Η 3D εκτύπωση στην εκπαίδευση

Ο Diogo Quental είναι ο CEO της Πορτογαλικής εταιρίας κατασκευής 3D εκτυπωτών BEEVERYCREATIVE. Γνωρίζουμε ότι το πάθος του Diogo, ως προς την τοποθέτηση 3D εκτυπωτών στα σχολεία και στην άμεση προσβασιμότητα των παιδιών σε αυτούς, είναι απόλυτα γνήσιο και καταλυτικής σημασίας στην διοίκηση της επιχείρησής του. Έχοντας και ο ίδιος τις δικές του προκαταλήψεις, ο Diogo προσπάθησε να αποτυπώσει παρακάτω μερικές από τις σκέψεις του όσον αφορά στο 3D printing στο χώρο της εκπαίδευσης.

Δεδομένου ότι η χρήση του 3D printing εξαπλώνεται όλο και περισσότερο στο χώρο της κατασκευής, πιστεύω πως είναι υποχρεωτικό οι μαθητές και οι απόφοιτοι να μαθαίνουν για την τεχνολογία αυτή και πως τα σχολεία δεν θα μπορούν παρά να τη συμπεριλάβουν στο πρόγραμμα μαθημάτων τους. Στην αντίθετη περίπτωση, οι μαθητές δεν εφοδιάζονται και δεν προετοιμάζονται σωστά για τον πραγματικό κόσμο. Παρά τη σημαντικότητα, το χαμηλό κόστος και το χαμηλό κίνδυνο, η ενσωμάτωση του 3D printing στα σχολεία φαίνεται να γίνεται με αργό ρυθμό. Πιστεύω πως αυτό συμβαίνει λόγω της έλλειψης γνώσης γύρω από την τεχνολογία αυτή και της σχετικότητάς της από μέρους των ανθρώπων που αποφασίζουν για τα θέματα αυτά – και κάπου εδώ είναι που πρέπει να ορθώσουμε το ανάστημά μας.

Πέραν αυτού του λογικού συλλογισμού υπάρχει επιπλέον κίνητρο ώστε να ενσωματώσουν την 3D τεχνολογία στα σχολεία: οι μαθητές είναι συνήθως πιο πρόθυμοι και έτοιμοι να δεχθούν νέες ιδέες και μεθοδολογίες και να βρουν νέες χρήσεις για αυτές αλλά μην αμελούμε το γεγονός πως η 3D εκτύπωση μπορεί να αποτελέσει σημαντικό εκπαιδευτικό παράγοντα – δυνατό να βελτιωθεί η γενικότερη εμπειρία της εκμάθησης. Εν συντομία, οραματίζομαι πως τα (διαδικτυακά) σχολικά βιβλία θα συμπεριλαμβάνουν 3D σχεδιασμένα προς εκτύπωση αντικείμενα κατηγοριοποιημένα ανάλογα με το περιεχόμενο του κάθε μαθήματος. Σαν αποτέλεσμα θα έχουμε μια πιο εμπλουτισμένη εκπαιδευτική εμπειρία τόσο για τον μαθητή όσο και για τον εκπαιδευτικό.

Μερικά από τα οφέλη του 3D printing στην εκπαίδευση είναι:

1. Μεγαλύτερο κίνητρο, απόρροια του παράγοντα του ενθουσιασμού και το οποίο αυξάνει την δημιουργικότητα των μαθητών, την κριτική τους σκέψη και την ενασχόλησή τους μέσα στην τάξη.
2. Εύκολα επαναλαμβανόμενο σχέδιο και μάθηση, μιας και οι μαθητές ασχολούνται πιο εύκολα με δραστηριότητες πιο απτές, όπως η εννοιολογία, η οπτικοποίηση και η 3D εκτύπωση εξαρτημάτων. Οπότε έχουμε εκτύπωση, δοκιμασία και αξιολόγηση αυτών μέσω κάθε σταδίου υλοποίησης, από το σχεδιασμό μέχρι το τελικό προϊόν και αν αυτό δεν φέρει αποτέλεσμα, τότε η προσπάθεια ξαναγίνεται.
3. Ανάπτυξη ως αποδεκτής νοοτροπίας η ύπαρξη λάθους η οποία συμβάλλει καταλυτικά στην αυτοπεποίθηση του μαθητή και στις δεξιότητες επίλυσης προβλημάτων. Αυτό με τη σειρά του θα είναι ακόμη πιο σημαντικό σε έναν μελλοντικό κόσμο όπου τα τωρινά επαγγέλματα πιθανόν να μην υπάρχουν καν.
4. Οπτικά και απτά βοηθήματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για καλύτερη απεικόνιση εννοιών ώστε να γίνουν ευκολότερα κατανοητές.

