ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ 3D-ДРУКУ В ОСВІТІ

Анотація. Робота присвячена огляду можливостей використання 3D-друку в освіті. Розглянуто цілі і наведено приклади використання 3D-другу в освіті. Запропоновано методи та матеріалу для 3D-друку.

Ключові слова: 3D-друк, 3D-технології, освіта.

ВСТУП

В останні роки про 3D-друк було сказано чимало. Про його перспективи і переваги надруковані книги та статті, зняті відео. Наводяться чисельні приклади використання 3D-друку в різних сферах - в будівництві, промисловості, медицині.

Сфера освіти також не залишилась в стороні і в останні роки почала активно використовувати 3D-друк як одну з сучасних технологій. Виробники 3D-принтерів вже розробили обладнання та принтери для задоволення освітніх потреб.

І незважаючи на те, що 3D-друк це щось нове на освітньому просторі, він впевнено знаходить своє місце у навчанні.

2.РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ

Мета статті – розкрити використання 3D-принтерів в освітньому процесі.

Важливість вивчення 3D-друку в освітніх закладах підтверджено наказом МОН від 29.04.2020 № 574 “Про затвердження Типового переліку засобів навчання та обладнання для навчальних кабінетів і STEM-лабораторій”

Сьогодні застосування та впровадження сучасних 3D-технологій є дуже важливим, особливо для виробництва. Але необхідно також враховувати ті можливості та переваги, які 3D-технології приносять освіті.

В результаті дослідження було визначено деякі напрямки використання 3D-технології в освіті. Розглянемо деякі з них.

Основні галузі використання 3D-друку в освіті

Серед головних освітніх напрямів, у яких активно застосовуються 3D-моделювання та 3D-друк, можна виділити наступні:

• стоматологія – студенти часто застосовують надруковані зразки щелеп з гіпсу чи пластику, а також зубні протези;
• медицина та ветеринарія — надруковані зразки кістково-м'язової системи, органів людей та тварин дають можливість студентам швидше та ефективніше освоювати програму;
• машино- та приладобудування. Це зараз лідер з використання технології 3D-друку під час навчання. З'являється можливість створювати деталі механізмів та приладів, використовуючи 3D-друк замість лиття та пресування, а також відмовлятися від механічної обробки, наприклад, свердління або фрезерування;
• будівництво, архітектура - створені макети дозволяють швидко запам'ятовувати матеріал, вчитися аналізувати та розвивати просторову уяву;
• геологія, географія, астрономія - 3D-макети дають широке уявлення учням про астрономічні об'єкти, дають змогу моделювати рельєф місцевості;
• дизайн, мистецтво - зразки пам'ятників і монументів, бюсти, макети інтер'єру можна використовувати як демонстрацію під час проведення занять;
• ІТ-технології. Працюючи з 3D-обладнанням студенти отримають можливість навчатися  розробляти програми для роботи з 3D-друком, вивчати комп’ютерну інженерію та методи і засоби  автоматизації виробничих процесів.

Крім цього, 3D-друк може використовуватись і для створення власних проектів учнями та студентами. Учні можуть самостійно займаються моделюванням проектів на різні теми.

Навчання 3D-технологіям

Навчання студентів 3D-друку та 3D-технологіям має наступні переваги:

• 3D-технології дозволяють розкрити у студентів творчий потенціал - вони вже не купують готові предмети, а самі стають їх творцями;
• розвиток уяви, просторового мислення та творчості: мистецтво поступово стає технікою, а учні – професійними дизайнерами та художниками, які застосовують у роботі передові технології;
• створені зразки дозволяють краще освоювати дисципліни, які вивчаються студентами;
• набуття спеціальних навичок: вміння працювати з 3D-обладнанням та технологіями створення 3D-моделей та об'єктів може надалі використовуватись у професійній діяльності;
• навчання за допомогою зразків та моделей, створених на 3D-обладнанні, сприяють більш ефективному навчанню та сприйняттю отриманої інформації;
• успішне вивчення фундаментальних і прикладних дисциплін. За допомогою тривимірних зображень можна легко продемонструвати будь-які геометричні фігури, кристалічні решітки і всілякі елементи для фізичних установок.
• наочне знайомство з тривимірною візуалізацією і моделюванням. Учні та студенти на власні очі бачать, як можна втілювати свої конструкторські ідеї в реальність.
• викладачі та студенти самі створюють тривимірні наочні посібники, без яких важко зрозуміти матеріал;
• учні можуть самостійно створювати прототипи та необхідні деталі, втілюючи свої конструкторські та дизайнерські ідеї. При цьому 3D-друк використовується не лише як метод отримання моделей для демонстративних уроків, а й для навчання роботі з відповідним обладнанням.

