD/CAM. Mi trabajo consiste en utilizar programas de ordenador especializados para diseñar productos en 3D y optimizar cómo se fabrican. Dibujo modelos digitales detallados y le digo a las máquinas de fabricación, como, por ejemplo, las CNC, cómo hacer realidad todos mis diseños.

seños y programación, una fábrica puede producir de manera más rápida y eficiente, consiguiendo que los productos lleguen antes a las personas que los necesitan, a un precio más bajo y de una forma más sostenible. Es como si fuera una «directora de orquesta para máquinas», y eso me parece increíblemente emocionante.

Para ser ingeniera CAD/CAM, estudié Ingeniería Industrial y me especialicé en software CAD y CAM. También hice cursos de programación con diferentes lenguajes para saber cómo dar instrucciones precisas a las máquinas.

REPENSANDO LOS PATINETES ELÉCTRICOS

Hay muchas áreas en las que puedo trabajar: desde la industria automotriz hasta la aeroespacial y la médica. Actualmente, me dedico a diseñar componentes para maquinaria industrial. Uso ordenadores potentes y diferentes tipos de software especializado para hacer mi trabajo. En mi profesión, ser adaptable y tener capacidad para resolver problemas son clave. No siempre las máquinas entienden lo que quiero a la primera, y tengo que ser flexible para encontrar soluciones rápidamente. Además, siempre estoy aprendiendo, porque el software y las técnicas no paran de evolucionar.

Imagina que, al igual que Malak, eres un ingeniero CAD/CAM en una empresa que diseña y fabrica diferentes modelos de patinetes eléctricos. Tu misión es mejorar el diseño del manillar para que sea más cómodo y estilizado. 1 Dibuja un esquema básico del manillar en papel cuadriculado, pensando en la ergonomía y el diseño. 2 Usa un software de dibujo gratuito online para convertir tu boceto en un diseño digital lo más detallado posible. Si no tienes acceso a software de CAD, puedes usar programas como Paint o herramientas de dibujo online. 3 Comparte tu diseño con varias personas de clase. Ofrece y recibe retroalimentación con la que mejorar vuestros diseños. ¿Qué cambios haríais para hacer más eficientes y atractivos vuestros manillares?

Una cosa que me gusta mucho de mi trabajo es pensar que, gracias a mis di-

PR RESO OB LVE LE M R AS

POWER IÓN C A SKILLS! T P ADA IPO U Q E EN AJE O Z J I BA N D I N UO E TRA R AP CONT

¿SABÍAS QUE...? El Boeing 777 fue el primer avión comercial que se diseñó completamente utilizando técnicas de diseño asistido por ordenador (CAD) y fabricación asistida por ordenador (CAM). Este proceso permitió una colaboración profesional más eficiente y el resultado fue un diseño optimizado. El uso de la tecnología CAD/CAM en este proyecto se considera todo un hito en la historia de la industria aeroespacial y de la ingeniería en general.

PORFOLIO ¿Qué has aprendido? La tecnología, la sostenibilidad

1 Identifica con qué ámbitos de la sostenibilidad está relacionado cada uno de estos casos: a) Una empresa de transporte ha instalado limitadores de velocidad en sus camiones para reducir el gasto de combustible. b) Se han cambiado los grifos manuales por grifos automáticos en un edificio. c) Se necesita cambiar una máquina y hay que invertir en formación para quienes la van a usar. d) Este curso, el alumnado de un instituto utilizará diferentes cubos de basura (orgánica-papelenvases) y es necesario formarles sobre qué residuo depositar en cada uno. 2 Describe cómo funciona un hipocausto y en qué edificios se utilizaba. ¿Qué sistemas similares han aparecido en otras zonas del mundo? ¿Qué sistema de calefacción actual se asemeja a él? ¿Por qué? 3

Línea del tiempo. Dibuja una línea en la que sitúes una escala de marcas. Cada marca representará un periodo de 25 años. Comienza en el año 1 700 y termina en 2025. Utiliza la escala para identificar los periodos de la primera, la segunda y la tercera revolución industrial y añade en cada periodo qué tecnología provocó cada revolución.

4 Define qué es el comercio electrónico.

Efectos del desarrollo tecnológico

9 Describe una situación de desigualdad social por razones económicas y otra de desigualdad económica por razones sociales. 10 ¿Se mantuvo estable el nivel de CO2 en la atmosfera antes de las revoluciones industriales? Si no es así, ¿entre qué valores se encontraba?

Los Objetivos de Desarrollo Sostenible 11

Piensa y comparte en pareja. De forma periódica, los países se reúnen en las conocidas como COP (Conference of Parts). ¿Cuál es su objetivo? ¿Cuántas conferencias se han celebrado hasta la fecha? ¿Cuáles han sido los principales acuerdos llevados a cabo entre los países? ¿Qué dificultades existen para llegar a acuerdos más ambiciosos? Accede al Portal Ambiental de la Junta de Andalucía y busca los datos más recientes de los indicadores ambientales. Haz una lista con los indicadores relacionados con el cambio climático, los usos del suelo y el agua, y el clima, descríbelos brevemente e indica su estado y tendencia actual.

Visita la página web de las Naciones Unidas sobre los Objetivos de Desarrollo Sostenible y escoge tres objetivos relacionados con el medioambiente. Enumera en tu cuaderno las principales metas establecidas para dichos objetivos.

12 ¿En qué año propone la ONU alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible?

Iniciativas para la sostenibilidad 13 En el contexto de la industria 4.0, ¿qué se entiende por «analítica de procesos»? 14 Describe una medida que pueda aplicarse a nivel particular o industrial de cada etapa de la economía circular. 15

5 Describe qué efectos podría provocar el Sol en la Tierra si no tuviera atmósfera y campo magnético. 6

Elabora una presentación en la que expongas qué son las islas de plástico, dónde se encuentran, cómo se forman y qué consecuencias tienen para el medioambiente.

Mesa redonda. ¿Qué sentido tiene que un país venda sus excesos de emisiones a otro que emite menos? ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene este sistema?

16 Busca información sobre el Edificio Earthport, la central de Tokyo Gas en Yokohama (Japón), e identifica qué características tiene para ser considerado un edificio de arquitectura bioclimática. 17

El espejo. Describe cómo funciona el sistema de calefacción en un edificio bioclimático y compáralo con el funcionamiento de los sistemas de calefacción tradicionales.

Investiga en internet qué es el índice de ciudades sostenibles, qué indicadores utiliza y qué caracteriza a las ciudades mejor valoradas.

Si habéis instalado un huerto en vuestro centro o si tenéis en mente diseñar uno, una parte esencial es cómo proveerse de agua. La solución más sostenible es recoger el agua de lluvia. De esta forma, reduciréis el consumo de agua potable y todos los gastos económicos que ello implica. 1 En equipos de trabajo, decidid la ubicación de vuestro sistema. Es habitual utilizar las tuberías bajantes que recogen el agua de los tejados, pero si la situación del huerto no lo permite, podéis diseñar un sistema independiente. 2 Investigad la cantidad de precipitaciones habituales en vuestra zona y cómo se reparten a lo largo del año. Utilizad esos datos para decidir el volumen del depósito y el tipo de plantas que queráis cultivar.

3 Escoged cómo queréis transportar el agua hasta el huerto: con una regadera, con una manguera o con una bomba. Elaborad una tabla con las ventajas y los inconvenientes de cada opción y adecuad vuestro diseño a esta decisión. 4 Teniendo en cuenta vuestro diseño final, recopilad todos los materiales necesarios, intentando reutilizar aquellos de los que ya disponga el centro: • Lona de plástico para hacer el captador • Tubería vertical de PVC

Situación de aprendizaje

¡ACTÚA!

Diseñamos un sistema recolector de agua de lluvia

• Conector para canalón y codos de PVC • Listones de soporte • Depósito acumulador de agua • Anclajes • Bridas • Grifo • Manguera o regadera 5 Una vez instalado, incorporad cualquier sistema de mantenimiento necesario, como un filtro para evitar que se introduzcan hojas o insectos o un grifo de canalización del agua si se llena el depósito. 6 Preved, además, revisiones periódicas para comprobar que la estructura y las canalizaciones de agua funcionan correctamente.

