Kaupunkiprojektimme suunnitteluvaiheen jälkeen meillä kävivät vierailemassa Oulun kaupungin teknisen liikelaitoksen rakennusmestarit Jouni Heikkilä ja Lauri Nurmes. He kertoivat talonrakennuksen perusteista ja työvaiheista oppilaille. Talonrakennuksen kannalta olennaisimpia työvaiheita vierailijoidemme mukaan ovat: tontin raivaus ja maa-aineksen vaihtaminen; perustusten teko; rungon ja katon rakentaminen; eristeiden, ikkunoiden ja ovien paikalleen laittaminen; betonilaatan valaminen; väliseinien rakentaminen sekä pinta- ja viimeistelytyöt. Kuitenkin ennen näitä on kiinnitettävä huomiota moneen seikkaan, kuten huolelliseen suunnitteluun ja erilaisten lupien ja asiakirjojen hakemiseen ja laatimiseen. Tärkeimmäksi asiaksi talonrakennuksessa Heikkilä ja Nurmes nimesivät huolellisuuden paitsi suunnittelussa niin myös toteutuksessa. Näin rakennamme tarkoituksenmukaisia, kestäviä ja terveitä taloja.
Talon suunnittelu ja kestävyys. (Lähde: Jouni Heikkilän ja Lauri Nurmeksen materiaali)
Lisäksi saimme nähdä ja kuulla katsauksen omakotitalorakentamisen suunnitteluun ja trendeihin eri aikakausilta. Tällä hetkellä rakennettavilta omakotitaloilta vaaditaan tehokkuutta tilankäytön ja energiankulutuksen osalta. Näin säästetään rahaa paitsi talon rakentamiskuluissa niin myös ylläpitokustannuksissa. Lopuksi vierailijamme tutustuivat oppilaiden omiin rakennusprojekteihin ja antoivat vinkkejä talojen rakentamiseen liittyen ryhmien esittämien kysymysten pohjalta.
Eri aikakausien taloja. (Lähde: Jouni Heikkilän ja Lauri Nurmeksen materiaali)
Vierailijoiden käynnin jälkeen aloitimme varsinaiset rakennustyöt. Talojen rakennusmateriaalina käytimme sekavaneria. Aluksi oppilaat laskivat materiaalimenekin ja tekivät tilauksen tarvitsemastaan vanerimäärästä. Opettaja toimitti ryhmille tilatun määrän rakennusmateriaalia, josta oppilaat työstivät talonsa seinä- ja kattoelementit. Elemnetit yhdistettiin käyttämällä kuumaliimaa ja lopuksi viimeisteltiin maalaamalla.
Taloelementtien sahaaminen
Viimeistelyä hiomalla
Maalausvaihe
Tällä hetkellä ryhmät ovat talojen kokoamis- ja maalaamisvaiheessa. Talojen valmistuttua toteutamme piha-alueet tekemiemme pihasuunnitelmien mukaisesti, jossa käytämme monipuolisesti erilaisia materiaaleja. Tähän palataan ensi vuoden puolella.
3D-tulostus on yksi nopeimmin kehittyviä ja kasvavia valmistusteknologioita ja sen merkitys tulevaisuudessa tulee olemaan suuri. Gartnerin tutkimuslaitos rankkasi 3D-tulostuksen kolmanneksi tärkeimmäksi teknologiaksi 2014. Kyseessä on teknologia, joka tulevaisuudessa koskettaa jokaisen ihmisen elämää jollain tavalla, joten yleissivistyksenkin kannalta on hyvä tietää mistä on kyse.
3D-tulostuksen perustoimintaperiaate on kolmiulotteisen kappaleen rakentaminen kerroksittain ainetta lisäämällä. Kappale tulostetaan tietokoneella suunnitellun 3D-mallin mukaan. Toimivia materiaaleja on lukemattomia, mm. teräs, titaani, alumiini, monet muovit, lasi ja erilaiset komposiitit. (Lisää eri tulostustekniikoista ja materiaaleista, https://fi.wikipedia.org/wiki/Kolmiulotteinen_tulostus)
Tällä hetkellä 3D-tulostusta käytetään teollisuudessa ennen kaikkea tuotekehitysprojekteissa prototyyppien valmistukseen. Lisääntyvissä määrin sitä käytetään myös pienissä tuotantosarjoissa. Toisaalta tulostustekniikoiden kehittyminen mahdollistaa koko ajan uusia käyttökohteita. Airbusin uuden A350 XWB -konemallin ensimmäisessä lentovalmiissa koneessa on yli tuhat 3D-tulostimella valmistettua osaa.
