Zastosowania na poszczególnych przedmiotach
Druk 3D przydaje się na każdym przedmiocie, na którym kształt ma znaczenie. Uczniowie mogą odtwarzać eksponaty muzealne, na przykład skamieniałości, i oglądać je z bliska, a na chemii pracować z przestrzennymi modelami cząsteczek. Część autorów nazywa wręcz drukarki 3D rewolucją w nauczaniu przedmiotów ścisłych.
| Przedmiot | Przykładowe wydruki | Co uczeń zyskuje |
|---|---|---|
| Matematyka | bryły, przekroje stożka, siatki wielościanów, wykresy funkcji dwóch zmiennych | widzi zależności przestrzenne, które trudno narysować |
| Biologia | modele narządów, komórek, wirusów, szkieletów | może rozłożyć model i obejrzeć wnętrze |
| Chemia | cząsteczki, sieci krystaliczne, orbitale | rozumie kąty wiązań i budowę przestrzenną |
| Geografia | mapy wypukłe, modele wulkanów, przekroje geologiczne | czyta rzeźbę terenu dotykiem i wzrokiem |
| Historia | modele zabytków, monet, narzędzi, budowli | ogląda obiekt, którego nie da się dotknąć w muzeum |
| Fizyka i technika | koła zębate, przekładnie, dźwignie, modele mechanizmów | sprawdza działanie mechanizmu w praktyce |
Modele dotykowe dla uczniów niewidomych
Grafika dotykowa, czyli obraz z wypukłą powierzchnią, przekazuje osobom niewidomym mapy, wykresy, schematy i obrazy. Tradycyjnie powstaje przez termoformowanie folii nad wzorem, na papierze puchnącym pod wpływem ciepła albo na drukarkach brajlowskich. Te metody dają wypukłości od ćwierci milimetra do około milimetra lub nieco więcej, więc dobrze oddają kontury, ale nie pełną bryłę.
Druk 3D uzupełnia je o modele przestrzenne: miniaturę budynku, rzeźby czy zabytku, model narządu lub cząsteczki, mapę z prawdziwą rzeźbą terenu. Taki model można obejrzeć dłońmi ze wszystkich stron. Przy projektowaniu warto uprościć detale poniżej progu wyczuwalności, wyraźnie oddzielić elementy i dodać opisy brajlem na podstawie. Taki model przydaje się zresztą całej klasie, bo uczniowie widzący też chętnie poznają kształt dotykiem, a nauczyciel nie musi przygotowywać dwóch różnych pomocy. Modele budynków opisuje poradnik Makiety architektoniczne z druku 3D.
Projekty uczniowskie, STEM i koła zainteresowań
Największą wartość daje druk 3D wtedy, gdy uczniowie sami projektują. Otwarte drukarki trafiają do klas właśnie po to, żeby uczniowie mogli zbudować prototyp bez drogich narzędzi. Projekt od pomysłu, przez rysunek i pomiar, do wydruku i poprawki uczy myślenia inżynierskiego lepiej niż gotowy model.
Na początek dobrze sprawdza się Tinkercad: darmowy program do modelowania 3D działający w przeglądarce, od 2013 roku należący do Autodesk. Jest szeroko stosowany w szkołach jako wprowadzenie do budowania brył z prostych kształtów i eksportuje modele do STL i OBJ. Starsi uczniowie mogą przejść do pełniejszych programów CAD, których przegląd znajdziesz w artykule programy CAD do druku 3D.
- Breloki, podstawki i tabliczki z imieniem: pierwsze ćwiczenie z wymiarów i tekstu.
- Części do robotów i konstrukcji z mikrokontrolerami: obudowy, uchwyty silników, koła.
- Rozwiązania prawdziwych problemów w szkole: uchwyt na tablet, organizer na pisaki, zaślepka do ławki.
- Projekty konkursowe i olimpijskie, w których liczy się seria prototypów.
Laboratoria Przyszłości i drukarki w szkołach
W Polsce największym programem wyposażania szkół w drukarki 3D są Laboratoria Przyszłości, ogłoszone we wrześniu 2021 roku. Program miał ponad miliard złotych z Funduszu Przeciwdziałania COVID-19 i objął szkoły podstawowe w całym kraju. Do podstawowego wyposażenia, które od 1 września 2022 roku miało być w każdej szkole podstawowej, należały drukarki 3D, mikrokontrolery i sprzęt do nagrań. Wysokość wsparcia zależała od liczby uczniów: szkoły do 100 uczniów mogły dostać do 30 tys. zł, a największe, od 235 uczniów, 300 zł na ucznia.
Drukarka w pracowni to jednak dopiero początek. Ktoś musi ją serwisować, kalibrować, kupować filament i pilnować wydruków, które trwają godzinami. Szkolne drukarki dobrze sprawdzają się przy małych projektach uczniów, gorzej przy dużych modelach i seriach. Rachunek kosztów własnej maszyny i usługi opisuje poradnik Własna drukarka 3D czy usługa druku.