Reflexiona cómo has aprendido En esta unidad, has aprendido lo importante que es que la tecnología y la sostenibilidad vayan unidas, y qué consecuencias tiene que no siempre lo hayan estado. Además, has conocido las revoluciones industriales del pasado y qué caracteriza a la que vivimos actualmente. Reflexiona sobre tu aprendizaje rellenando el cuestionario y la rúbrica disponibles en anayaeducacion.es. 27

La impresión 3D es una tecnología de reciente creación. Te habrás preguntado muchas veces para qué sirven los objetos que se imprimen en estas máquinas. Como verás a lo largo de la unidad, la impresión 3D tiene aplicaciones que ni te habrías imaginado en multitud de ámbitos. Además, las máquinas que se emplean son accesibles y económicas, lo que permite acercar este tipo de tecnología a todo tipo de usuarios. A su vez, esta accesibilidad ha provocado que se desarrolle a un ritmo vertiginoso, abarcando muy diversos campos en muy poco tiempo. Aun así, debido a la novedad en la implantación de estas máquinas como tecnología de producción, cabe destacar que no se ha llegado a aprovechar todo su potencial, por lo que es muy importante que se continúe investigando.

Desde el diseño de las piezas hasta la fabricación aditiva. >>

Tú qué ¿pie nsas

Situación de aprendizaje

2 Impresión 3D

Cuando se crean objetos utilizando la impresión 3D, ¿se tiene en cuenta la producción y el consumo responsable de materias primas? ¿Piensas que por el hecho de usar diversos plásticos como material de impresión esta tecnología es menos respetuosa con el medioambiente? ¿Crees que esta tecnología innovadora acabará desbancando a alguna tecnología de fabricación tradicional?

¡ACTÚA ! Vamos a diseñar un organizador de escritorio que te permita colocar tu material de trabajo.

Para lograrlo, sigue esta ruta:

9. Industria, innovación e infraestructura

Introducción a la impresión 3D

Diseño en herramientas CAD

12. Producción y consumo responsables

Preparación de archivos para impresión 3D

Tal vez piensas que esta tecnología está lejos de tu alcance, pero lo cierto es que gracias a ella podemos crear objetos que nos sean de utilidad en nuestro día a día. Para que veas que tú también puedes sacarle partido, en esta unidad diseñaremos un organizador de escritorio que posteriormente podrá imprimirse en una impresora 3D.

Configuración de la impresora 3D

Impresión 3D

Uso responsable de la tecnología en la impresión 3D

Aplicaciones prácticas de la impresión 3D

1 Introducción a la impresión 3D

1.1 Definición de impresión 3D La impresión 3D, también llamada fabricación aditiva, es una tecnología disruptiva que ha transformado la manera en que se construyen objetos 3D. Los métodos convencionales de fabricación parten de una pieza inicial a la que, después de procesarla, se le consigue dar la forma deseada. Por contra, la impresión 3D construye los objetos mediante la adición de material capa a capa de manera precisa y controlada.

1.2 Historia de la impresión 3D La impresión 3D es una tecnología relativamente reciente, ya que fue en la década de 1980 cuando Charles Hull, un ingeniero e inventor, desarrolló la estereolitografía; este hecho representó el punto de partida de la fabricación aditiva. En los 90 se comenzó a comercializar la primera impresora 3D y, desde entonces, la impresión 3D ha experimentado un crecimiento considerable volviéndose más asequible tanto para empresas como para personas apasionadas de la tecnología.

1.3 Tipos de impresoras 3D El desarrollo que ha experimentado la impresión 3D ha dado lugar a diversos tipos de tecnologías, cada una con sus propias particularidades y usos específicos. Algunos de los tipos más comunes son: • Modelado por deposición fundida (FDM): también conocido como fabricación con filamento fundido (FFF). Este método emplea un filamento compuesto por material termoplástico que se derrite y extruye de forma gradual, capa por capa. Es la técnica más utilizada por las impresoras 3D de escritorio y resulta especialmente idónea para la creación rápida de proyectos caseros. • Estereolitografía (SLA): la técnica SLA se basa en la polimerización de resina líquida mediante el uso de un láser ultravioleta, lo cual permite solidificar la resina capa tras capa. Tiene una mayor precisión que la impresión por filamento, por lo que se aplica en situaciones que necesitan gran cantidad de detalle y una alta resolución. • Sinterizado selectivo por láser (SLS): este tipo de impresión utiliza un láser para fusionar partículas de polvo, generalmente polímeros o metales, generando así objetos sólidos. Tiene un amplio abanico de usos predominando su aplicación en la industria.

Proceso de impresión 3D: modelado por deposición fundida (FDM).

2 Diseño en herramientas CAD

2.1 Introducción a las herramientas CAD Las aplicaciones CAD (diseño asistido por computadora) son programas informáticos que han sido especialmente desarrollados para generar modelos en un entorno digital. Este tipo de software permite a profesionales del diseño crear con exactitud y detalle cualquier tipo de objeto.

2.2 Tipos de herramientas CAD Dentro del diseño asistido por computadora (CAD), se pueden encontrar distintas categorías de software que se ajustan a las necesidades y preferencias de diseñadores y profesionales. Elegir una herramienta u otra dependerá de nuestra experiencia y las características del software. A continuación, vamos a ver alguna de ellas: • Software CAD 2D: como su nombre indica, se utiliza para crear dibujos bidimensionales. Es el tipo más tradicional de herramientas CAD y uno de los softwares más extendido es AutoCAD 2D. Se emplea especialmente para dibujar planos detallados en arquitectura e ingeniería civil, así como diseñar circuitos electrónicos. • Software CAD 3D: permiten crear objetos en tres dimensiones como, por ejemplo, piezas para máquinas a nivel industrial. Se trata de programas más avanzados como SolidWorks y Autodesk Fusion 360. Este último destaca por su integración en la nube y herramientas colaborativas. • CAD paramétrico: el diseño paramétrico es una técnica de modelado 3D dentro del campo del CAD, donde se van introduciendo datos en el programa y este los convierte en un modelo tridimensional manteniendo sus relaciones paramétricas, lo que resulta valioso para productos complejos. El CAD paramétrico más generalizado es Siemens NX por su aplicación en la ingeniería mecánica y la automoción. • Modelado directo: Estas herramientas destacan por su utilidad en la impresión 3D y su implicación en proyectos de diseño de objetos. Este software nos permite editar cualquier modelo 3D de una manera intuitiva y sencilla lo que facilita su manejo incluso a edades más tempranas. Como ejemplo de estos programas encontramos Tinkercad.

GCRD Busca al menos un ejemplo de objeto que haya sido impreso con cada uno de los tipos de impresora 3D que hemos visto, indicando para qué se utiliza ese objeto.

2 Indica en los siguientes casos qué tipo de herramienta CAD se debe utilizar: a) Imágenes de una vivienda para visualizarla en una inmobiliaria antes de su venta. b) Plano de una vivienda para entregar a los obreros que van a comenzar su construcción.

c) Un llavero con tu nombre para identificarlo. d) Férula a medida impresa con 3D para inmovilizar un brazo roto. e) Figuritas típicas que se colocan en el interior de los roscones de Reyes. 3

En situación Para diseñar tu organizador de escritorio, ¿qué tipo de herramienta CAD crees que puede ser la más apropiada? ¿Y qué tipo de impresora 3D podrías utilizar? Reflexiona y comparte tu punto de vista con tus compañeros y compañeras.

