3D-tulostus innostaa oppilaita ja tukee laaja-alaisen osaamisen kehittämistä

Miten 3D-tulostusta voi hyödyntää eri oppiaineissa ja millaisia hyviä puolia ja haasteita sen käytössä on peruskoulussa? Haastattelimme rehtori Henrik Vähäkangasta Vaasan kristillisestä koulusta, joka on ollut aktiivisesti mukana 3D-tulostushankkeissa.

Mikä 3D-tulostus?

3D-tulostusmenetelmät ovat kehittyneet viime vuosina nopeasti ja niiden merkitys valmistusmenetelminä kasvaa jatkuvasti. 3D-tulostuksella, tai yleisemmin materiaalia lisäävällä valmistuksella, tarkoitetaan kolmiulotteisen kappaleen valmistusta automatisoidusti lisäämällä materiaalia kerros kerrokselta digitaalisen, tietokoneella suunnitellun 3D-mallin perusteella. 

3D-tulostaminen mahdollistaa tuotteiden valmistamisen lähellä ja paikallisesti. Materiaalin käyttö on optimoitu, kun materiaalia lisätään vain tuotteessa tarvittava määrä. Monimutkaiset geometriset muodot ja tuotteiden yksilöinti onnistuvat ilman tuotantokustannusten nousua. Lisäävän valmistuksen menetelmillä on mahdollista tulostaa esimerkiksi muoveja, metalleja, keramiikkaa ja komposiitteja. Sovelluksia löytyy aina auto- ja rakennusteollisuudesta lääketieteelliseen tekniikkaan, jossa yksilöllisten implanttien ja proteesien lisäksi on jo tulostettu myös esimerkiksi ihmisen sarveiskalvoa. 

Mitä 3D-tulostus voi tuoda peruskoulun opetukseen? Kysyimme käytännön kokemuksia 3D-mallinnuksesta ja -tulostuksesta Vaasan kristillisen koulun rehtori Henrik Vähäkankaalta.

Kokemuksia 3D-tulostuksesta Vaasan kristillisessä koulussa

Mistä saitte kipinän 3D-tulostuksen käyttöön koulussanne?

Olimme mukana espoolaisen koulun hankkeessa, jossa mukana oli muitakin kouluja. Tämän hankkeen kautta saimme opettajille koulutusta ja hankittua koululle ensimmäisen 3D-tulostimen.

Millaista laitteistoa ja ohjelmia teillä on nyt käytössä? 

Meillä on kaksi Ultimaker 2+ -tulostinta ja 3D-mallinnusohjelmana ilmainen selainpohjainen Tinkercad. Tulostusohjelmistona käytössä on maksuton Cura. Tinkercad on hyvä 3D-mallinnuksen aloittamiseen eikä se vaadi opettajalta paljoa alkuun pääsemiseksi. Jokunen 3D-tulostukseen syventynyt oppilas käyttää mallinnukseen Blender-ohjelmaa, mutta se vaatii käyttäjältä perehtymistä. 

Oletteko jakaneet osaamistanne muille kouluille? 

Koulullamme oli hanke, jossa kävimme oppilasryhmiemme kanssa opettamassa muissa Vaasan alueen kouluissa oppilaille 3D-mallinnusta Tinkercad-ohjelmalla. Vierailun aluksi oli yhteinen sessio, jossa esiteltiin, mitä ohjelmalla voi tehdä ja sen jälkeen koulumme oppilaat auttoivat vierailukoulun oppilaita mallintamisessa. Oli hienoa, miten ohjaamaan saatiin sellaisiakin oppilaita, jotka eivät muuten ole innokkaita esiintymään eli tämä oli arvokas kokemus monelle. Valitettavasti pandemiatilanne keskeytti kouluvierailut.

Millaisia projekteja tai esineitä oppilaat ovat toteuttaneet 3D-tulostimilla?

