Zgodnie z założeniami nowego projektu rządowego Laboratoria Przyszłości, w ramach wyposażenia podstawowego każda szkoła powinna posiadać drukarkę 3D, spełniającą określone parametry. O ile w większości polskich szkół będzie to nowe, innowacyjne rozwiązanie, o tyle za granicą wykorzystanie druku 3D w edukacji jest w wielu krajach standardem.
Niedawno, podczas targów Expo2020 w Dubaju miałem okazję zobaczyć, jak wygląda praca z drukiem 3D w edukacji w innych krajach. W Australii dzieci projektują szkielety do odnawiania rafy koralowej. W Tajlandii czy Chile dla odmiany dzieci uczą się jak wykorzystać druk 3D by pomóc osobom niepełnosprawnym, nie tylko tworząc prototypy protez, ale też prostych udogodnień. W polskich szkołach takie jednostkowe projekty są nagłaśniane na cały kraj, tam są po prostu projektami ogólnokrajowymi.
Druk 3D a rozwój kompetencji i umiejętności ucznia
Już samo modelowanie przestrzenne rozwija wiele umiejętności i kompetencji. Oprócz pracy zespołowej (ćwiczenie umiejętności negocjacji, wymiana uwag, współpraca przy projekcie) i rozwijania kreatywności druk 3D uczy technicznego podejścia do wielu dziedzin życia. Zanim przygotujemy nawet najprostszy element do druku, musimy najpierw rozłożyć go na części pierwsze, przeanalizować, zmierzyć lub przynajmniej określić proporcje. Druk 3D wiąże się też z modelowaniem parametrycznym, czyli nie trzeba mieć umiejętności artystycznych, aby tworzyć projekty. Tutaj główną rolę odgrywa myślenie analityczne i matematyczne. Nadajemy bryłom konkretne wymiary, łączymy je, dodajemy lub odejmujemy. Modelowanie 3D rozwija też umiejętności przestrzenne, wizualizację przestrzenną, rotację wyobrażeniową. W końcu druk 3D wiąże się z tworzeniem całej społeczności w idei MAKERS – twórców. Nie chcemy by uczniowie biernie przyjmowali technologię i rozwiązania techniczne. Chcemy by również byli twórcami, potrafili tworzyć – już nie tylko programy, ale też, właśnie z wykorzystaniem nowych technologii, proste przedmioty użytkowe. I to wszystko w idei STEAM, czyli uczenia się przez odkrywanie, z wykorzystaniem i jednoczesnym rozwijaniem umiejętności związanych z nauką, technologią, inżynierią i matematyką. Oczywiście, wydrukowany projekt ma również walor estetyczno-artystyczny który w tym wypadku również ma istotne znaczenie.
Fot. Wydrukowane modele kręgów kręgosłupa – projekt pobrany z bezpłatnego repozytorium thingiverse.com.
Nauka umiejętności drukowania 3D pozwoli oczywiście nie tylko na drukowanie prostych obiektów. To też możliwość wykorzystania tej technologii w ramach pracy metodą projektu i tworzenia ciekawych konstrukcji odpowiadających na aktualne problemy lokalne czy też globalne (jak w przypadku wspomnianego projektu w Australii). Drukarka 3D w szkole to też możliwość drukowania całego szeregu narzędzi dydaktycznych, których zakup nieraz kosztuje o wiele więcej aniżeli wydruk modelu, który bezpłatnie można pobrać z repozytoriów.
Wszystko ładnie, pięknie – pozostaje tylko jedno pytanie. Kiedy i z jakich środków zostanie wdrożony narodowy program szkolenia pedagogów z druku 3D? Wielka szkoda, że nikt na wyższym szczeblu o tym nie pomyślał. Teraz są fundusze, możemy więc kupić drukarki. Jaka zatem drukarka jest dobra? Co powinna taka drukarka mieć? I czemu ma to służyć? Odniosę się do wymaganych parametrów drukarki wg. Katalogu laboratoriów przyszłości a następnie do tych, które moim zdaniem mają znaczenie przy wyborze odpowiedniego sprzętu.
Drukarka zamknięta w komorze
Komora jest niezwykle istotna. W szkole jest mnóstwo kurzu a ten jest wrogiem drukarki 3D. Kurzu w szkole nie unikniemy a prowadnice drukarek są pokryte smarem. Nawet jeżeli będziemy o nią dbać, kurz przyklei się do smaru i może zanieczyścić łożyska. Wymiana łożysk to już spory problem. Drukarka powinna być zamykana w komorze z każdej strony. Nie tylko po bokach jako forma zabezpieczenia przed ewentualnym oparzeniem dzieci. Powinna być także zamykana od góry – właśnie przed kurzem. Komora ma też jeszcze jedno znaczenie – wewnątrz niej panuje wyższa, stała temperatura, która sprzyja procesowi druku. Otwieranie komory, żeby zobaczyć, jak wygląda wydruk powoduje zmiany temperatury otoczenia wewnątrz niej a to może powodować przykurcz materiału (np. ABS), jego odklejanie od stołu. Stąd właśnie dobrze, jeżeli wydruk można zobaczyć przez przezroczystą komorę „gołym okiem”.