Diseño en herramientas CAD

2.3 Herramientas CAD más extendidas Tinkercad Desarrollado por Autodesk, es un software CAD en línea que destaca por su alta accesibilidad y sencillez de uso. Está dirigido a principiantes, lo que lo convierte en una elección excelente para estudiantes y entusiastas del diseño. Sus características más destacadas son: • Accesibilidad: al tratarse de una herramienta basada en la web, Tinkercad no necesita ser descargado ni instalado en tu ordenador. Se accede a través de cualquier navegador web de forma gratuita. • Facilidad de uso: su interfaz de usuario es intuitiva y amigable de tipo arrastrar y soltar, lo que facilita ir creando modelos 3D sin tener conocimientos técnicos ni experiencia previa en diseño CAD. Por este motivo es una gran opción para estudiantes y personas que deseen aprender sobre diseño 3D. • Modelado directo: cualquier objeto puede modelarse y editarse de manera flexible y sencilla. De esta manera podemos realizar cambios en nuestros modelos 3D de forma intuitiva y rápida. • Biblioteca de componentes: nos proporciona una amplia biblioteca de figuras y objetos predefinidos, así como elementos de electrónica. Podemos utilizar cualquiera de estos componentes tan solo arrastrándolos y soltándolos en el área de diseño. • Herramientas básicas: permite realizar composiciones complejas a partir de formas geométricas básicas gracias a las operaciones de unión y sustracción. • Diseño en la nube: todos los diseños creados se almacenan directamente en la nube, por lo que podemos acceder a ellos desde cualquier ordenador. • Compatibilidad con impresión 3D: nuestros proyectos 3D se pueden exportar en formato compatible con una impresora 3D para poder imprimirlos.

Fusion 360 Fusion 360, al igual que Tinkercad, también está desarrollado por Autodesk, aunque se trata de un software CAD mucho más avanzado. El uso de esta herramienta está extendido entre profesionales del mundo del diseño y la ingeniería. Sus características clave son: • Modelado y diseño paramétrico: permite el modelado paramétrico, es decir, que se pueden aplicar relaciones y restricciones de parámetros entre las diferentes partes del modelo, facilitando así su modificación. Esto resulta especialmente útil en proyectos que requieren cambios frecuentes. • Modelado 3D integral: es ideal para generar modelos 3D complejos, desde piezas individuales hasta ensamblajes que son utilizados en el diseño industrial, ingeniería y arquitectura. • Simulación y análisis: ofrece la posibilidad de simular y analizar el funcionamiento de los proyectos en condiciones reales. Se pueden simular pruebas de resistencia, térmicas y dinámicas para comprobar determinados requisitos antes de fabricar el objeto.

2 • Renderizado y animación: es posible renderizar los objetos para crear imágenes realistas de cada proyecto y animarlo para ver el movimiento y el funcionamiento de los ensamblajes. • Colaboración en equipo: es una herramienta basada en la nube, lo que ofrece la posibilidad de trabajar en equipo en el mismo proyecto en tiempo real. • Compatibilidad con Impresión 3D: los proyectos se pueden exportar en formato STL, habitualmente utilizado por las impresoras 3D. • Estudiante y licencias de inicio empresarial: como estudiante puedes beneficiarte de su versión gratuita pudiendo acceder a muchas de las características de la aplicación.

SketchUp SketchUp es un software de modelado 3D desarrollado por Trimble Inc. Es conocido por su facilidad de uso y su versatilidad para ser utilizado en arquitectura, diseño de interiores, diseño de productos, y una gran variedad de áreas. Sus características clave incluyen: • Diseño intuitivo: se pueden crear líneas, arcos y diversas figuras de una forma sencilla, así como una amplia gama de objetos y, posteriormente, convertirlos en modelos 3D. • Creación de estructuras 3D: este software es ideal para la creación de estructuras arquitectónicas y modelos 3D detallados de edificios, incluyendo interiores, exteriores y paisajes debido a la variedad de acabados y texturas que permite añadir a los objetos. También incluye herramientas para realizar tareas de pintura, medición y desplazamiento. • Biblioteca de objetos: una gran ventaja es que este software cuenta con una extensa biblioteca de modelos gratuitos, conocida como 3D Warehouse. • Extensibilidad: existen diferentes versiones en función del perfil de usuario que seas, desde una versión gratuita hasta la versión Pro, que es la más completa. • Conexión con la comunidad: la herramienta tiene una comunidad muy activa de usuarios y un almacén de componentes 3D, lo que facilita la descarga de modelos y recursos compartidos. • Integración de Google Earth: esta herramienta está integrada con Google Earth, lo que permite ver los proyectos desde el smartphone y geolocalizarlos en su ubicación real.

Práctica guiada Fabricación de un objeto por capas Para entender mejor el concepto de la superposición de capas propia de la impresión 3D, te proponemos la siguiente actividad. 1

Busca un animal que habite en tu comunidad autónoma.

A continuación, realiza un dibujo que represente a ese animal tridimensionalmente.

El siguiente paso será imaginar que lo construyes a base de capas, utilizando láminas de cartón corrugado.

Dibuja cada capa sobre el cartón y recórtalas para posteriormente superponerlas todas.

Diseño en herramientas CAD

En situación Te proponemos que diseñes tu organizador de escritorio con Tinkercad. Es mejor que pienses en algo formado por módulos independientes que puedas ordenar a tu gusto. Comienza haciendo cubos que irás vaciando, ayudándote de figuras huecas. Estos pueden servirte para colocar tus bolígrafos en orden. A continuación, construye una pequeña superficie plana con algo de inclinación para que puedas poner tu teléfono móvil. Acuérdate de dejar un pequeño hueco en la base para que puedas pasar el cable de tu cargador. Completa tu organizador con una pequeña bandeja en la que dejar pequeños objetos. Como reto, diseña un módulo que tenga cajones extraíbles. No olvides que los cajones tendrás que diseñarlos con un tamaño ligeramente menor al de los huecos donde irán alojados. Puedes utilizar este ejemplo para que te sirva de inspiración en tu diseño.

Descubre otras herramientas para diseñar y modelar en 3D con las presentaciones «Herramientas online para el modelado 3D» y «Herramientas para modelado en 3D» de anayaeducacion.es.

2.4 Diseño en herramientas CAD para impresión 3D Vamos a detenernos en el desarrollo de un diseño utilizando una herramienta CAD de acceso gratuito: Tinkercad. Enseguida te darás cuenta de su sencillez y podrás crear estructuras complejas a partir de otras más sencillas. Podemos acceder a esta plataforma de diseño CAD a través de cualquier navegador entrando en el sitio web de Tinkercad (www.tinkercad.com). Registrarse es totalmente gratuito. Una vez iniciada la sesión pulsaremos en Crear Nuevo Proyecto o Nuevo Diseño para comenzar a crear nuestro modelo. El interfaz de Tinkercad está diseñado para facilitar la incorporación de formas básicas utilizando el método de arrastrar y soltar en el área de trabajo. Cuando creamos un proyecto nuevo, Tinkercad lo nombra de manera aleatoria. Debemos modificar dicho nombre si queremos saber posteriormente a qué figura se refiere el archivo. Como ejemplo, arrastra un cubo al área de trabajo.

Redimensionar

Mover

Una vez que estés en el área de trabajo, puedes modificar sus dimensiones tan solo clicando y arrastrando los puntos de control.

Para desplazar la figura a otra posición tan solo tienes que pinchar sobre ella y, sin soltar, llevarla hacia la nueva ubicación.

Rotar

Agrupar

Las dos pequeñas flechas curvadas que aparecen alrededor de la figura sirven para girarla sobre los ejes X e Y. Para girar la figura sobre el eje Z, es necesario cambiar el ángulo de visualización en la esquina superior izquierda.

Para crear estructuras más complejas, tendrás que ir agrupando objetos con formas básicas. Selecciona los objetos que quieras agrupar manteniendo pulsada la tecla Mayúscula y elige la opción Agrupar.

Conservar el color de las figuras

Restar

Una vez unidas las figuras, el objeto tendrá un color uniforme en toda la pieza. Si quieres seguir manteniendo diferentes colores en cada pieza tendrás que pulsar sobre Forma → Sólido → Multicolor.

