Hvorfor - Hvad - Hvordan

Hvorfor - Hvad - Hvordan Svar på nogle spørgsmål omkring 3D print til skolerne Torben Baunsø, IT konsulent Tværgående Enhed for Læring i Horsens September 2014 3D print i skolen - Side 1 af 13

Indledning 3D print omtales ofte i medierne som fremtidens måske mest nyskabende produktionsteknologi, men for de fleste mennesker er teknologien stadig en rimelig ukendt størrelse, som man har svært ved at forholde sig til. Udviklingen af 3D software og 3D printere er nu nået så langt og kommet så langt ned i pris, at det er blevet realistisk for skolerne at give eleverne adgang til at teste teknologien. Formålet med denne skrivelse er at give et indblik og inspiration til nogle muligheder på området. Hvorfor 3D print i skolen? I de senere år er skolerne blevet stadig dygtigere til at udnytte det potentiale, der ligger i computeren som et multimodalt værktøj. Over hele landet producerer skoleelever tekst, billede, videoer og lydklip med stadigt bedre og mere let tilgængelige digitale værktøjer. Parallelt med denne udvikling har teknologien i verden omkring os tilgængeliggjort stadig mere sofistikerede værktøjer til digital produktion af fysiske genstande. Man kan pege på en række værktøjer som vinylskærere, broderimaskiner, fræsere, laserskærere og 3D printere. Værktøjerne har endnu ikke fundet vej til de danske folkeskoler, og det er der mange gode grunde til, herunder høje priser og avanceret svær tilgængelig teknologi. Men med det nye fag Håndværk og Design på vej og en skolereform, der peger på, at eleverne skal have mulighed for at arbejde med innovation og entreprenørskab, er det helt indlysende, at skolerne må søge veje til at indarbejde digitale produktionsværktøjer i de læringssammenhænge, hvor det er realistisk opnåeligt og relevant. Maskiner som vinylskærere og 3D printere kan i dag erhverves til overkommelige priser, så de kan gøres tilgængelige for eleverne i "almindelige" skoler. Derfor er det relevant at forske i, hvilke nye muligheder de kan tilføre arbejdet i skolerne. I første omgang har vi valgt at fokusere på 3D print. 3D print - Hvad er det egentlig? Vi kender alle en traditionel printer, der er i stand til at udskrive digitale tekster og billeder til et stykke papir el.lign. Denne teknologi arbejder i 2 dimensioner: Højde og bredde. En 3D printer er i stand til at arbejde i 3 dimensioner - Vi kan altså tilføje en dybde eller tykkelse til de to øvrige dimensioner. Dette betyder igen, at vi kan skabe en genstand i et program på computeren, hvorefter denne genstand kan printes ud. 3D print i skolen - Side 2 af 13

Der er blevet talt rigtig meget om 3D print de senere år. Teknologien udvikler sig rivende hurtigt, og man kan i dag 3D printe store og små genstande i mange forskellige materialer eksempelvis plast, metal, beton og... chokolade. I praksis betyder det, at vi må forvente, at vi indenfor en overskuelig årrække vil have en printer stående derhjemme, der hurtigt kan producere og kopiere brugsstande af stadig mere kompleks karakter. Man må forvente, at denne udvikling vil give anledning til mange kreative indfald, og man må også forvente, at den vil give anledning til de samme overvejelser omkring copyright og kopiering, som tekst- og musikindustrien har været igennem i de senere år. Fremtek projektet I skoleåret 2013-14 har Insero Academy kørt projektet Fremtek, hvor man har stillet den nyeste teknologi i form af 3D printere og NAO robotter til rådighed for skoler i Horsens / Hedensted / Vejle området. Lærere og elever fra de tilmeldte skoler har deltaget i en 2 dages workshop, hvorefter skolerne har fået materiellet stillet til rådighed i en 6 ugers periode. Erfaringerne viser, at mange elever på mellemtrin og i overbygning er meget interesserede i at udforske de nye muligheder. Brug dette link for at læse og høre mere om Fremtek projektet Hvad koster det? Prisen på en 3D printer har indtil videre afholdt næsten alle folkeskoler fra at arbejde med teknologien. 3D printere der var økonomisk overkommelige, var konstrueret til hobbyfolk, og de var ikke realistiske at investere i for skoler, medmindre skolen havde en medarbejder, der var i stand til at "tæmme" og justere hobbymaskinen for at holde den i drift. Mojo printerne benyttet i Fremtek projektet er ekstremt brugervenlige, men de kostede 60.000 kr. stykket, og driftsomkostningerne er relativt høje. I foråret 2014 kan en 3D printer - Da Vinci 1.0 - anskaffes til en pris på 5000 kr. incl. moms. En rulle med 240 m plast koster ca. 300 kr. Printeren er stadig en hobbyprinter, og den har nogle mangler sammenlignet med dyrere printere, men den har en brugervenlighed, der gør den værd at overveje som 3D skoleprinter. 3D print i skolen - Side 3 af 13