Oppilaat ovat tulostaneet pieniä ja isompia esineitä. Esimerkkeinä tulee mieleen kynäteline, skuutin jalka ja erilaiset hahmot. Haarniskakin on tulostettu, mutta tulostusaika olikin sitten jo 2–3 vuorokautta. Projektien olisi hyvä olla pieniä, ettei tulostamiseen mene liikaa aikaa. Materiaaleista PLA-muovi riittää hyvin yleiskäyttöön ja se on myös suhteellisen edullista. On hyvä huomioida, että joskus voi ottaa suunnittelun pohjaksi myös valmiin mallin ja muokata sitä. Aikaa voi säästää, jos aina ei tarvitse lähteä 3D-mallin suunnittelussa aivan alusta.

Miksi 3D-tulostusta tulisi hyödyntää peruskoulun opetuksessa ja missä oppiaineissa?

3D-tulostus innostaa oppilaita ja tuo hyvän lisän muuhun opetukseen. 3D-mallintaminen ja -tulostus sopii tietysti tieto- ja viestintätekniikan ja käsityön opetukseen. Matematiikan kannalta suunnittelu- ja mallinnusvaihe on mahtava, koska siinä pääsee pohtimaan yksikönmuunnoksia, mittakaavaa, skaalausta ja geometriaa. Hyvä lähtökohta on piirtää ensin paperille suunnitelma oikeassa mittakaavassa. Kuvaamataidossa voi hyödyntää myös esimerkiksi valmiiden tuotteiden viimeistelyä muoviväreillä ja historiassa voisi mallintaa vaikka historiallisen monumentin. Oppiaineiden suhteen vain mielikuvitus on rajana siinä, mitä voi keksiä! 3D-tulostusprosessi tuotteen suunnittelusta mallintamiseen ja tulostamiseen tukee myös laaja-alaisen osaamisen kehittämistä. Esimerkiksi työelämätaitoja ja yrittäjyyttä voisi tukea yhdistämällä 3D-tulostukseen pienimuotoista yritystoiminnan kokeilua. Voidaan suunnitella jollekin tuotteelle prototyyppi, toteuttaa se ja lähteä sitten kehittämään tuotetta paremmaksi.   

Millaisia kokemuksia teillä on 3D-tulostuksen opetuksesta koulussa? Mikä on toiminut hyvin ja millaisia haasteita olette kohdanneet?

Hienoa on ollut nähdä, miten oppilaat innostuvat 3D-tulostuksen kokeilusta. Haasteena on aika. Tulostaminen vie aika kauan, kun käytössä on kaksi tulostinta. Olisi tärkeää opettaa oppilaita ratkomaan itse tulostamisen ongelmia, ettei siihen menisi niin paljon opettajan aikaa. Yksi ratkaisu tähän ovat tutoroppilaat, jotka käyvät auttamassa muita oppilaita.

Millaista tukea opettajat teidän kokemuksenne mukaan tarvitsevat 3D-tulostuksen opetuskäyttöön liittyen?

3D-mallinnusohjelmien käytössä pääsee helposti alkuun, mutta 3D-tulostimien käyttö koetaan jo isommaksi askeleeksi. Olisi hyvä, jos olisi joku konkari alussa tukena 3D-tulostimien käyttöönotossa ja mahdollisissa ongelmatilanteissa.

Perehdy 3D-tulostukseen ja Scratch -ohjelmointiin verkkokursseilla

LUMA-keskus Pohjanmaalla ja Vaasan yliopiston avoimella yliopistolla on parhaillaan käynnissä maksuttomat verkkokurssit 3D-tulostuksen perusteet (1 op) ja Ohjelmointia Scratch-ohjelmalla (1 op), joita voi suorittaa omassa tahdissa. 3D-tulostuskurssilla käydään läpi tulostusprosessi tuotteen suunnittelusta, mallinnuksesta ja viipaloinnista tulostamiseen ja viimeistelyyn. Kurssilta saa hyvän pohjan Tinkercad-mallinnusohjelman käyttöön omassa opetuksessa. Ohjelmointia Scratch-ohjelmalla kurssilla opiskellaan Scratch-ohjelmoinnin alkeet hauskoja harjoituksia tekemällä. Ilmoittaudu mukaan kursseille Vaasan yliopiston Avoimen yliopiston verkkosivuilla: https://www.uwasa.fi/fi/koulutus/avoin/opiskelu/opintotarjonta.