Si lo que quieres es restar una forma sobre la otra, tienes que cambiar a hueca la forma que será la que sirva de recorte.

Restar

Alinear

Una vez cambiada la forma tan solo tienes que unirlas empleando la opción Agrupar tal y como hemos visto anteriormente y conseguirás recortar tu pieza. Modificando el punto de vista, podrás apreciar el cambio que ha sufrido la figura en todas sus caras.

Esta opción solo está habilitada cuando hemos seleccionado al menos dos figuras. Al pulsar sobre el botón Alinear se activarán tres puntos negros en cada eje para alinear las figuras en el lugar deseado (centro, borde cualquiera y altura en el eje vertical).

Explora

Guardar y exportar

Prueba a modificar la perspectiva de visualización. Investiga la función de las herramientas plano de trabajo, regla y notas. Comparte los aprendizajes.

Al ser un programa en línea, no es necesario guardar los avances ya que los cambios se van guardando regularmente. Una vez que tengamos terminado nuestro diseño, lo podemos exportar en formato OJB, STL o GLB.

3 Preparación de archivos para impresión 3D

3.1 Formatos de archivo para impresión 3D Existen varios formatos de archivo utilizados para la impresión 3D, y algunos de los más comunes son: • STL (Stereolithography): este es el formato más utilizado en la impresión 3D debido a su simplicidad y compatibilidad con prácticamente todas las impresoras 3D del mercado. La distribución de los archivos STL representa la geometría de un objeto tridimensional, pero no contiene información relativa al color ni a la textura. • OBJ (Object): los archivos OBJ son otra forma común de representar modelos 3D. Pueden contener información sobre la geometría y el color del objeto, lo que los hace más versátiles para aplicaciones de impresión 3D y gráficos en 3D.

Práctica guiada Es importante que entiendas cómo la configuración de la altura de capa y la densidad de relleno afecta a tus impresiones.

• 3MF (3D Manufacturing Format): se trata de un formato relativamente nuevo. Almacena información completa sobre el modelo como el color, la textura y otras propiedades del objeto. • AMF (Additive Manufacturing File Format): es un formato similar al STL, pero más complejo. Permite almacenar información adicional, como colores y materiales, lo que lo hace más práctico cuando se trabaja con impresiones 3D más avanzadas. • STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data): no es en sí un tipo de formato específico de la impresión 3D, aunque sí que se utiliza para especificar modelos 3D de manera precisa.

3.2 Preparación de archivos para impresión 3D Para que puedas apreciar las diferencias, te proponemos que vayas modificando estos parámetros de impresión sobre una misma pieza, y observes las diferencias en la cantidad de filamento utilizado y en el tiempo de impresión: • Diferentes alturas de capa con la misma densidad de relleno. – Densidad de relleno: 5 %. – Altura de capa: 0,25 mm / 0,15 mm / 0,05 mm. • Misma altura de capa con diferentes densidades de relleno. – Altura de capa: 0,15 mm. – Densidad de relleno: 25 % / 40 % / 70 %. ¿Con qué combinación obtienes un tiempo de impresión mayor? ¿Y menor? ¿Cuál utilizarías si necesitaras ahorrar filamento?

Este procedimiento consiste en transformar el modelo tridimensional en un formato que la impresora 3D pueda entender y utilizar para llevar a cabo la impresión del objeto. Existen una serie de parámetros cuya configuración debemos conocer para poder obtener una impresión que se adapte al proyecto. • Densidad de relleno: se refiere a la cantidad de espacio dentro del objeto que rellenaremos con el material de impresión. Este parámetro va desde el 0 %, donde el objeto internamente estaría hueco, hasta el 100 %, que significa que imprimiremos un objeto totalmente macizo. Lo habitual es moverse en densidades entre 20 % y 30 % que aportan buena estabilidad y resistencia al objeto ahorrando gran cantidad de material. • Altura de capa: determina la altura o el grosor de cada capa que la impresora 3D irá depositando a medida que hace el barrido de impresión del objeto. Un valor muy bajo, como 0,1 mm, nos dará un acabado muy suave y una impresión con gran cantidad de detalles, pero la impresión tardará mucho más en estar terminada. Por otro lado, valores algo más altos, como 0,3 mm, recortan el tiempo de impresión, pero la calidad de nuestro acabado puede ser algo más pobre perdiendo detalles importantes. • Velocidad de impresión: este parámetro determina la velocidad de movimiento de los motores XYZ de la impresora 3D a medida que deposita el material. Una velocidad menor nos proporciona un acabado de mayor calidad.

2 • Soportes de impresión: son estructuras adicionales que se imprimen junto con la pieza principal y que se utilizan para sostener partes de la pieza que sobresalen evitando que se deformen durante la impresión. Existen varios tipos de soporte: – Soportes de tipo árbol: son soportes finos y ramificados cuya forma se asemeja a la de un árbol. Son adecuados para modelos con detalles delicados y pequeñas áreas de contacto.

Soporte de tipo árbol

– Soportes de tipo rejilla: junto con los de tipo árbol son los más utilizados. Tienen forma de rejilla que proporcionan un buen equilibrio entre soporte y facilidad de eliminación. Su uso es adecuado para la mayoría de las aplicaciones. – Soportes de tipo columna: son soportes con forma de columna. Se utilizan en áreas de gran extensión y en modelos pesados o grandes, ya que son más sólidos. – Soportes de tipo densidad variable: al contrario que el resto, estos soportes ajustan automáticamente su densidad según las necesidades del modelo. Son especialmente útiles cuando se quiere minimizar el desperdicio de material.

Soporte de tipo columna

¿Qué te hace decir eso? De estos objetos, indica cuáles crees que deben imprimirse utilizando soportes: a)

Soporte de tipo rejilla c)

En situación A la hora de diseñar tu organizador de escritorio te habrás dado cuenta de que está formado principalmente por paredes. Esto significa que no tendrás mucho problema en seleccionar el tipo de relleno ya que no es un punto importante a la hora de imprimir tu pieza. Sin embargo, si lo que pretendes es obtener un acabado suave y bien definido, recuerda que un tamaño de capa menor mejora la estética de la pieza impresa.

5 ¿Qué configuración de altura de capa, velocidad de impresión y densidad de relleno crees que debería tener una pieza que vayamos a imprimir para utilizarse como prototipo? ¿Y si fuésemos a imprimir el objeto definitivo? 37

4 Configuración de la impresora 3D

Para obtener impresiones de alta calidad, es fundamental dominar la configuración de la impresora 3D y saber elegir el material adecuado.

4.1 Configuración de la impresora 3D Para saber cómo configurar una impresora 3D, debemos conocer cuáles son sus partes fundamentales: • Cama de impresión: es la superficie sobre la que se va a imprimir el objeto. Puede ser una placa de vidrio, aluminio o una superficie de construcción especializada. Debe estar perfectamente nivelada y tener la temperatura adecuada para garantizar una buena adhesión de la primera capa de impresión. Ciertos materiales, como el PLA, requieren que la cama esté caliente (heated bed) para poder adherirse correctamente. • Extrusor: también conocido como cabezal de impresión, es la parte encargada de fundir el material de impresión e irlo depositando capa a capa. La mayoría de las impresoras solo tienen un extrusor mientras que las más avanzadas presentan dos o más extrusores para poder imprimir simultáneamente en varios colores o materiales. Está formado por una boquilla caliente o hotend que funde el material de impresión y un motor de extrusión que empuja o tira del filamento hacia la boquilla. • Ejes y motores: las impresoras 3D tienen al menos tres ejes (X, Y y Z). Los motores controlan el movimiento del cabezal de impresión a lo largo de la superficie de la plataforma de impresión. • Fuente de alimentación: es la encargada de suministrar energía a todos los componentes de la impresora: la calefacción de la cama, los motores de movimiento, el extrusor y la electrónica. • Estructura: es el armazón que sostiene y mantiene unidos a todos los demás componentes. Generalmente está fabricado en metales ligeros y plásticos para proporcionar consistencia y solidez. • Soporte de bobina: es un dispositivo que se utiliza para contener y guiar el filamento de material de impresión desde la bobina de filamento hasta el extrusor de la impresora. Mantiene la bobina de filamento en su lugar y asegura una alimentación constante.