Dobrą praktyką jest podział ról. Własna drukarka służy do nauki: uczniowie widzą, jak powstaje wydruk, uczą się przygotowywać plik w slicerze i poznają typowe błędy, od odklejania się pierwszej warstwy po podpory w złym miejscu. Pomoce dydaktyczne, które mają przetrwać lata, duże modele i serie dla wszystkich klas zleca się na zewnątrz albo drukuje stopniowo w okresach, gdy pracownia nie jest zajęta. Dzięki temu drukarka nie stoi bezczynnie, ale też nie blokuje lekcji przez kilkudniowe zadanie. Warto też prowadzić prosty rejestr wydruków i zużycia filamentu, żeby wiedzieć, ile materiału kupić na kolejny semestr.
Kiedy szkole opłaca się zamówić wydruk
Usługa druku przydaje się szkole, która nie ma drukarki, i takiej, która ma, ale potrzebuje czegoś ponad jej możliwości. Typowe sytuacje:
- Seria modeli dla całej klasy, na przykład trzydzieści jednakowych brył do lekcji geometrii.
- Duży model, który na szkolnej drukarce trzeba by dzielić i drukować przez kilka dni.
- Pomoce dotykowe i modele z materiału odporniejszego niż ten, którym dysponuje pracownia.
- Brak czasu lub osoby, która zajmie się serwisem i obsługą drukarki.
W automatycznej wycenie online można wgrać do 10 modeli naraz i od razu zobaczyć cenę i termin. Szkoły, uczelnie i instytucje, które zamawiają regularnie, znajdą informacje na stronie druk 3D dla firm.
Jak zaplanować serię pomocy dydaktycznych
Model, który ma służyć przez kilka lat w rękach kolejnych roczników, warto przemyśleć przed wydrukiem. Kilka decyzji podjętych na etapie pliku oszczędza poprawek i ponownych zamówień.
- Dobierz wielkość do dłoni ucznia, nie do ekranu. Bryła, którą da się swobodnie obracać w ręce, uczy więcej niż miniatura, którą trzeba oglądać z bliska.
- Rozdziel model na części, jeśli wnętrze jest równie ważne jak powierzchnia. Przekrój serca, wulkanu czy budynku można zaprojektować jako dwie połówki składane na kołki.
- Zakoduj informację kolorem: każdą część układu, warstwę geologiczną czy element cząsteczki można wydrukować jako osobny model w innym kolorze.
- Umieść opisy na modelu jako wypukły lub wklęsły napis na podstawie, żeby nie zginęły razem z kartką.
- Zamów jedną sztukę na próbę i sprawdź ją na lekcji. Dopiero po poprawkach zamów serię dla całej klasy.
- Planuj z wyprzedzeniem. Seria kilkudziesięciu modeli to wiele godzin druku, więc zamówienie złożone tuż przed lekcją może nie zdążyć.
Na uczelniach te same zasady dotyczą modeli dla studentów architektury, medycyny, inżynierii i nauk przyrodniczych. Tam druk 3D częściej służy też do prototypów w projektach badawczych i studenckich kołach naukowych, gdzie liczy się szybkie sprawdzenie kolejnych wersji konstrukcji. Medyczne i rehabilitacyjne zastosowania druku 3D opisuje poradnik Druk 3D w medycynie i rehabilitacji.
Bezpieczeństwo i materiały
Na pomoce dydaktyczne najczęściej wybiera się PLA, bo dobrze oddaje detal i jest dostępne w wielu kolorach, oraz PETG, gdy model ma być często dotykany, myty i noszony między salami. Kolor można dobrać do funkcji, na przykład inny dla każdej części układu, a model z kilku kolorów w jednym wydruku opisuje artykuł druk wielokolorowy i wielomateriałowy.
Darmowe modele edukacyjne i licencje
Nie każdą pomoc trzeba projektować. NASA w serwisie 3D Resources udostępnia bezpłatne modele statków kosmicznych, planetoid, lądowisk Apollo i obiektów kosmicznych, częściowo przygotowane do druku w STL. Korzystanie z nich podlega wytycznym NASA dotyczącym wykorzystania obrazów i materiałów multimedialnych. NIH 3D, następca uruchomionej w 2013 roku platformy NIH 3D Print Exchange, udostępniony w 2023 roku, gromadzi modele mikroorganizmów, cząsteczek, struktur anatomicznych, protez, wyrobów medycznych i sprzętu laboratoryjnego, z myślą o badaniach biomedycznych i edukacji STEM. Wiele muzeów publikuje skany swoich zbiorów.
Darmowy nie znaczy bez warunków. Każdy serwis ma własny regulamin, a poszczególne modele mogą mieć różne licencje. Zanim wydrukujesz serię lub udostępnisz modele dalej, sprawdź warunki przy konkretnym pliku. Jak czytać licencje, wyjaśnia artykuł licencje modeli 3D i prawo autorskie, a przegląd bibliotek modeli artykuł skąd wziąć model 3D do druku.