Εφαρμογές του 3D printing στην Εκπαίδευση

Όπως είναι κατανοητό, το 3D printing είναι συνυφασμένο με το πρόγραμμα μαθημάτων των θετικών και τεχνολογικών επιστημών (Φυσική, τεχνολογία, Μηχανολογία και Μαθηματικά), αλλά και όλα τα άλλα σχολικά μαθήματα μπορούν να επωφεληθούν της τεχνολογίας της 3D εκτύπωσης. Μερικά από τα παραδείγματα που έχουν παρατηρηθεί είναι επιγραμματικά τα παρακάτω.

Φυσική

Το 3D printing μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εκτύπωση μοντέλων κυττάρων ή οργάνων ή για δημιουργία οποιουδήποτε εξατομικευμένου μοντέλου ή εξοπλισμού για τη Χημεία ή τη Βιολογία. Αντί να γίνεται ο διαμελισμός ενός βατράχου μέσα στην τάξη, για παράδειγμα, οι μαθητές μπορούν πλέον να εκτυπώσουν τρισδιάστατα και να συναρμολογήσουν έναν ολόκληρο βάτραχο.

Μαθηματικά

Οι εκπαιδευτικοί μπορούν να βοηθήσουν στην ενασχόληση των μαθητών μέσω της χρήσης 3D μοντέλων ώστε να ‘ζωντανεύσουν’ φόρμουλες και εξισώσεις και να εξηγήσουν μαθηματικές αρχές παρά να εστιάζουν μοναχά σε ασκήσεις του σχολικού βιβλίου. Η σύνθετη γεωμετρία, για παράδειγμα ή οι τριγωνομετρικές συναρτήσεις μπορούν να απεικονιστούν με 3D εκτυπωμένα μοντέλα ώστε να βοηθήσουν τους μαθητές να απεικονίσουν μαθηματικά προβλήματα αρκετά πιο ρεαλιστικά μέσω απτών παρουσιάσεων.

Μηχανολογία

Αντί για τον καθιερωμένο τρόπο εισαγωγής των μελλοντικών μηχανολόγων στις αφηρημένες θεωρίες και τα προβλήματα που λύνονται με μαθηματικά, οι μαθητές δύνανται να πάρουν την χαρά της σχεδίασης αντικειμένων μέσω εμπειρίας, από πρώτο χέρι και ολόκληρου του σχεδιασμού του αντικειμένου. Η τεχνολογία αυτή μπορεί να χρησιμεύσει στην δοκιμή και την παραγωγή λειτουργικών πρωτοτύπων, επιδεικνύοντας καλά σχεδιασμένες λύσεις.

Καλλιτεχνικά

Το 3D printing παρέχει έναν νέο και αυθεντικό τρόπο δημιουργίας της τέχνης. Έχει πολύ μεγάλες δυνατότητες για τις δημιουργικές βιομηχανίες και χρησιμοποιείται σαν μέσο από μόνο του. Οι διάφορες υφές, οι σύνθετες γεωμετρίες ή τα καλούπια που η 3D εκτύπωση μπορεί να παράγει δίνουν τη δυνατότητα για δημιουργία γλυπτών που υπό άλλες συνθήκες θα ήταν απίθανο να παραχθούν μέσω της παραδοσιακής διαδικασίας κατασκευής.

Σχέδιο

Η ικανότητα επαναλαμβανόμενης δοκιμασίας σχεδίων καθ’ όλη τη διαδικασία σχεδιασμού έχει σαν αποτέλεσμα ένα τελικό προϊόν όπου οι μαθητές μπορούν να εκτυπώσουν πιο βελτιωμένα, φθηνότερα και πιο λειτουργικά οπότε τους καθιστά επίσης ικανούς να κατανοήσουν το σχήμα και τη λειτουργία.