Soporte de bobina

Eje Z

Eje X

Extrusor Cama caliente Estructura

Fuente de alimentación

Eje Y

Electrónica y pantalla

2 Una vez identificadas sus partes, veamos cómo ajustarlas.

Impresión 3D y emprendimiento

Nivelación de la cama de impresión Este paso es crítico en el proceso, ya que nos asegurará que la primera capa de impresión sea uniforme y se adhiera correctamente a la cama. Dependiendo del modelo de impresora, la nivelación es manual, automática o híbrida. Lo habitual es ajustar la posición de la cama subiendo o bajando de manera precisa en diferentes puntos de esta con ayuda de unos tornillos de nivelación. Una vez nivelada la cama se debe hacer una prueba de impresión simple que tenga una superficie extensa; por norma general se suele utilizar una lámina delgada que cubra el máximo de la superficie de impresión.

Raquel Serrano Lledó es una ingeniera española, directora y fundadora de la empresa Fiixit, dedicada a la fabricación de férulas impresas en 3D a medida. El sistema que sustituye a las escayolas permite a los pacientes mantener una higiene normal mejorando su calidad de vida.

Calibración de la impresora Este proceso conlleva ajustar diferentes parámetros de la impresora para obtener impresiones precisas; veamos algunos importantes: • E-Step Calibration: regula la cantidad de filamento que se extruye. Existen patrones de diseños 3D que una vez impresos nos ayudan a ajustar la cantidad adecuada. • Calibración de temperatura: se trata de ajustar la temperatura tanto del hotend como de la cama de impresión dependiendo del material que vayamos a utilizar. La correcta calibración de temperatura es esencial para una buena adhesión y un buen acabado de la pieza. • Retracción: es la encargada de controlar la manera en que el extrusor deja de expulsar el filamento mientras se desplaza la boquilla. Se puede ajustar el tiempo y la velocidad dependiendo de los materiales y con ello conseguiremos minimizar los hilos no deseados en la impresión. • Velocidad de impresión: junto con la altura de la capa, será un parámetro importantísimo si queremos conseguir una buena calidad de impresión. Una impresión más lenta nos permite obtener impresiones más precisas. La calibración debe realizarse frecuentemente para mantener un buen nivel de impresión en todas tus piezas, especialmente si cambias de manera habitual de material de impresión.

6 Reflexiona: La configuración de la impresora, ¿es algo estático?, es decir, una vez hecho, no será necesario volver a cambiar los parámetros de configuración cada vez que tengas que imprimir un objeto. 7

Piensa y comparte en pareja Indica si cada una de las afirmaciones son verdaderas o falsas: a) La fuente de alimentación calienta el material de impresión hasta fundirlo y hacer que pase por la boquilla. b) El soporte de la bobina es la parte de la impresora donde se van depositando las capas de impresión.

c) Los motores se encargan mover el cabezal de impresión en los tres ejes (X, Y y Z). d) La calidad de una buena impresión solo depende de la altura de la capa. e) La cama de impresión es una capa fina que se imprime para calibrar la impresora. f) La calibración de la retracción está relacionada con los hilos de filamento que aparecen en la impresión. g) Para garantizar una buena adhesión de la pieza, debemos ajustar la temperatura de la cama de impresión.

Configuración de la impresora 3D

4.2 Tipos de materiales para impresión 3D La elección del material de impresión es una de las decisiones más importantes que debemos tomar al configurar una impresora 3D. En función del tipo de impresora tendremos que utilizar un determinado material de impresión.

Impresión FDM • PLA (ácido poliláctico): se trata de un material biodegradable que se obtiene a partir de almidón de maíz o caña de azúcar. Es un material de manejo sencillo y fácil de imprimir, que no emite olores desagradables y que se adhiere bien a la mayoría de las camas de impresión. No resiste bien altas temperaturas. Se utiliza en la impresión de prototipos estéticos, juegos y juguetes, piezas de arte para decorar y figuras que no tengan mucho estrés mecánico. • ABS (acrilonitrilo butadieno estireno): es un material más resistente y duradero que presenta una buena resistencia al impacto y al calor. A menudo emite olores y vapores, por lo que se recomienda ventilación. Requiere una cama calefactada para su correcta adhesión y una impresora con una cámara cerrada para evitar la deformación. Se utilizan en prototipos funcionales, algunas piezas de automóviles y componentes industriales. • PETG (tereftalato de polietileno con etileno glicol): es la combinación de la facilidad de impresión del PLA junto con la resistencia del ABS. Se trata de un material duradero, resistente al agua y a los rayos UV. Presenta además una buena resistencia química. Tiene una alta transparencia y es apto para su uso en alimentación. Su uso principal es en piezas mecánicas, envases, botellas, piezas de maquinaria y aplicaciones en exteriores.

8 ¿Qué material seleccionarías para imprimir en los siguientes casos? a) Un molde para cortar galletas con formas. b) El mango de una sartén. c) Un juguete infantil. d) Las ruedas para un coche teledirigido. 9

Considerar todos los factores ¿En qué casos piensas que está desaconsejado utilizar material de impresión PLA? ¿Y material PVA? Investiga qué tipo de material para impresión 3D puede reciclarse para generar nuevas bobinas de filamento.

• PVA (alcohol polivinílico): es soluble en agua por lo que se utiliza principalmente como material de soporte en combinación con otros materiales que crearán la pieza. Una vez terminada la impresión es fácil de eliminar quedando únicamente el otro material.

Impresión SLS • Nylon: es un material fuerte y flexible con una alta resistencia al impacto y a la abrasión. También es resistente a la radiación UV, al calor, a la humedad y a la mayoría de los disolventes. Sus buenas propiedades hacen de él uno de los materiales más prácticos en el mundo de la medicina, para la construcción de piezas de maquinaria, engranajes y prototipos funcionales. • TPU (polietileno termoplástico): es un material flexible y elástico que resiste muy bien los impactos. Es un material perfecto para amortiguar vibraciones. Su uso es similar al del caucho; está presente en piezas flexibles, como fundas para teléfonos, zapatos deportivos, sellos y productos de caucho personalizados.

Impresión SLA • Resinas: nos ofrecen alta precisión, impresiones con detalles finos y un acabado de superficie liso y mate. Sus propiedades las hacen ideales para utilizarse en piezas de joyería, como prótesis en odontología y de piezas de alta calidad.

5 Impresión 3D Esquema de funcionamiento de la cabeza de una impresora 3D. Rodillos que empujan el filamento hacia la boquilla

Bobina con filamento de plástico Cama

Calentamiento y fusión del filamento

Detalle de la boquilla depositando el plástico fundido

Dependiendo del modelo, la cama y/o la boquilla se desplazan en la dirección de los tres ejes, X, Y, Z.

El proceso de impresión 3D es la culminación de todo el trabajo previo, donde aquellos modelos creados digitalmente, se consolidarán en un objeto físico tridimensional.

5.1 Proceso de impresión 3D por capas El proceso de impresión capa por capa consiste en la creación de objetos tridimensionales mediante la agregación de material de manera precisa y controlada, capa tras capa. En el fichero de impresión se almacena la información de la configuración de la impresión, así como las instrucciones del recorrido que realizará la impresora durante la impresión de la pieza. La boquilla se desplaza al primer punto y comienza a depositar material fundido sobre la cama de impresión. Esta primera capa se adherirá firmemente a la cama lo que servirá de base a las siguientes capas. Una vez completa la primera capa, la cama desciende en el eje Z o bien sube la boquilla (dependiendo del tipo y modelo de impresora). De nuevo, la impresora vuelve a depositar una capa de material sobre la primera que ya había impreso. Este proceso se irá repitiendo una y otra vez a medida que se va construyendo toda la pieza. La mayoría de los materiales utilizados se funden con el calor y se solidifican rápidamente al entrar en contacto con la capa anterior permitiendo una adhesión sólida entre capas. Una excepción a esto sería la impresión SLA donde es necesario exponer la pieza a luz ultravioleta para conseguir la fusión deseada. El tiempo que dura la impresión dependerá del tamaño de la pieza, de la velocidad de impresión y de la altura de capa entre otros parámetros. Una vez finalizada la impresión se debe esperar un tiempo hasta que la pieza se enfríe y solidifique completamente. Pasado este tiempo solo queda retirar cuidadosamente la pieza de la cama de impresión. En el caso de que hayamos utilizado soportes en la impresión, tendremos que retirarlos ayudándonos de las herramientas adecuadas, o bien mediante el uso de agua.

