3D-printen in meer dan drie dimensies bekeken

Geschreven op vrijdag 6 mei 2016

 

Column van Peter Hulsenboom, praktijkinstructeur opleiding leraar techniek aan de Faculteit Educatie van Hogeschool Utrecht.

Leerdoelen en vaardigheden gekoppeld aan het proces

3D-printen heeft de laatste jaren een vlucht genomen en zijn intrede gedaan in de wereld van de schoolomgeving. Predikers en pioniers verkondigen dat er een wereld open gaat en dat alles…. nou ja álles...vrijwel alles mogelijk is. Steeds zie je resultaten voorbij komen die je ervan overtuigen ook zo’n printer aan te schaffen; STL-files met ingewikkelde tandwielconstructies die perfect lopen, ingenieus ontworpen fijnmazige vazen, prachtige sieraden, complete verbrandingsmotoren of zelfs een werkend raadhuisklok. Wie wil niet met zijn (van internet gehaalde) 3D-model pronken? Toch zouden we er meer aan hebben als we leerdoelen en vaardigheden gaan koppelen aan het proces in plaats van aan het eindresultaat.

3D-printer als gereedschap

Wanneer we leerlingen een profielwerkstuk laten maken, doen we dat vaak aan de hand van een door hen zelf geformuleerde onderzoeksvraag. De leerling stelt een onderzoeksvraag op, doet onderzoek, vergelijkt de resultaten met de onderzoeksvraag, stelt eventueel het onderzoek bij en houdt resultaten keurig bij om vervolgens de resultaten te verwoorden in een verslag dat in een bepaalde vorm wordt ingeleverd. Een herkenbare en bewezen leerzame manier van werken. Je kunt met deze analogie ook het 3D-printen beschouwen. Het genereren van een 3D-print staat namelijk niet op zich. De 3D-print is slechts de vorm in de laatste stap in het ontwerpproces. Doelen voor de leerlingen zouden opgehangen moeten worden aan de vaardigheden die nodig zijn tijdens dit hele proces, het gaat niet (alleen) om de printvaardigheden.

3D-printen wordt dan ook pas écht leerzaam als niet alleen het eindproduct beoordeeld wordt, maar als de docent een leerling ook na laat denken over de weg die is bewandeld om tot het eindresultaat te komen:

 

 

 

  • Hoe vaak heb je moeten printen alvorens dit resultaat te krijgen?
  • Waar heb je concessies moeten doen op je oorspronkelijke ontwerp?
  • Wat moest je doen om het eisenpakket in stand te houden?
  • Hoe ging je om met de maatvoering?
  • Op welke plaatsen in je ontwerp heb je rekening moeten houden met de beperkingen van je printer of de printtechnologie in het algemeen?
  • Hoe ga je om met dit proces van steeds veranderende resultaten? 
 

Hoe ziet een standaard ontwerpproces er uit?

Het ontwerpen van een product ontstaat meestal vanuit een behoefte; de wens om iets te hebben wat bijvoorbeeld jou of een ander in een behoefte of gemak voorziet. Je stelt jezelf de vraag of er iets dergelijks al te koop is of dat er verbeteringen aan een bestaand product nodig zijn. In een pakket van eisen (PVE) kun je vervolgens aangeven waaraan zo’n nieuw product moet voldoen (zoals vorm, materialen, grootte, duurzaamheid). Vervolgens ga je een beeld vormen hoe het product er gaat uitzien. Eerst maak je schetsjes van diverse alternatieven, vervolgens ga je ‘spuug-modellen’ maken met voor de hand liggende materialen. Een belangrijk aspect is om in dit opbouwend proces de mogelijkheden en de beperkingen te kennen van je printer:

  • Effecten van instellingen zoals temperaturen, printsnelheden en laagdikten
  • Hoe voorkom je dat je in de lucht print? Met andere woorden: ‘Onder welke hoek kan ik nog lagen op elkaar printen zonder dat het ‘luchtprinten’ aan de orde is?’