Γεωγραφία/Γεωλογία

Ζούμε σε έναν τρισδιάστατο κόσμο άρα το να έχουμε την ευκαιρία να δούμε και να αγγίξουμε μια αναπαράσταση μέσω 3D printing της γεωγραφίας και γεωλογίας που διδασκόμαστε δίνει μια καινούργια διάσταση στην διδακτική εμπειρία. Η 3D εκτύπωση είναι ένας τρόπος, εξαιρετικός για τους μαθητές, ώστε να κατανοήσουν καλύτερα ποικίλους γεωλογικούς σχηματισμούς σε τέτοιο βαθμό που μέσω δυσδιάστατων εικόνων είναι συγκριτικά δύσκολο.

Ιστορία

Στα μαθήματα ιστορίας οι μαθητές μπορούν να εκτυπώσουν αντίγραφα εκθεμάτων που συναντώνται σε μουσεία, τα οποία μπορεί να αγγίξει κανείς, ενώ είναι πανομοιότυπα με τα αντίστοιχα πραγματικά εκθέματα.

Άλλα παραδείγματα

Υπάρχει μία ποικιλία από ακαδημαϊκά μαθήματα όπου οι μαθητές καθίστανται ικανοί να μάθουν πως η 3D εκτύπωση εφαρμόζεται στον τομέα τους και να οικειοποιηθούν τα οφέλη και τις εφαρμογές αυτής. Στην Αρχιτεκτονική, οι φοιτητές μπορούν να εκτυπώσουν 3D σχέδια. Στους Αυτοματισμούς, οι φοιτητές μπορούν να εκτυπώσουν τροποποιημένα εξαρτήματα ή ανταλλακτικά. Στην Ιατρική, οι φοιτητές μπορούν να μάθουν πως να κάνουν μία MRI σάρωση ενός μέρους του ανθρώπινου σώματος, κατόπιν να εκτυπώσουν ένα ακριβές αντίγραφο αυτού και να κάνουν με αυτό μια συγκεκριμένη και μοναδική εγχείρηση ως άσκηση πάνω στην πρακτική τους.

Τι 3D printers Θα Πρέπει Να Αγοράσουν τα σχολεία?

Παρόλο που οι 3D printers έχουν πλέον χαμηλότερες και πιο ανταγωνιστικές τιμές, τα περισσότερα σχολεία χρονοτριβούν όσον αφορά στην απόφασή τους για αγορά, γεγονός το οποίο φέρνει στο νου τη σοφία της ρήσης: “Αν νομίζεις πως είναι ακριβό το να προσλάβεις έναν επαγγελματία, περίμενε μέχρις ώτου να προσλάβεις έναν ερασιτέχνη!”
Πραγματικά κατανοώ το ότι να αγνοεί κανείς ή να αναβάλλει την εισαγωγή αυτής της τεχνολογίας καθυστερεί και ένα κόστος στο οποίο τα σχολεία αδυνατούν να ανταποκριθούν. Εντούτοις, όταν η σκέψη τους έχει ωριμάσει και προχωρούν, προκύπτει το ζήτημα του τι χαρακτηριστικά τα σχολεία θα πρέπει να λάβουν υπόψη τους στην αγορά των 3D printers. Ιδού μερικές, χρήσιμες συμβουλές πριν την αγορά.

Χρηστικότητα

Αν το ίδιο το μάθημα δεν είναι σχετικό με το 3D printing, ο 3D printer θα πρέπει να είναι Plug & Print. Τα περισσότερα πλεονεκτήματα του να υπήρχε εγκατεστημένος στην τάξη θα χάνονταν σε διαφορετική περίπτωση.

Χαμηλό κόστος συντήρησης, αξιοπιστία, υπηρεσίες μετά την πώληση και εγγύηση.

Ενώ είναι λογικό να περιμένει κανείς ένας 3D printer να χρειάζεται συντήρηση ανά διαστήματα, το τελευταίο πράγμα που ένα σχολείο σίγουρα επιθυμεί είναι η αγορά ενός εκτυπωτή που παρουσιάζει δυσλειτουργίες τον περισσότερο καιρό. Η ποιότητα του πλαισίου καθώς και της κεφαλής είναι βασικά στοιχεία για την ποιότητα του αποτελέσματος που ο εξοπλισμός θα δώσει. Υπάρχουν 3D printers που θα συνέχιζαν να δουλεύουν ακόμη και στην υποθετική περίπτωση πτώσης τους από τον πρώτο όροφο (και μιλάω με σιγουριά για αυτό, πιστέψτε με) και άλλοι που δεν θα αντέχανε ούτε κατά τη μεταφορά τους.
Θα ήταν επίσης λογικό να ελέγχαμε τι συμπεριλαμβάνει η εξυπηρέτηση κατόπιν της αγοράς καθώς και οι εγγυήσεις – τεράστιες διαφορές μπορούν να υπάρξουν ανάμεσα σε διαφορετικές μάρκες.