5.2 Problemas comunes en la impresión 3D Complementa la información de estas páginas consultando la infografía «El proceso de impresión 3D» y el documento «Polímeros para la impresión 3D».

A pesar de mantener correctamente nuestra impresora 3D, podemos encontrar problemas comunes que harán que no consigamos unas impresiones tan exitosas. Es importante saber identificar los problemas a los que nos enfrentamos, conocer su origen y darles solución. A continuación, vamos a enumerar esos problemas comunes en la impresión 3D y analizaremos sus posibles causas: • Atasco de material: sucede cuando el material de impresión se enfría en la boquilla y se solidifica obstaculizando un paso fluido de este. También puede suceder cuando en la boquilla hay polvo o partículas obstruyendo la salida. Para evitarlo, debemos asegurarnos de que el material esté limpio y seco antes de proceder a cargarlo en la impresora. En casos más drásticos, la solución será desmontar la boquilla y limpiarla. Un rollo de filamento en mal estado también puede atascarse en el extrusor; lo mejor es conservarlo en bolsas con cierre hermético con una bolsa desecante en el exterior.

Impresión 3D

Intuyo y deduzco Identifica el origen del problema y explica qué parámetros modificarías en cada caso: a) La pieza está rota, partida.

b) La pieza presenta bastantes hilos entre los detalles y la superficie es rugosa.

• Mala adhesión de capas: este problema se da cuando la cama está mal nivelada, la temperatura de impresión o de la cama no son correctas o hemos elegido inadecuadamente el material de impresión. Regularmente tenemos que nivelar la cama siguiendo el procedimiento específico de la impresora. Es igualmente importante comprobar las temperaturas de impresión según las recomendaciones del material. Antes de cada impresión, hay que limpiar la superficie de la cama. • Deformación de la pieza: ocurre cuando la primera capa no se adhirió correctamente provocando desequilibrio entre capas o desplazamiento del objeto durante la impresión. Otro motivo de deformación se debe a los cambios bruscos de temperatura durante el proceso de impresión. También ocurre cuando el objeto está mal diseñado o no se han utilizado soportes que se adapten a la distribución de formas y pesos. Para evitar este problema tendremos que nivelar bien la cama, evitar corrientes de aire o cambios de temperatura durante la impresión y utilizar correctamente los soportes en las piezas impresas. • Separación entre capas: se debe principalmente a una mala selección de la velocidad de impresión o temperatura. Ajustando la velocidad de impresión y la temperatura según las recomendaciones del material podremos evitar esta incidencia. • Exceso de material o hilos: esto sucede cuando la boquilla continúa extruyendo material al desplazarse de una ubicación a otra. En la configuración de la impresora podremos ajustar la velocidad de retraimiento haciendo que se detenga momentáneamente la extrusión mientras la boquilla se mueve a la nueva ubicación.

c) La pieza se ha impreso hasta la mitad.

d) Parte de la pieza aparece derretida.

• Parada de la impresión antes de tiempo: suele estar relacionado con algún problema de alimentación de filamento, un corte del suministro eléctrico o un error en el archivo. Tendremos que asegurarnos de que el filamento se encuentre en un soporte que permita que se desenrolle suavemente, verificar las conexiones eléctricas y procesar correctamente nuestros diseños en un formato de archivo estable. • Acabado rugoso o desigual: el origen principal está en la configuración de la impresora y los parámetros de impresión, como la distancia entre capas o la velocidad de impresión. Con una altura de capa más baja y una velocidad de impresión lenta obtendremos un acabado más suave. Resolver estos problemas requerirá práctica y paciencia. Sin embargo, con el tiempo, aprenderás a reconocer y solucionar estos inconvenientes, mejorando la calidad de tus impresiones 3D. Te aconsejamos que en tus primeros trabajos de impresión mantengas la atención en la pieza mientras se imprime, de manera que puedas detectar un posible fallo y detenerla a tiempo. Por norma general, un fallo en la impresión supondrá comenzar de nuevo a imprimir, aunque en algunos casos podrás imprimir la parte restante y unirla posteriormente con adhesivo. También es importante limpiar bien tanto la cama como la boquilla antes de poner la máquina en funcionamiento de nuevo.

6 Uso responsable de la tecnología en la impresión 3D Marea Plastic Es un proyecto dedicado a la recolección y procesado de desechos plásticos para crear nuevos productos de valor para la comunidad universitaria y ciudadanos malagueños. https://www.mareaplastic.uma.es/

6.1 Normas básicas de seguridad en la impresión 3D La seguridad es fundamental al trabajar con impresoras 3D, y para ello es importante tomar las medidas adecuadas para garantizar un entorno de trabajo seguro. A continuación, enumeraremos algunas de ellas: • Ventilación adecuada: como hemos visto, algunos materiales utilizados en la impresión 3D pueden, durante el proceso de impresión, emitir vapores o expulsar partículas que resulten especialmente dañinas. Cuando se trabaje con estos materiales, es esencial que la impresora 3D se encuentre en un área bien ventilada, bien utilizando un extractor o bien ventilando de manera natural. • Supervisión continua: es necesario mantener una supervisión del proceso de impresión. De esta manera podremos detectar problemas, como atascos de material, y pausar la impresión hasta solucionarlo. • Mantenimiento adecuado: como máquina de precisión que es, la impresora 3D requiere un mantenimiento periódico para garantizar su funcionamiento seguro. Este mantenimiento consistiría en limpiar regularmente los componentes que tienen más contacto con el filamento, como la boquilla o la plataforma de impresión, y revisar las conexiones eléctricas y los cables. • Seguridad eléctrica: la impresora 3D no suele cambiarse de ubicación por lo que debemos asegurarnos al instalarla de que esté conectada a una toma de corriente con conexión a tierra y de que no haya peligro en el uso de cables o enchufes. • Almacenamiento de materiales: algunos materiales de impresión absorben la humedad ambiente modificando su grosor y con ello afectando a la calidad de la impresión o provocando problemas en el proceso de extrusión. Se recomienda almacenar estos materiales en un lugar fresco y seco y hacer uso de bolsitas desecantes junto a cada rollo abierto.

6.2 Ética en la impresión 3D La impresión 3D puede tener un impacto significativo en la sociedad y en el medioambiente. La regulación de la impresión 3D representa un reto complejo debido a su capacidad para permitir la producción descentralizada de bienes de consumo. Los gobiernos se encuentran ante el desafío de establecer marcos normativos que aborden las complejidades legales y éticas de la impresión 3D, especialmente en ámbitos como la medicina, la industria y el comercio minorista. Debemos respetar los derechos de autoría y la propiedad intelectual. Al igual que sucede con el uso de una imagen de internet o con la reproducción de una canción, no podemos copiar ni reproducir objetos que estén protegidos por derechos de autoría sin el permiso adecuado de la persona titular. No podemos diseñar o imprimir objetos peligrosos o ilegales. Esto incluye cualquier arma de fuego, armas blancas, dispositivos peligrosos o cualquier otro objeto que pueda infringir la ley o poner en riesgo a las personas.