Такі технології відрізняються високою ефективністю та корисністю і зазвичай викликають великий інтерес у учнів.

Ще кілька слів про нову професію - інженер з 3D-друку.

Професія інженер з 3D-друку з'явилася зовсім недавно, але її цінність та соціальну значущість важко недооцінити.

На даний момент професію інженера з 3D-друку можна знайти у всіх списку перспективних професій майбутнього і ряд закордонних вишів уже кілька років тому почали готувати спеціалістів з 3D-друку.

Наприклад, Вюрцбурзький університет пропонує своїм студентам пройти першу у світі міжнародну магістерську програму у сфері 3D-біопринтингу – Biofabrikation.

Раніше 3D-принтерами та 3D-сканерами вже обладнали свої лабораторії Рейнсько-Вестфальська вища технічна школа в Ахені, Нюрнберзький університет, Берлінський технічний університет.

Seneca College (Торонто, Канада) має академічний курс "3D modeling & printing", який команда коледжу реалізує у партнерстві з Artevelde University of Applied Sciences (Гент, Бельгія).

Arizona State University (Темпе, США) готує фахівців із магістерської програми «Manufacturing Engineering». Вона також включає блок вивчення адитивних технологій із обов'язковою роботою над власними проектами.

Centennial College (Торонто, Канада) також веде набір на програму з частковою зайнятістю "3D Printing and Part Design". Програму розробили із орієнтацією на студентів-новачків без знань в інженерії. Студенти вивчають фундаментально важливі теми для тих, хто хоче професійно працювати із 3D-принтерами.

І виникає природне питання: «Якщо з'явилася нова професія - інженер з 3D-друку, то чи варто вивчати 3D-друк представникам інших професій?»

Зрозуміло, варто. Адже вивчення технологій і методів 3D-друку сприяє не тільки кращому засвоєнню дисциплін, які викладаються у навчальному закладі, але також розумінню і використанню тих нових можливостей, які надають ці нові технології.

Кілька слів про вибір технології друку та матеріалів.

Більшість завдань, які стоять перед студентами, можна вирішувати використовуючи технологію FDM (fused deposition modeling), тобто технологію створення тривимірних об'єктів за рахунок нанесення послідовних шарів матеріалу, які повторюють контури цифрової моделі.

Даний метод дозволяє швидко і недорого виготовити моделі і деталі середнього і великого розміру.

Якщо ж необхідно виготовити, наприклад, дрібні деталі або забезпечити високу точність, то можливе використання технології SLA (стереолітографія), яка заснована на пошаровому твердінні рідкого матеріалу під дією променя лазера.

Можливо також застосовування інших методів 3D-друку, але перераховані більше підходять для вирішення раніше згаданих завдань.

Що до вибору конструкційних матеріалів, то найбільш придатними матеріалами для виготовлення деталей в університетських лабораторіях методом друку можна вважати наступні:

• ABS - пластик з високими експлуатаційними якостями.
• PC-пластик (полікарбонат). Відрізняється високою міцністю, зносостійкість, і термостійкістю. Матеріал прозорий, гнучкий і нагадує дуже міцну і тверду гуму. Пластик має високу температуру плавлення і тому цей матеріал підійде не для кожного настільного 3D принтера.
• PLA (Полілактид, полімолочна кислота) – найпопулярніший пластик для 3D-принтера. Це найбільш екологічно чистий і повністю біорозкладний 3D-полімер з натуральних ресурсів (цукрова тростина або кукурудза).

Їм вільно можна друкувати вдома та у навчальних приміщеннях без шкоди для здоров’я. Це найкращий пластик для використання в навчальних лабораторіях.

Підбиваючи підсумки усього вище сказаного, можна зробити висновок, що використання технологій 3D-друку в освіті має дуже великі перспективи.

2. ВИСНОВКИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ПОДАЛЬШИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

Представлений огляд надає інформацію про теперішнє використання 3D-друку в освітньому процесі і дозволяє визначити тенденції та перспективи подальшого розвитку та використання 3D-технологій освіті.