Hvordan fungerer en 3D printer? Der findes en række forskellige 3D print teknologier, der bl.a. tilgodeser arbejdet med forskellige materialer. Hobbymaskiner som Da Vinci 1.0 printeren bygger modellen op i plast. Printeren er forsynet med en såkaldt ekstruder, der varmer plast fra en magasinrulle op og presser den ud i en ganske tynd "pølse", der bygger modellen op på en "byggeplade". Pladen er ca. 20 x 20 cm, og printeren kan bygge op til ca. 20 cm i højden. Klik på billedet herunder for at se en 3D printer i aktion. Hvordan konstruerer man en 3D figur til print Der eksisterer mange forskellige 3D konstruktionsprogrammer. En stor del af dem er til professionelt brug i industri og grafisk virksomhed, men de er både økonomisk og betjeningsmæssigt urealistiske at benytte i folkeskolen. Heldigvis arbejder udviklingen også på dette område med os. Der er i dag udviklet en række værktøjer til hobbybrug, som stilles gratis til rådighed på nettet. Her vil vi pege på 3 forskellige tilbud: https://www.tinkercad.com Tinkercad er enkelt og intuitivt og særdeles velegnet til begynderbrug. Programmet har været benyttet fra 2.-3. klasse i et 3D printerprojekt. 3D print i skolen - Side 4 af 13

http://www.3dtin.com/# 3DTin kan være et fint sted at fortsætte. Her bydes på nye faciliteter sammenholdt med TinkerCad, men brugervenligheden er tilsvarende mindre. http://apps.123dapp.com/design/ I Fremtek projektet benyttedes 123D Design fra Autodesk. Programmet byder som 3DTin på rigtig mange spændende muligheder. Nogle brugere oplevede dog, at det kunne være ustabilt (husk at gemme jævnligt). Når man har lavet sin 3D konstruktion, eksporteres den som en.stl fil, der benyttes af printersoftwaren. Skærmdump fra "Tinkercad" Det kan være en rigtig god idé at studere den 3D softwareportefølje, som Autodesk stiller til rådighed. http://www.123dapp.com/create Efterbehandling Praksis har vist, at nogle af de eksporterede STL-filer ikke printes ud korrekt. Derfor er det en god idé at gennemføre en reparation af filen med NetFabb værktøjet fra Microsoft (kræver at man har en Microsoft konto). Brug linket herunder: https://netfabb.azurewebsites.net/index.php STL-filen fra konstruktionsprogrammet uploades til websitet - her køres automatisk repair, hvorefter den "fiksede" fil downloades og benyttes i printeren. 3D print i skolen - Side 5 af 13

Er der inspiration at hente på nettet? STL filer kan hentes fra flere forskellige fora på nettet. Firmaet MakerBot, der producerer en række 3D printere, har etableret et forum - Thingiverse - på nettet, hvor brugere af 3D printere uploader og deler deres produkter. Herfra kan STL filer downloades og evt. printes direkte ud på printeren, eller man kan importere en STL fil i f.eks. Tinkercad, bearbejde den (tilføje egne elementer) og 3D printe det bearbejdede produkt. http://www.thingiverse.com 3D print i skolen - Side 6 af 13

Praktiske erfaringer med Da Vinci 1.0 printeren Undertegnede har haft Da Vinci 1.0 printeren til rådighed i et par måneder. I denne periode er der kørt 30-40 jobs. Herunder eksempler på nogle af produkterne med enkelte tilknyttede kommentarer. Simple skilte Enkelt at lave. Men det er spændende at lave sit eget navneskilt. Produktionstid 1-2 timer pr. skilt. Man kan have flere skilte i produktion ad gangen. Billedramme Enkelt design. Men det kræver lidt beregninger og overvejelser at få lavet fødderne korrekt. 3D print i skolen - Side 7 af 13