7 Aplicaciones prácticas de la impresión 3D

El desarrollo de la impresión 3D ha impactado en nuestro día a día, pero especialmente en la industria, al ofrecer numerosas aplicaciones nuevas, una mayor capacidad de adaptación a las necesidades individuales, mejoras en la productividad y oportunidades para la innovación. A continuación, vamos a ver algunos ejemplos de cómo se ha introducido la impresión 3D en estos dos contextos:

Vida cotidiana • Prótesis personalizadas: la impresión 3D ha permitido desarrollar prótesis individualizadas y accesibles a aquellas personas que han sufrido la pérdida de alguna extremidad. Sin duda, este avance ha mejorado de manera significativa la vida de estos pacientes. • Diseño de moda: la impresión 3D se utiliza para crear principalmente accesorios exclusivos en el mundo de la joyería. También se ha implementado su uso en el diseño de vestidos de alta costura, gafas y complementos. • Diseño de interiores: la creación de lámparas y elementos decorativos también se nutre de la impresión 3D para personalizar espacios a las necesidades de cada hogar. • Maquetas arquitectónicas: muchos profesionales de la arquitectura aprovechan la impresión 3D para construir maquetas de sus proyectos, facilitando la visualización a los clientes. • Juguetes personalizados: es posible imprimir juguetes educativos personalizados ayudando a niños y a niñas a aprender jugando de una manera interactiva.

Industria • Aeroespacial: la diversidad de materiales que utiliza la impresión 3D permite fabricar componentes aeroespaciales ligeros y resistentes, como piezas de motor y estructuras de aeronaves. • Automoción: se utiliza para construir alguna pieza (llantas, alerones...) para los automóviles, para personalizar algún componente, pero principalmente para realizar prototipos de vehículos. • Odontología: es de los campos que más aprovecha la impresión 3D. Se realizan prótesis dentales, alineadores de ortodoncia, coronas y puentes de una manera personalizada. • Industria médica: los últimos avances de impresión 3D permiten imprimir modelos de órganos y tejidos que se utilizan para practicar antes de realizar una cirugía en pacientes reales. También se imprimen algunos implantes que sirven de apoyo estructural. • Industria alimentaria: aunque está aún en un proceso de desarrollo, se están creando impresiones 3D de alimentos, como, por ejemplo, filetes, pizzas o figuras de chocolate. En la actualidad se utilizan para crear sencillas decoraciones comestibles. • Construcción: aprovechando las propiedades físicas del hormigón, se está comenzando a utilizar la impresión 3D para construir edificios de pequeño tamaño. Los campos de aplicación son sumamente variados; al tratarse de una tecnología relativamente novedosa, todavía quedan muchas líneas de investigación por explorar.

Práctica guiada Elaboración de una celosía mozárabe con SketchUp Basándote en las celosías estilo mozárabe que podemos encontrarnos en la comunidad autónoma de Andalucía, elabora una personalizada. Para ello, establece un módulo que se vaya superponiendo entre sí para formar una estructura compleja. A continuación, te mostramos un ejemplo de cómo se va creando una celosía a partir de una estrella. 1

Comienza dibujando una estrella de ocho picos. A continuación, halla su centro uniendo vértices opuestos como se muestra en la figura.

2 Selecciona la estrella con el icono del cursor y cópiala a un lado (CTRL+C para copiar y CTRL+V para pegar). Asegúrate de que no se solapen, de lo contrario te darán problemas cuando vayas a moverlas.

Escala la estrella que has duplicado para que sea de un tamaño un poco mayor que la original. Puedes hacerlo apretando la tecla S de tu teclado y arrastrando los punteros que aparecen en la esquina de la imagen. 3 Ahora mueve la estrella grande tomando como punto de referencia el centro de esa estrella, hasta que esta se coloque en el centro de la estrella pequeña original.

4 Borra todas las superficies que no sean necesarias. Puedes usar la goma de borrar o seleccionar lo que deseas eliminar y presionar la tecla Delete o Suprimir del teclado. En este punto deberías tener una estrella doble como la que se muestra en la imagen. 5 A continuación, selecciónala. Copia la estrella original al lado y muévela hasta que se solapen. En este caso se ha tomado como referencia los vértices interiores y exteriores de una de las puntas convexas para hacer el solapamiento. 6 Repite el paso anterior hasta tener tres estrellas unidas en la misma fila. Crearás así una segunda fila de estrellas, todas ellas solapadas entre sí con las que están a su lado y las que están en la fila superior. 7 Asegúrate de borrar las líneas que son auxiliares y que solo servirán para ensuciar el trabajo, puesto que estas líneas hacen que la superficie azul esté fragmentada. 8 Para darle un poco de color, ve a la pestaña de materiales y elige el que más te guste. Para pintar el diseño, tienes que colocar el extremo del bote de pintura sobre la superficie creada.

PORFOLIO ¿Qué has aprendido? Introducción a la impresión 3D 1 Explica brevemente las diferencias entre los tres tipos principales de impresoras 3D.

Diseño en herramientas CAD 2

Organizo y defiendo la postura ¿Qué ventaja presenta el software CAD paramétrico frente al de modelado directo? ¿Y qué desventaja tiene?

3 Enumera tres puntos destacados de Tinkercad. 4 Si tuvieses que hacer un diseño paramétrico, ¿qué herramienta elegirías: Tinkercad, Fusion 360 o SketchUp? Razona tu respuesta.

15 ¿Qué ventajas tiene una cama de impresión calefactada frente a una que no lo es? 16 ¿Qué es el PLA? ¿Y el ABS? 17 Una impresora bien calibrada, ¿es garantía asegurada de que la impresión no tendrá ninguna incidencia? ¿Por qué?

Impresión 3D 18 ¿Por qué se produce una mala adhesión de capas? ¿Cómo se puede solucionar?

Uso responsable de la tecnología 19

5 ¿Qué hay en la Biblioteca de objetos de SketchUp?

Preparación de archivos para impresión 3D 6 Nombra al menos dos formatos de archivo para impresión 3D. 7 ¿Cuál es el formato de archivo para impresión 3D que más se utiliza actualmente? 8 ¿Cómo se llama el elemento que ayuda a sujetar partes de una pieza para que puedan imprimirse cuando estas sobresalen del conjunto del objeto? 9 Si quieres imprimir una figura que esté completamente hueca, ¿qué porcentaje de densidad de relleno debes poner en la configuración? 10 Para obtener una figura con mucho nivel de detalle, el valor de la altura de capa, ¿deberá ser muy alto o muy bajo?

Considera todos los factores Nombra tres ventajas de la utilización de la impresión 3D frente a los métodos de fabricación tradicionales.

20 Ahora enumera tres ventajas de la fabricación tradicional frente a la impresión 3D. 21

VET Piensa y reflexiona. ¿Cómo podría la impresión 3D influir en la forma en que diseñamos y fabricamos productos en el futuro?

22 Investiga cómo la impresión 3D está siendo utilizada en la elaboración de prótesis dentro del campo de la medicina. Piensa en ejemplos específicos de cómo esta tecnología puede beneficiar a los usuarios de estas prótesis. 23 ¿Qué impacto crees que la impresión 3D podría tener en el medioambiente en comparación con métodos de fabricación convencionales? 24

11 Si vas a imprimir un prototipo, ¿qué altura de capa deberías utilizar 0,1 o 0,3 mm?

1-2-4 ¿Piensas que es necesario legislar el diseño y uso de impresión 3D para limitar la fabricación de objetos potencialmente peligrosos?

12 ¿Cómo afecta la calibración de la retracción en la calidad de impresión?

25 ¿Piensas que la impresión 3D es una tecnología sostenible que produce pocos residuos o, por el contrario, es necesario que evolucione?

13 Nombra las tres variables principales que determinan el tiempo de impresión de una pieza.

Aplicaciones prácticas de la impresión 3D

Configuración de la impresora 14 ¿Cómo se llama la parte de la impresora 3D encargada de fundir y expulsar el filamento e ir depositándolo capa a capa?