Μη τσιπαρισμένα, ασφαλή και οικολογικά αναλώσιμα

Είναι γενικώς αποδεκτό από πολλούς κατασκευαστές 3D printer πως η πώληση αναλωσίμων για 3D εκτύπωση θα αποτελέσει την κύρια πηγή εσόδων τους. Αυτό είναι αποδεκτό αρκεί να μην αναγκάζουν τα σχολεία, με τη μορφή συμβολαίων και να προβαίνουν στην αγορά υλικών που δεν θα αγόραζαν υπό άλλες συνθήκες. Για το λόγο αυτό, η επιλογή μίας μάρκας η οποία δεν “αναγκάζει” το χρήστη να αγοράζει συγκεκριμένο αναλώσιμο τείνει να εξασφαλίζει μία καλύτερη τιμή και ποιότητα υλικών.
Η ανάγκη για ασφάλεια είναι κάτι το προφανές- για την ακρίβεια ουσιώδες- όταν οι μαθητές, και πιθανόν οι πιο μικρής ηλικίας έρχονται σε άμεση επαφή με τους 3D printers. Το PLA αποτελεί μία από τις ασφαλέστερες επιλογές υλικών στο σχολικό περιβάλλον καθώς η εξώθησή του δεν απαιτεί οποιοδήποτε αερισμό της αίθουσας ή κάποια προθερμασμένη πλατφόρμα εκτύπωσης.
Τελευταίο άλλα όχι μικρότερης αξίας είναι το θέμα επιλογής ”πράσινων” υλικών. Η προσπάθεια βελτίωσης του κόσμου μέσω της τεχνολογίας του 3D printing με την ταυτόχρονη χρήση υλικών που καταστρέφουν το περιβάλλον θα ήταν κάτι το παράλογο όταν υπάρχουν υλικά όπως το PLA τα οποία διατίθενται στην αγορά.

Δυνατότητα μεταφοράς

Η δυνατότητα ενός προϊόντος για μεταφορά αποκτά μεγάλη αξία αφού κάποιος χάσει το προϊόν αυτό. Η εξέλιξη των υπολογιστών desktop σε laptops είναι γεγονός αποδεκτό και δεν υπάρχει κάποιος που να σκεφτεί ότι δεν θα συμβεί το ίδιο και με τους 3D printers. Όσο περισσότερο μπαίνουν στη ζωή μας τόσο περισσότερο θα νιώθουμε την ανάγκη να τους έχουμε μαζί μας. Η ανάγκη για την ευκολία των 3D εκτυπωτών να μεταφέρονται είναι ακόμη μεγαλύτερη στα σχολεία μιας και στην αρχή θα είναι πρακτικά ανέφικτο κάθε αίθουσα να διαθέτει το δικό της 3D εκτυπωτή. Η μετακίνηση των 3D εκτυπωτών από τη μία τάξη στην άλλη θα είναι διαδικασία φυσιολογική άρα η δυνατότητά τους για εύκολη μετακίνηση δεν θα είναι άγχος.
Εκτυπώνοντας βάσει του προσδοκώμενου όγκου των εκτυπωμένων αντικειμένων