Et sæt til skrivebordet Modellen hentet på Thingiverse. Skiltet tilføjet i Tinkercad. Meget lang produktionstid: 6-8 timer. Et navneskilt til kontorbordet Navneskiltet er enkelt at konstruere i Tinkercad. Samtidig demonstrerer det, at benyttelsen af en 3D printer kræver en vis portion omtanke og forståelse for, hvordan printeren bygger genstanden op. Skiltets længde er 13 cm. Bemærk de små "trævler" på bagsiden af E'et. Printeren forsøger at trække en stribe opvarmet plast "ud i luften". De første striber kommer til at hænge som sløjfer, hvorefter resten af den vandrette bjælke bygges oven på "trævlerne". 3D print i skolen - Side 8 af 13

Ved udprintning kan man indstille printer programmet til at lægge support materiale ind som støtte under selve printet. På hobbyprinteren betyder det, at der bygges et tyndt plastlag op, der efterfølgende skal brækkes af manuelt. På venstre foto herover ses nøjagtigt samme navneskilt i to versioner - det til venstre er lavet med support - det til højre er lavet uden support. På højre foto er supportmaterialet fjernet, og begge skilte er renset med en skalpel. Færdige skilte. 3D print i skolen - Side 9 af 13

Opsamling og anbefaling til printeren Printeren har fungeret stabilt i testperioden på to måneder. Betjening af printeren kræver lidt tilvænning, indtil man har opnået forståelse for de grundlæggende funktionsprincipper, men ellers har den ikke krævet stor opmærksomhed. Hvis skolen vælger et par superbrugere fra de store klasser som printeroperatører, vil det være en overkommelig opgave at holde den kørende. Man skal være opmærksom på, at udprintning tager tid, men det samme er tilfældet på langt dyrere 3D printere (smlgn. Mojo printeren fra Fremtek projektet). Printerens holdbarhed kan vi indtil videre kun gætte på. Hvis den bliver populær, vil den komme til at køre rigtig mange timer. Driftsomkostningerne ser ud til at være overkommelige. Et magasin med 240 m ABS plast koster 300 kr. Den gratis adgang til de nævnte 3D modelleringsprogrammer giver elever adgang til at eksperimentere med 3D print på mange forskellige niveauer. Vi har altså adgang til relevant software og hardware, der kan åbne for skoleelevernes mulighed for at prøve kræfter med fremtidens nok mest omtalte produktionsteknologi. Eleverne kan komme til at afprøve hele processen fra ide til konstruktion på computer og efterfølgende print til en fysisk genstand. Og de vil uvægerligt komme omkring de juridiske og etiske overvejelser, der dukker op, når værktøjerne bliver stadigt bedre til at reproducere genstande, som vi ellers skulle købe. 3D print i skolen - Side 10 af 13

3D scanneren Med en 3D scanner er det muligt at lave et "3D foto" af fysiske genstande. Denne teknologi har også indtil for ganske nylig været så dyr, at den i realiteten ikke var tilgængelig for folkeskoler. I dag kan man købe en 3D scanner for ca. 3500 kr. incl. moms. Scanneren giver mulighed for at scanne objekter op til ca. 2 x 2 x 2 m. Læs mere om Sense 3D scanneren fra Cubify via dette link: http://cubify.com/en/products/sense Via websitet kan man få et indtryk af, hvordan en scanning gennemføres. 3D print i skolen - Side 11 af 13

Praktiske erfaringer med Sense 3D scanneren Billederne herunder viser nogle af mine egne eksempler på scannede og bearbejdede 3D figurer. En kopi af den gamle sko Et portræt - Og ja, det ligner. 3D print i skolen - Side 12 af 13 En kopi af et relief lavet af ler

Opsamling og anbefaling til 3D scanneren Undertegnede modtog 3D scanneren efter testen af 3D printeren. Jeg har brugt nogle timer på test, og de foreløbige erfaringer viser, at man med lidt tålmodighed og omhu kan lave 3D kopier af mange ting. Objekter modelleret i ler eller måske modellervoks kan scannes og den indscannede figur kan via 3D software modelleres videre til en 3D konstruktion, der efterfølgende udprintes. Det må være interessant at indtænke denne mulighed i eksempelvis Håndværk og Design. 3D print i skolen - Side 13 af 13