Bij op elkaar passende onderdelen moet je rekening houden met maten en toleranties. Een maatafwijking van 0,3 mm is geen uitzondering! Daarmee kun je al rekening houden in je PVE en dat zal zeker nodig zijn als je gaat tekenen. Met behulp van een tekenprogramma kun je op basis van het prototype de ideeën digitaliseren, die vervolgens in een STL-bestand de weg vinden naar de printer. Als je dan je eerste print in handen hebt, ga je beoordelen of het aan die eisen voldoet die je vooraf gesteld hebt. Vaak zijn er aanpassingen of verbeteringen nodig en ga je waar nodig nogmaals de ontwerpcyclus door. Eenmaal je einddoel bereikt, kun je meerdere producten maken. Het moge echter duidelijk zijn dat het ‘even’ printen van producten voor een klas met 25 leerlingen ondoenlijk is. Het kost met al die pogingen te veel tijd. Maar hoe kun je de 3D-printer dan wél gedegen inzetten in de les?

Hoe ga je 3D-printen inpassen in een les? 

In groepjes werken aan een gewenst resultaat maakt 3D-printen niet alleen haalbaar maar ook nóg leerzamer. Voor elke onderzoeksvraag zijn vele antwoorden en oplossingen mogelijk. Door leerlingen in groepjes met een onderzoeksvraag aan de slag te laten gaan, kunnen ze onderzoeken waarom de ene oplossing die bedacht wordt wél werkt en de andere juist niet. Na een mislukte print kunnen ze onderzoeken en leren waarom het fout ging. Dat is ook de essentie van ‘rapid prototyping’, waar 3D-printen onder valt. En eigenlijk is het niet eens fout gegaan, maar voldoet het nog niet aan de vooraf gestelde eisen en verwachtingen. Je gaat onderzoeken of een beter resultaat mogelijk is. Je maakt (her)overwegingen. De ene keer kom jij op een nieuwe mogelijkheid, een andere keer komt er uit een onverwachte hoek een lumineus idee.

Technici en vermeende a-­technici

De 3D-printer biedt tevens een mogelijkheid technici en vermeende a-technici met elkaar te verbinden. Technici hebben de neiging in structuren te denken of uit te gaan van bepaalde reeds bestaande concepten. De vermeende a-technici komen onbevangen met ideeën die een heel ander licht werpen op mogelijkheden. In een schoolomgeving kun je daar zinvol gebruik van maken.

Tot slot

3D-printen kan gaan met vallen en opstaan, maar het loont! Bij aanvang is het hard werken om in die snelle maker-wereld een weg te vinden, voor zowel de leerlingen als voor de docent. Als docent moet u enerzijds de techniek beheersen en anderzijds het proces in de gaten houden, begeleiden en bijsturen. Samen met leerlingen het proces doorlopen, hen motiveren door geboekte successen en daarentegen de leerlingen laten omgaan met teleurstellingen die óók leerzaam zijn. 3D-printen in het (technisch) ontwerpproces leert de leerling metacognitieve eigenschappen te ontdekken, prikkelt de creativiteit en leert omgaan met beperkingen. En bovenal: leerlingen groeien door verborgen mogelijkheden in zichzelf te ontdekken! Daar ligt tevens dé kans om techniek een extra dimensie te geven en te promoten.

De tips van Peter op een rij

  • Haal geen kant-en-klaar ontwerp van internet maar daag leerlingen uit iets te bedenken wat in een (eigen) onvervulde behoefte voorziet.
  • Koppel leerdoelen niet aan het eindresultaat of de printvaardigheid, maar juist aan het ontwerpproces en bijbehorende vaardigheden.
  • Werk op basis van onderzoeksvragen en een plan van eisen en laat leerlingen achteraf evalueren. Oftewel: benader het ontwerpproces als een (profiel)werkstuk.
  • Laat leerlingen in groepjes aan een ontwerp werken om 3D-printen haalbaar en nog leerzamer te maken.
  • Er bestaan geen foute prints, elke print leidt tot nieuwe inzichten en leerervaringen (mits de leerlingen uitgedaagd worden tot evaluatie en reflectie).
  • Zorg dat technische leerlingen, minder technische leerlingen én docent samenwerken, elkaar inspireren, motiveren en uitdagen. Dit zorgt voor verbinding, motivatie en creativiteit.
  • Laat leerlingen ideeën, eindresultaat én ervaringen delen met andere leerlingen, bijvoorbeeld via internet. Dit motiveert het aangaan van nieuwe ervaringen.
                  



Peter Hulsenboom



 

 

                                

Het eerste STEAM-magazine!

Dit artikel is afkomstig uit ons STEAM-magazine.
Zelf een exemplaar ontvangen van dit glossy magazine
boordevol inspiratie, interviews, proefjes en producten
of wilt u meer informatie?
Neem dan contact met ons op.