Możliwość zdalnego podglądu – kamera
Zdalny podgląd i sterowanie drukiem to dobra rzecz. Super, że można poprzez chmurę online sprawdzić jak model się drukuje. Można nawet zostawić drukarkę włączoną w szkole na nocne drukowanie. Czy jednak to faktycznie dobry pomysł? Drukujemy w temperaturze od ok. 220 stopni. Zawsze istnieje szansa zwarcia, jak w każdym elektronicznym sprzęcie. A czyja byłaby to wina w przypadku drukarki? Warto zatem mieć możliwość zdalnego podglądu na terenie szkoły, nie zostawiałbym jednak drukarki włączonej w szkole, by sprawdzać wieczorem w domu jak drukują się modele uczniów.
Dostęp do darmowych repozytoriów, modeli, wzorów
Fot. Widok ze strony internetowej thingiverse.com.
Tutaj znowu odwołam się do idei środowiska MAKERS – drukarki drukują drukarki, ludzie dzielą się wszystkim, tak oprogramowaniem jak i modelami. Super, że dystrybutorzy oferują własne bazy materiałów. Jednak czegokolwiek nie oferują, raczej z możliwościami własnych repozytoriów nie będą lepsi od całego świata. Warto wejść w tym miejscu na stronę np. thingiverse.com albo na yeggi.com - to są repozytoria plików 3D gotowych do druku – za darmo, do pobrania bez zalogowania. Pobierasz i drukujesz. Jest tam mnóstwo materiałów edukacyjnych. I drukarka ma mieć możliwość pobrania pliku, otwarcia w slicerze (programie przygotowującym do druku) i po prostu wydrukowania. Bez udziwnień, dodatkowego kompilowania. To jest i ma być proste. I darmowe do użytku własnego czy edukacyjnego. A jeżeli jesteśmy przy idei MAKERS i dzielenia się…
Slicer, czyli darmowe oprogramowanie tnące do drukarki
Każda drukarka ma swój dedykowany program zamieniający model 3D na kod (taka mapa poruszania się głowicy drukującej wg układu współrzędnych). Ale jeżeli tylko z tego jednego programu można korzystać to słabo. Dobra drukarka powinna być dostępna dla kilku slicerów – te programy są po prostu darmowe. Slicery są rozwijane przez całe środowisko drukarzy. Najpopularniejsze, takie uniwersalne to CURA czy też Prusa Slicer. Mają wiele ustawień, które pomagają wyciągnąć z drukarki jeszcze więcej. Drukarka, którą kupuję powinna mieć możliwość korzystania z kilku slicerów (programów) a nie tylko jednego własnego. I o ile na początku dedykowany slicer będzie wystarczający, o tyle nie zamykajmy się na bardziej zaawansowane opcje druku, w końcu nasi uczniowie nieraz okażą się w tym temacie od nas lepsi – dajmy im możliwość maksymalnego wykorzystania opcji drukarki.
Wielkość stołu roboczego
Większa drukarka to większe możliwości? W domu tak. Większe wydruki to dłuższy czas wydruku a o tym pisałem już wcześniej. W środowisku szkolnym, do wydruków w zupełności wystarcza drukarka ze stołem roboczym w wymiarach 15*15cm. Większy wydruk zawsze można podzielić na dwa elementy, wydrukować i skleić – materiał PLA świetnie klei cyjanoakryl… czyli zwykła „Kropelka”. Z doświadczenia – większe stoły robocze zachęcają do drukowania większych modeli, a to większa ilość czasu na wydruk i jednocześnie znacznie większe zapotrzebowanie na filament. Ekonomia w placówkach edukacyjnych ma znaczenie. Czasem też można po prostu kupić dwie drukarki ze stołem 15*15cm w cenie jednej ze stołem 20*20.
Inne opcje na które warto zwrócić uwagę:
– Autopoziomowanie stołu roboczego – pozwala zaoszczędzić czas, znacznie upraszcza proces druku, chociaż poziomowanie wykonuje się raz na jakiś czas (a także po każdym transporcie, przeniesieniu drukarki). Im mniej śrubek do dokręcania stołu tym lepiej. Są też na rynku edukacyjnym drukarki, które nie mają śrub w ogóle – stół jest dociskany za pomocą sprężyn do specjalnych oporników i dzięki temu po prostu stół poziom.
– Elastyczna, zdejmowana płyta na stole roboczym drukarki – to jest bardzo duże ułatwienie przy ściąganiu wydruku. Z drukarki zdejmujesz płytę z wydrukowanym obiektem, odginasz i wydruk sam odchodzi. Taką płytę o wiele łatwiej jest umyć (po prostu, pod kranem za pomocą zwykłego mydła, płynu do mycia naczyń). W ten prosty sposób można ją odtłuścić. I nie potrzeba żadnej chemii.