Mesa redonda Reflexiona sobre cómo se podría utilizar la impresión 3D de solucionar problemas humanitarios, como la falta de vivienda o la escasez de medicinas en las regiones más pobres.

27 Emplea un software CAD 2D para crear los planos de la torre del Oro de Sevilla. A continuación, haz el diseño utilizando un software CAD 3D.

Es hora de aplicar lo aprendido, para ello tendrás que fabricar el organizador de escritorio que te propusimos al inicio de la unidad. Sigue estos pasos: 1 Bocetos iniciales Te recomendamos que utilizando lápiz y papel hagas algunos bocetos a mano alzada que te ayuden a tener una idea más clara de lo que pretendes diseñar. 2 Selección del programa CAD 3D Una vez que tengas claro el diseño, deberás seleccionar el programa CAD que mejor se ajuste a tus necesidades. 3 Diseño digital de la pieza No te preocupes si al principio te resulta algo complejo manejar el programa de diseño 3D, con un poco de práctica llegarás a dominarlo. 4 Configuración del archivo para imprimir Piensa en la orientación que le darás a la pieza sobre la cama para utilizar el menor número posible de soportes. Recuerda guardar el archivo en el formato correspondiente para que pueda ser fabricado en tu impresora 3D.

5 Configuración de la impresora Comprueba que la cama esté limpia y que el extrusor no tenga plástico que bloquee la salida del filamento. Realiza frecuentemente un mantenimiento de las piezas de engranaje para evitar que la máquina se deteriore. 6 Imprime tu pieza ¡Ahora sí! Ha llegado el momento de imprimir. Mantén la atención en la impresión por si surgiera algún problema poder solventarlo a tiempo y, sobre todo, ¡disfruta del proceso que es hipnótico!

Situación de aprendizaje

¡ACTÚA !

Diseña tu organizador de escritorio

7 Retira la pieza de la impresora Una vez finalizada la impresión espera a que la boquilla deje de moverse y retira la pieza de la cama. Hazlo con fuerza, pero con cuidado, ya que en este momento del proceso se pueden generar roturas no deseadas. Si la cama es calefactada es mejor que esperes a que esta se enfríe antes de separar el objeto. 8 Retira los soportes En caso de que se hubiera impreso una pieza con soportes, será necesario que los retires. Ayúdate de unos alicates pequeños, no deberían estar demasiado pegados por lo que será fácil retirarlos.

¿Cómo has aprendido? En esta unidad te has sumergido en el maravilloso mundo de la impresión 3D. Reflexiona sobre tu aprendizaje rellenando el cuestionario y la rúbrica disponibles en anayaeducacion.es. 47

Power

STEAM PROTAGONISTA

ADRIAN BOWYER Adrian Bowyer provocó una auténtica revolución tecnológica cuando decidió crear algo que pudiera duplicarse a sí mismo: una impresora 3D autorreplicante. Nacido en Londres en 1952, Bowyer es un ingeniero, matemático y profesor universitario en la Universidad de Bath. Aunque se lo conoce por ser uno de los autores, junto a David Watson, del algoritmo de BowyerWatson, su principal contribución a la historia de la tecnología fue el proyecto RepRap.

GRANADA

RepRap es la abreviatura de «Replicating Rapid-prototyper». La idea era simple, pero revolucionaria: crear una impresora 3D que pudiera imprimir casi todas las partes necesarias para construir otra impresora 3D. Esto volvió más accesible la impresión 3D, permitiendo que todo el mundo pudiese aportar mejoras y compartir diseños libremente.

El impacto social de su proyecto es enorme. Ha hecho posible que comunidades con recursos limitados puedan acceder a tecnologías vitales para fabricar todo tipo de cosas, desde prótesis médicas hasta herramientas agrícolas. A través del proyecto RepRap ha abierto nuevos caminos para la fabricación y la distribución descentralizada, democratizando el acceso a la tecnología y ofreciendo soluciones prácticas para todo tipo de comunidades, incluso las más desfavorecidas.

POWER SKILLS!

IDAD S O I CU R E ÉTICO ENFOQU AJO TRABAJAR B PRESIÓN

CENTRO DE INVESTIGACIÓN

En su trabajo, Bowyer desplegó una notable capacidad para resolver problemas y una curiosidad insaciable que le llevó a cuestionar los límites de la tecnología y la colaboración. Además, su capacidad de trabajar bajo presión y su enfoque ético del trabajo le permitieron enfrentarse a los desafíos éticos y logísticos que implica crear una tecnología autorreplicante.

BIOFAB I3D El laboratorio de Biofabricación y Bioimpresión 3D de Granada, conocido como BioFab i3D, es un centro de innovación tecnológica orientado a las tecnologías de biofabricación avanzada para su aplicación en medicina regenerativa y la lucha contra el cáncer. Este laboratorio alberga equipos de impresión 3D y biofabricación con el objetivo de crear biomodelos personalizados, dispositivos biomédicos y la bioimpresión 3D de tejidos a diferentes escalas, desde macro hasta nano. La tecnología de la que dispone es considerada como «tecnología facilitadora esencial», ya que combina fotónica, fabricación avanzada, biotecnología, biomateriales avanzados, nanotecnología y nanoelectrónica.

MI PROFESIÓN

ESPECIALISTA EN MATERIALES DE IMPRESIÓN 3D Lo que realmente me emociona de mi trabajo es la magia de convertir algo ordinario en extraordinario. Imagina cómo te sientes al usar cáscaras de naranja para crear una prótesis de mano o los restos de tu café matutino para fabricar un juguete. No solo estamos innovando, sino también contribuyendo a un mundo más sostenible. Y sí, cada vez que lo hago, siento que estoy dejando mi huella (literalmente) en un material nuevo y emocionante.

Hola, me llamo Tamara y soy especialista en materiales de impresión 3D. Mi trabajo consiste en desarrollar diferentes materiales, como polímeros, metales y cerámicas, para que sean utilizables en impresoras 3D. Para ser especialista en esta área, he estudiado Ingeniería de Materiales, aunque otras personas han optado por estudiar Química o incluso Física Aplicada. Es una carrera que requiere una mezcla de conocimientos de ciencia y tecnología para entender las propiedades de los materiales y cómo modificarlas.

CREA TUS PROPIAS ZAPATILLAS Imagina que te has especializado en materiales de impresión 3D y te encargan diseñar una nueva zapatilla deportiva, hecha con material ultraligero y resistente.

Trabajo en un laboratorio de investigación, pero los especialistas en este campo también pueden ser contratados en industrias de todo tipo. En mi día a día, experimento sobre todo con materiales reciclados para evaluar su rendimiento en la impresión 3D. Necesito varios equipos de análisis y pruebas para realizar mi labor.

1 Diseña un boceto en papel o en un programa de diseño. 2 Utiliza plastilina o arcilla para modelar un pequeño prototipo de la suela. Observa cómo se apoya en una superficie y, si es necesario, modifica tu diseño.

En esta profesión, la adaptabilidad y la capacidad para resolver problemas son habilidades fundamentales. La tecnología cambia rápidamente, y necesitas adaptarte continuamente. También requiere un nivel alto de autoconocimiento. Hay que saber reconocer cuándo una idea no funciona, por mucho que creas en ella, y tener la humildad de empezar de nuevo.

3 Investiga en internet los diferentes tipos de materiales que podrían usarse para imprimir tu zapatilla en 3D. ¿Qué material usarías y por qué? ¿Qué coste aproximado tendría la producción de 1 000 unidades? 4 Comparte en clase tu diseño final y la lista de materiales, y debatid sobre las ventajas y las desventajas de los distintos materiales elegidos.

¿SABÍAS QUE...? POWER SKILLS!

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El primer material que se utilizó en la impresión 3D fue un fotopolímero, una resina que se endurece con luz. Este material fue clave para el desarrollo de la estereolitografía, la primera técnica de impresión 3D, inventada por Chuck Hull en 1983. Esta técnica utiliza un haz de luz ultravioleta para endurecer un fotopolímero líquido capa a capa, creando así un objeto tridimensional.

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