Myös lääketiede on jo vuosia hyödyntänyt 3D-tulostuksen mahdollisuuksia mm. implanttien, proteesien ja yksilöllisten lastojen valmistuksessa. Itsekin tunnen useita henkilöitä, joilla on suussaan tulostettuja hampaita, jotka on asennettu esim. urheilutapaturmassa katkenneiden tilalle. Lisäksi voidaan tulostaa vaikkapa ihosoluja kerroksittain suoraan vakavaan palovammaan tai laboratoriossa toimivia verisuonia ja sydänlihasta. Visiot ovat hurjat mm. sisäelimien tulostuksen suhteen, mutta varmaa on, että tulevaisuudessa yhä useammalla meistä on kehossamme tulostamalla tehtyjä varaosia.
Rakennusteollisuus on myös ala, missä 3D-tulostuksella on valtavat mahdollisuudet. Nykyään voidaan betonista tulostaa jo kokonaisia taloja. Imatralainen yritys Fimatec on rakennustulostimien kehityksen kärkijoukoissa. Se on kehittänyt rakennustulostimen, joka tulostaa seinäelementtiin samanaikaisesti ulko- ja sisäseinää, eristettä ja asentaa raudoitukset.
Mitä hyötyä 3D-tulostuksen opettamisesta on ja mitä sen kautta voi oppia?
Tässä joitain asioita, jotka liittyvät 3D-tulostukseen ja sen avulla oppimiseen:
– Valtaosa kaikesta suunnittelusta tapahtuu nykyään tietokoneavusteisesti ja projekteissa oppilaat pääsevät siihen käsiksi 3D-mallinnuksen osalta
– 3D-mallinnus/kolmiulotteinen hahmottaminen
– geometria ja mittaaminen
– muotoilu
– materiaalitekniikka (muovit)
– erilaisia rakenteet ja lujuusoppi
– tutustuminen 3D-tulostuksen eri käyttösovelluksiin mm. teollisuudessa, lääketieteessä ja rakentamisessa
Alakoulun puolella 3D-tulostimet ovat olleet teknologiapainotteisten luokkiemme käytössä. Toteutettu on mm. kuviksen, äidinkielen ja teknisen työn yhteisprojekti, missä oppilaat käsikirjoittivat tarinan, suunnittelivat tarinan hahmojen ulkoasun sekä mallinsivat hahmot tietokoneella. 3D-mallit tulostettiin 3D-printterillä ja maalattiin, jonka jälkeen oppilaat tekivät hahmoilla animaatioelokuvan käsikirjoituksen mukaisesti. (https://rajakylatekno.wordpress.com/2014/04/09/suunnitelmasta-tuotteeksi/) Sama luokka on nyt viidennellä luokalla tekemässä kaupunkiprojektia, jossa oppilaat suunnittelevat kaupungin leikkikentille kalusteet, jotka sitten tulostetaan.
Yläkoulun puolella 3D-tulostusta on tällä hetkellä käytetty lähinnä teknisen työn opetuksessa. Seitsemännen luokan oppilaiden kanssa on harjoiteltu 3D-mallinnusta koruprojektin avulla. https://www.youtube.com/watch?v=MEcvuBwnKVM Lisäksi 8.- ja 9.-luokan valinnaisissa on tehty osia oppilaiden omiin projekteihin. 3D-tulostusta voisi hyödyntää myös kuviksen muotoiluun liittyvissä tehtävissä. Tekstiilityössä puolestaan voisi tulostaa vaikkapa uniikit napit omaan asuun ja molemmissa edellämainituissa hyödyntää tulostettuja painolaattoja ja rullia.
