3D-tulostus peruskoulussa

Videokooste koulullamme toteutetuista 3D-tulostusprojekteista

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.

-Jouni

http://www.lut.fi/documents/10633/335186/140512+Firpa+Annual+Meeting+2014+Mika+Salmi.pdf/3393d84c-4691-4774-90b2-0d0c844c14f1

http://www.tiede.fi/artikkeli/jutut/artikkelit/tulostin_printtaa_uuden_ihon

http://tieku.fi/teknologia/3d-tulostus/ennatys-uusi-lentokone-sisaltaa-tuhat-3d-tulostettua-osaa

http://www.mtv.fi/uutiset/kotimaa/artikkeli/imatralaislaite-on-ainoa-maailmassa-ja-saattaa-mullistaa-koko-rakennusteollisuuden/5197868

Koulumme tulostimet ovat suomalaisia Minifactoryn tulostimia.  http://www.minifactory.fi/verkkokauppa/tuote-kategoria/minifactory-3d-tulostin/

Muita koulukäytössäkin testattuja tulostinvalmistajia ovat mm. toinen suomalainen Prenta ja hollantilainen Ultimaker

 

 

Mainokset

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s