– Podgrzewany stół roboczy – jest już powoli standardem w drukarkach – podgrzewany stół zwiększa adhezyjność (przyczepność) filamentu (materiału, z którego drukujemy) do druku. Zakres temperaturowy – do 100 – 110 stopni w zupełności wystarczy.
Fot. Wydruk z wysokością warstwy 0,3 mm.
– Jakość druku – tutaj nie ma co czarować. Wszystkie drukarki drukują w bardzo dobrej jakości – mają standardowe głowice 0,4mm – wszystkie takie same. Wszystkie mają też bardzo dobre prędkości druku. I każda z drukarek będzie miała możliwość wydruku warstw o wysokościach do max ok. 0,3mm (więcej nie powinno się, by nie przytkać głowicy). A to naprawdę bardzo niewielka wysokość jednej tylko warstwy, tak więc wydruk będzie bardzo dokładny. To naprawdę bardzo dobra jakość. Jeżeli będziemy chcieli drukować tak, że będzie widać jak najmniejszy zarys warstw – to także żaden problem. Każda z drukarek pozwoli drukować nawet w jakości 0,1 i mniej. Pamiętajmy jednak, że taki druk zajmie 3 albo nawet 4 razy więcej czasu. Jakość druku zależy od naszych ustawień i ustawień „standardowych” a te są naprawdę dobrze przygotowane przez każdą firmę. Tutaj nie ma bylejakości w żadnej z wymaganych przez katalog laboratoriów drukarki.
– Filamenty – zazwyczaj pierwszy pakiet jest już dodany do drukarki, a co potem? Warto przejrzeć np. sklepy internetowe, żeby zapoznać się z ceną materiałów. Standardowo – w szkole będziemy głównie drukować z materiałów typu PLA – ten jest najpopularniejszy, pojawi się też ABS, czy też PET G (z tego materiału tworzy się butelki PET) – standardowa średnica dla większości drukarek to 1,75mm. Cena – tutaj różnie, zależnie od dostawcy – standardowa cena jest w granicy 50-100zł/kg – a to wystarcza na naprawdę sporo wydruków (bo wydruki są wewnątrz wypełnione w ok. 10%, nie 100%).
– Materiały edukacyjne. No właśnie – jeżeli Laboratoria nie mają zapewnionych funduszy na szkolenia nauczycieli to ten punkt jest niezwykle istotny. Zapewne każda z oferowanych drukarek ma swój własny pakiet materiałów. Zanim zakupimy drukarkę warto zapoznać się z materiałami edukacyjnymi, które już są na rynku. Przeczytać lub chociaż rzucić okiem. Tak więc przed jakimkolwiek zakupem polecam świetny, kurs napisany w ramach programu Superkoderzy – 3Wymiary Matematyki. To darmowy kurs, dostępny na stronie superkoderzy.pl. Miałem przyjemność współtworzyć ten kurs razem z Superbelfrem, p. Joanną Świercz, wyróżnioną w tegorocznym konkursie Nauczyciela Roku. Wewnątrz znajdziemy kurs druku 3D, obsługi programu TinkerCAD, drukarki a także slicera. Kurs był dedykowany dla dwóch drukarek, ma jednak cały pakiet materiałów uniwersalnych, dotyczących każdej drukarki. Jedna z drukarek, pod które pisany był kurs spełnia też wymagania dot. Laboratoriów przyszłości. Warto go przejrzeć, by mieć elementarną wiedzę o drukarkach 3D i ich wykorzystaniu w edukacji. Wtedy nie tak łatwo będzie nam sprzedać cokolwiek.
Mam nadzieję, że te kilka parametrów wyjaśni nieco tajemniczość drukarek 3D dla osób, które przygodę z drukarkami muszą zacząć od jej zakupu… Zachęcam też, by zerknąć, polubić i obserwować stronę druk3Dwedukacji na FB gdzie będę starał się podrzucać jak najwięcej informacji i pomysłów na to jak nauczyć się obsługiwać i jak następnie wykorzystać drukarki 3D w nauczaniu.
Notka o autorze: Sebastian Pontus jest wychowawcą i nauczycielem edukacji wczesnoszkolnej i przedszkolnej, filolog angielski. Metodyk i pasjonat wykorzystania robotyki, programowania i klocków konstrukcyjnych w edukacji, z bogatym doświadczeniem w tym obszarze - m.in. finalista polskiej edycji Międzynarodowego Konkursu Lego Techer Award 2018, Photon EdTech Expert. Autor materiałów i lekcji wykorzystujących roboty i klocki konstrukcyjne w edukacji. Ekspert brytyjskiego programu edukacyjnego Apps For Good (Areas of Expertise: Coding & Web Development), administrator portalu i strony Mistrzowie Robotyki, Korbo Blocks Edu oraz grupy Roboty edukacyjne w szkole. Microsoft Innovative Educator Expert. Członek grupy Superbelfrzy RP i Superbelfrzy Mini. Niniejszy artykuł ukazał się w blogu Superbelfrów. Licencja CC-BY-SA.
