3D-Druck in der Schule – Chancen und Bedingungen Ein Gemeinschaftsprojekt von QUA-LiS und zdi.NRW Didacta 2016 Vorher Warm-up: Türöffner: Wie würden Sie in einem Schulkollegium die Tür für kulturelle Bildung öffnen? Mit welchem Schlüssel würden Sie die Herzen Ihrer Adressaten öffnen?

Die Kooperation QUA-LiS. NRW ist die zentrale Einrichtung für pädagogische Dienstleistungen zur Unterstützung der Schulen bei der Wahrnehmung ihres Bildungs- und Erziehungsauftrages. QUA-LiS berät und unterstützt das Ministerium für Schule und Weiterbildung.

Die Kooperation Zukunft durch Innovation.NRW ist eine Gemeinschaftsoffensive zur Förderung des naturwissenschaftlich-technischen Nachwuchses in Nordrhein-Westfalen. Mit über 3.000 Partnern aus Wirtschaft, Wissenschaft, Schule, Politik und gesellschaftlichen Gruppen ist sie die größte ihrer Art in Europa. Im ganzen Land verteilt gibt es inzwischen zdi-Netzwerke in 43 Städten und Kreisen und rund 50 zdi-Schülerlabore. 17.09.2018

Funktionsweise des 3D-Drucks Ein 3D-Drucker stellt dreidimensionale Objekte, die digital mit einem CAD-Programm entworfen wurden, aus Kunststoff oder anderem thermoplastischen Material her. FDM: Fused Deposition Modelling – Schmelzschichtung 17.09.2018

Zukünftige gesellschaftliche Relevanz von 3D-Druck Neue Produktionsweise Verlagerung des Produktionsorts Anpassung des Produktionszeitpunkts an den Bedarf Änderung in der Distribution bzw. Lagerhaltung der Produkte Flexibilisierung in der Anpassung von Produktlösungen bezogen auf Verwendungsbedarfe 17.09.2018

Möglicher Einsatz des 3D-Drucks in der Schule Schülerinnen und Schüler konstruieren dreidimensionale Objekte am Bildschirm. Dabei können sowohl komplette Neukonstruktionen entstehen, bereits bestehende eigene oder fremde Teilprodukte zusammengeführt als auch vorhandene Konstruktionen abgewandelt werden. 17.09.2018

Didaktische Aspekte: Motivation Dreidimensionale Objekte nicht nur in der zweidimensionalen Darstellung als Abbildung zu erfahren, sondern als reales Objekt erkunden zu können, bewirkt eine hohe Motivation. Die physischen Qualitäten des Objekts wie die Form, die Oberflächenbeschaffenheit und das Gewicht taktil und motorisch zu erkunden, stellt einen hohen sensorischen Anreiz dar. 17.09.2018

Didaktische Aspekte: Unterrichtsbezug Die Arbeit an 3D-Modellen unterstützt die Entwicklung des räumlichen Denkens. Dies ist erforderlich bei allen Kompetenzen und allen Lerninhalten, in denen dreidimensionales Vorstellungsvermögen relevant ist: Architektur, Technik, Design, Kunst Physik, Biologie, Chemie, Mathematik, Informatik Geographie, Medizin und vieles mehr 17.09.2018

Didaktische Aspekte: Performanz von Kompetenzen Für viele schulische Lernsituationen, die in den Lehrplänen angelegt sind, bietet der dreidimensionale Ausdruck von Objekten eine Bereicherung, der den Unterricht um eine zusätzliche Performanzsituation für Kompetenzen erweitert. Viele bisher nur in vorwiegend zweidimensionaler Darstellung mögliche Planungsprodukte sind als dreidimensionales Modell oder Endprodukt möglich. 17.09.2018

Didaktische Aspekte: Fehlerkorrektur Im Unterschied zu traditionellen Fertigungsverfahren ist der 3D-Ausdruck mit vergleichsweise geringem Aufwand wiederholbar und endlos korrigierbar. Fehler und Ausführungsvarianten können durch die Möglichkeit des veränderten Ausdruckens des Objekts thematisiert, evaluiert und korrigiert werden. 17.09.2018

Handelsüblicher 3D-Drucker Filament Hotend Druckbett SD-Kartenslot 17.09.2018

Ausdruck eines Bausteins 17.09.2018

Ausdruck eines Bausteins 17.09.2018

Produktionsprozess der Erstellung eines eigenen Modells Erstellung eines 3D-Modells Prüfung des 3D-Modells auf Fehler Zerlegung des 3D-Modells in Druckschichten Erstellung von Steuerdaten für den Drucker 17.09.2018

Professionelle CAD-Software Zielgruppe Ingenieure Programme sind groß und schwerfällig Programme sind eher robust 17.09.2018

Software für den privaten Einsatz schnell Funktionsumfang reduziert Bemaßung erschwert Prinzip Ausprobieren Ressourcenhunger gering Einbindung von Online-Portalen 17.09.2018

Einige Kriterien geeigneter Unterrichtssoftware unterschiedliche und oft geringe Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler Funktionsumfang des Programms sollte begrenzt sein Icons sollten intuitiv verständlich und nicht zu zahlreich sein deutschsprachige Benutzerführung Software sollte absturzsicher sein einfacher Wechsel der Ansichten und der Abbildungsgröße Software sollte plattformunabhängig sein kostengünstig (z.B. Freeware oder Schullizenz) 17.09.2018

Einige Kriterien bei der Druckeranschaffung Auflösung Geschwindigkeit Bauraum Auflösung Geschwindigkeit Bauraum Je feiner die Auflösung, desto besser das Druckergebnis. Allerdings wirkt sich eine feinere Auflösung negativ auf die Druckzeit aus. kann häufig angepasst werden. Dabei gilt die Faustregel, je schneller der Druck, desto schlechter das Ergebnis. Die Größe eines Modells ist durch den Bauraum des Druckers limitiert. 17.09.2018

Weitere Kriterien bei der Druckeranschaffung Daten-übertragung Bedienung Robustheit Netzwerkanschluss/WLAN Bluetooth SD-Karte USB-Stick Ist der Drucker einfach zu bedienen? Welche Bedienelemente besitzt er? Ist der Drucker/das Material für den Einsatz in der Schule geeignet? 17.09.2018

Weitere Kriterien bei der Druckeranschaffung Wartung Wie anfällig ist das Gerät für klemmende Teile, verstopfte Düsen? Wie schnell ist das Gerät auseinandergebaut und vor allem wieder zusammengebaut? Sind die Teile einfach erreichbar? Kann man selbst viel machen oder muss man sich an den Support wenden? 17.09.2018

Alternativen zum Druckerkauf Fab Labs Partner-Netzwerke Online-Dienste 17.09.2018

ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) PLA (Polylactid) Filamente ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) PLA (Polylactid) 17.09.2018

Gesundheitliche Aspekte allgemein: Einsatz beider Materialien in Lebensmittelindustrie als Verpackungsmaterial ABS enthält Styrol, das laut RISU in den Schulen in NRW nicht erlaubt ist, da es beim Drucken Gase emittiert, die die Atemwege reizen können. 17.09.2018

Einige mögliche Probleme beim Druck Kalibrierung Warping Filamentstockung Form nicht geschlossen bzw. skipped layers Stützstrukturen Polygonzahl minimale Wandstärke 17.09.2018

3D-Scan 17.09.2018

Schulprojekte 17.09.2018

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Kontakt: axel. sohnius@qua-lis Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: axel.sohnius@qua-lis.nrw.de ktrimborn@ist-bochum.de