Kaikki lähtee liikkelle 3D-mallinnuksesta. Peruskoulukäyttöön soveltuvia ilmaisia mallinnusohjelmia on jo useita. Tällä hetkellä käytämme 3.-5. luokilla selainpohjaista TinkerCad:ia ja siitä eteenpäin SketchUpMake-ohjelmaa. Tulostimien ohjausohjelmat kehittyvät nopeasti ja ovat jo sillä tasolla, että yläkoulun oppilaat pystyvät käyttämään niitä lyhyellä perehdytyksellä. Yksi ongelma koulukäytössä on monenlaiset asetusten säädöt, jotka eivät onnistu kuin pitkän kokemuksen kautta, mutta ne on sitten opettajan hallittava. Perusjuttuja pystyy tekemään melko helposti, mutta hastaavampien kappaleiden tulostaminen, tai eri materiaalin käyttö vaatii opettajalta aikaa perehtymiseen.
Tulostusnopeus voi olla joskus pullonkaula, mutta siinä auttaa useampi tulostin. Jos koko opetusryhmä tekee jotain tulostettavaa, on pedagogisesti järkevää on olla vähintään kaksi tulostinta, joita käytetään yhtä aikaa. Seiskaluokan koruprojektissa olen rajannut kappaleen kooksi 5x40x40mm. Keskimääräinen tulostusaika projektissa on ollut n.10 min, ja kahdella tulostimella työskentely on ollut sujuvaa. Isommissa projekteissa isompien kappaleiden tulostaminen vie helposti useita tunteja, joten tulostus käynnistetään tunnilla ja sitten tehdään jotain muuta projektiin liittyvää.
3D-tulostus on hyvä apu moneen tuotesuunnittelu- ja muotoiluprojektiin. Se mahdollistaa rakenteet, joita ei ole aikaisemmin pystynyt kouluympäristössä tekemään, kuten oppilaan itse suunnittelemat persoonalliset elektroniikan laitekotelot. Oppilaiden motivaatiotaso on myös ollut tulostusprojekteissa todella korkea. Kaiken kaikkiaan 3D-tulostus avaa kokonaan uuden ja mielenkiintoisen maailman.
Olimme edustamassa Innokas-verkostoa ja Rajakylän koulua viime viikonloppuna Kastellin monitoimitalossa Pedapäivillä ja @kOulu-tapahtumassa. Ständillä esittelimme perjantain ja lauantain aikana Innokas-verkoston ja Rajakylän teknologiapainotteisten luokkien toimintaa. Innokas-verkoston järjestämistä koulutuksista ja tulevista tapahtumista kiinnostuneita oli paikalla sankoin joukoin. Ständillä esillä olivat myös Rajakylän koululla kovassa käytössä olevat Bee-Botit, Lego-robotit ja 3D-tulostin. Opettajien lisäksi paikalla vieraili myös innokkaita oppilaita sekä Oulun kaupungin ja yliopiston edustajia.
Esillä ständillämme olivat mm. Lego NXT- ja Bee-Bot -robotit sekä 3D-tulostin.
Paikalla innostumassa kävi niin opettajia kuin oppilaitakin.
Järjestimme lauantaina myös kolme Robotiikka peruskoulussa -työpajaa. Pajoihin osallistuneet opettajat saivat tietoiskun robotiikasta sekä sen merkityksestä ihmiselle ja yhteiskunnalle. Osallistujat pääsivät tutustumaan tarkemmin Legon NXT -robotteihin ja ohjelmoimaan niitä. Vaikka pajat olivat kestoltaan lyhyehköjä, saatiin robotit tottelemaan koodia ja koettiin onnistumisen elämyksiä.
Lopuksi loimme pikakatsauksen muihin opetuskäyttöön suunniteltuihin robottijärjestelmiin. Osa sai pajoista laajempaa näkemystä robotiikasta ja osalle parasta antia oli eri järjestelmien vertailu, josta sai vinkkejä oman koulun hankintoihin.
Terveisin Rajakylän koulun ja Innokas-verkoston messuedustajat:
Arto Hietapelto, Tomi Hillukkala, Jouni Karsikas ja Jussi Näykki
rajakylätekno 