Πρόσφατα μία κυρία δήλωσε πως η απόφασή της για αγορά ηλεκτρονικών ειδών έγινε με κριτήριο τον αριθμό κουμπιών που είχε η συσκευή αυτή. Η λογική της ήταν πως η ύπαρξη πολλών κουμπιών θα σήμαινε και πολλές λειτουργίες που δεν θα της ήταν χρήσιμες αλλά παρόλα αυτά θα έπρεπε να τις πληρώσει. Η απλότητα της ανάλυσης αυτής κρύβει μεγάλη αλήθεια όταν αποφασίζουμε για τον όγκο εκτύπωσης που ένας 3D printer πρέπει να έχει. Γενικά, τα περισσότερα 3D εκτυπωμένα αντικείμενα χωράνε στην παλάμη μας. Στο σχολικό περιβάλλον είναι λογικό να υποθέσουμε πως τα περισσότερα 3D εκτυπωμένα αντικείμενα θα είναι μικρά είτε λόγω του ότι η εκτύπωση θα πρέπει να ολοκληρωθεί κατά τη διάρκεια του μαθήματος είτε λόγω του ότι θα πρέπει να διευκολυνθούν οι πολυάριθμοι μαθητές στο να μοιραστούν τους 3D εκτυπωτές. Για τον λόγο αυτό λοιπόν, αν δεν υπάρχει ανάγκη για τα σχολεία να αγοράσουν 3D printers με μεγάλες επιφάνειες και όγκους εκτύπωσης, είναι σοφό να επιλέξουν έναν μεσαίου ή χαμηλότερου όγκου εκτυπωτή.

Τιμή

Η πρόσφατη αποτυχία πολλών χρηματοδοτούμενων μέσω crowd funding 3D printing projects να ανταπεξέλθουν στις προσδοκίες των απαιτήσεων είναι ο λόγος για να ειπωθεί το γνωστό “ό,τι πληρώνεις παίρνεις”.
Το σύνηθες μέχρι σήμερα ήταν να αγοράσεις από το εξωτερικό έναν σχετικά καλής ποιότητας εκτυπωτή γύρω στα 1000€ και τελικά να σου κοστίσει πάνω από 2000€ συμπεριλαμβάνοντας κόστη μεταφοράς και φόρους. Παρόλα αυτά, το οποιοδήποτε σχολείο μπορεί να βρει τους καλύτερους 3D printers στην κατηγορία τους σε πολύ καλές τιμές και χωρίς να ανησυχεί για το support και service αν ψάξει λίγο καλύτερα στην τοπική αγορά του.
Όσον αφορά στα υλικά, ο συνεχώς αυξανόμενος ανταγωνισμός οδηγεί σε λογικές τιμές. Επομένως, το εύρος τιμών ανά κιλό αναλώσιμου μπορεί ακόμη να ποικίλει από 25 ως 50 ευρώ για μη τσιπαρισμένα αναλώσιμα και πιθανόν να φτάσει και τα 120 ευρώ σε τσιπαρισμένα αναλώσιμα. Τα υψηλής ποιότητας αναλώσιμα αυξάνονται συνεχώς και είναι διαθέσιμα σε καλές τιμές με αποτέλεσμα τα σχολεία να μην έχουν λόγο να μην τα επιλέξουν. Στις περισσότερες περιπτώσεις πάντως, το ζητούμενο είναι πως το εκτυπωμένο αντικείμενο θα έχει μεγαλύτερη αξία από το κόστος του αναλώσιμου αναφορικά με την εμπειρία εκμάθησης, άρα δεν θα έπρεπε να αποτελεί λόγο για διαπραγματεύσεις γύρω από την τιμή όταν τα σχολεία ενδιαφέρονται για την ενσωμάτωση της 3D εκτύπωσης στο σχολικό τους πρόγραμμα.

Συμπέρασμα

Αφενός η απόφαση αγοράς ενός 3D printer είναι δύσκολο να παρθεί όταν αυτοί που αποφασίζουν δεν είναι πλήρως εξοικειωμένοι με τη συγκεκριμένη τεχνολογία, αφετέρου θα πρέπει να σκέφτονται πως το να επιτρέψουν στους μαθητές τους να έχουν πρόσβαση πλέον στην 3D εκτύπωση θα τους προσφέρει ένα πρώτης τάξεως πλεονέκτημα. Σε έναν κόσμο όπου οι ειδικοί του 3D printing είναι υπό αναζήτηση, η 3D εκτύπωση μπορεί να αποδειχθεί μεγάλο όφελος για τους μαθητές καθώς έτσι περνούν σε ένα νέο χώρο εργασίας πριν καν αποφοιτήσουν.
Η επανάσταση του 3D printing ίσως να είναι η αφορμή και η αρχή της εκπαιδευτικής επανάστασης που όλοι συζητάμε εδώ και τόσο καιρό. Μήπως ήρθε η στιγμή να πραγματοποιηθεί;