3D-Druck im Unterricht: Das Stadtmedienzentrum Stuttgart gibt Starthilfe

3D-Drucker am SMZ Stuttgart

SMZ Stuttgart

Neue Technologie erlebbar machen

Neue Technologie in der Schule erlebbar machen – das soll die Digitalstrategie digital@bw ermöglichen. Eine dieser Technologien ist der 3D-Druck, der in der industriellen Produktion rasant an Bedeutung gewinnt. Das Stadtmedienzentrum Stuttgart (SMZ) möchte zeigen, dass 3D-Konstruktion und 3D-Druck auch in der Schule ihren sinnvollen Platz haben.

„Der 3D-Druck ist eine nachhaltige Technologie, die Transportwege und Lagerhaltung einsparen kann sowie kreative und hochwertige Konstruktionsprozesse ermöglicht“, erläutert Marcus Bugbee, stellvertretender Leiter des SMZ. In der Schule seien vielfältige didaktische Einsatzszenarien denkbar und man könne davon profitieren, dass im englischsprachigen Raum schon deutlich mehr Ideen ausgearbeitet wurden. „Für unsere Bildungspläne gibt es noch relativ wenige maßgeschneiderte Unterrichtsbeispiele“, so Bugbee. Und gerade hier will das SMZ nachhelfen.

Unterrichtsideen aus der Praxis

Vor Ort hat das SMZ drei Geräte im Einsatz: einen MakerBot Replicator+, einen Ultimaker 3 und einen Procusini Lebensmitteldrucker. Interessierte Kollegien können sich hier ein Bild machen von den Möglichkeiten, die sich mit den Druckern bieten. Einen MakerBot Replicator+ im Flight Case hat das SMZ zudem im Verleih. Er befindet sich derzeit an der Bodelschwingschule, einem sonderpädagogischen Bildungs- und Beratungszentrum mit Förderschwerpunkt geistige Entwicklung in Stuttgart-Möhringen.

„Die Lehrkräfte an den Schulen entwickeln Unterrichtsideen, die wir dann auf dem Portal ‘3D erleben‘ des Landesinstituts für Schulentwicklung veröffentlichen“, erläutert Bugbee. Diese Website wurde eigens eingerichtet, um didaktisch geeignete Einsatzmöglichkeiten für Technologien wie 3D-Druck und Virtual Reality in der Schule abzubilden. In Kooperation mit dem GEO-Portal des Landesmedienzentrums Baden-Württemberg (LMZ) ist beispielsweise geplant, Höhenprofile der Schwäbischen Alb als Druckdaten anzubieten. Damit lässt sich dann die südwestdeutsche Schichtstufenlandschaft plastisch abbilden. Wie das aussehen kann, zeigt Anna Zierer, Mitarbeiterin des SMZ, anhand eines Modells der Zugspitze, das sie am SMZ mit frei lizensierten Daten ausgedruckt hat. „Bei einer solchen Unterrichtsidee geht es zu 90 Prozent darum, den Druck vorzubereiten, mit der Software das Modell zu entwerfen und Probleme zu lösen. Der eigentliche Druck ist dann die ‚Belohnung‘“, so Bugbee. Zierer betont, es gehe dabei nicht darum, „irgendwas auszudrucken“, sondern stets um einen Entwicklungsprozess. Schülerinnen und Schüler lernen mithilfe einer 3D-Druck-Software Projekte zu planen, zu testen und zu evaluieren und somit die Arbeit am Rechner in reale Objekte umzusetzen.

Einblick in industrielle Entwicklungsarbeit

Wie so ein Entwurfs- und Druckprozess abläuft, erläuterte Maximilian Neck von der Firma ProductionToGo jüngst bei einem Workshop für interessierte Lehrkräfte am SMZ. Solche Veranstaltungen gehören ebenfalls zu den Beratungsleistungen in Stuttgart und finden regen Anklang.

Dabei erstellt man zunächst in einer CAD-Software wie TinkerCAD ein 3D-Modell. In der Software des Druckers, zum Beispiel MakerBot Print, lässt sich dann noch die Größe des Objekts und die Anordnung auf der Bauplatte bestimmen. Vor dem Druck erfolgt das sogenannte Slicen. Dabei wird das Modell in druckbare Schichten zerlegt, vergleichbar mit der Auflösung in Pixeln beim normalen Drucken. Auch hier gilt: Je höher die Auflösung, desto besser die Qualität. Die schlägt sich allerdings auch in der Bearbeitungsdauer nieder. Im letzten Schritt erstellt das Gerät das Modell Schicht für Schicht. Das kann schonmal eine halbe Nacht dauern und kann bedenkenlos unbeaufsichtigt geschehen.

Für den Einsatz in der Schule gibt es gesundheitlich unbedenkliche Druckmaterialien, so Neck. PLA ist ein biologischer Kunststoff auf der Basis von Maisstärke, bei dessen Verarbeitung keine toxischen Gase entstehen. „Theoretisch ist das Material sogar biologisch abbaubar, wenngleich das in freier Natur sehr lang dauern würde,“ so Neck.

Er ist selbst in Schulen unterwegs, um Workshops durchzuführen. Dabei führt er in der 8. Klasse oft eine Einheit durch, bei der die Schülerinnen und Schüler einen Schlüsselanhänger mit Schriftzug entwerfen. „Meist bringen sie zunächst die Schrift außen erhaben an. Dann stellen sie fest, dass das unpraktisch ist und beim zweiten Prototypen setzen sie den Schriftzug vertieft auf“, berichtet er. So erhielten sie erste Einblicke in die Entwicklungsarbeit, wie sie auch in der Industrie vonstattengehe. „Wir sind überzeugt, dass unterrichtsverwertbar aufbereitete Themen im 3D-Druck zukünftig stark nachgefragt werden“, sagt Hans-Jürgen Rotter, Leiter des Stadtmedienzentrum Stuttgart. Wir werden möglichst vielen Lehrkräften der Stuttgarter Schulen Schulungsangebote zum Einsatz der 3D-Druck-Thematik anbieten. Dafür greifen wir unter anderem auf unsere Kooperationspartner und deren Experten zurück, die uns tatkräftig unterstützen. Und nicht jede interessierte Schule wird sich einen leistungsstarken 3D-Drucker anschaffen können. Dann können Lehrkräfte mit ihren Schülerinnen und Schülern auch von außen auf unsere Geräte zugreifen.“

3D-Drucker oder CNC-Fräse?

An beruflichen Schulen stehen dagegen schon deutlich komplexere Aufgaben an. Hier wird bislang in der Regel mit CNC-Frästechnik gearbeitet, wenn es um den Bau von Modellen geht. 3D-Druck als kostengünstige Alternative werde jedoch auch hier immer interessanter. „Viele Techniklehrkräfte sind zurzeit hin- und hergerissen“, so Marcus Bugbee.

Vertreter der Stuttgarter Schulen sind daher ausdrücklich eingeladen, sich am SMZ ein Bild von den Möglichkeiten mit dem 3D-Druck zu machen. Will eine Schule zum Einstieg in die Technologie ein Projekt durchführen, ohne gleich einen Drucker auszuleihen oder gar zu kaufen, so hat das SMZ ebenfalls ein Angebot. Interessierte Lehrkräfte können mit ihren Klassen auch Modelle an ihrer Schule entwerfen und zum Druck ans SMZ kommen. Hierzu laden Marcus Bugbee und sein Team herzlich ein!

Wer sich ein Bild machen möchte, welche Unterrichtsideen es bereits gibt, kann sich auf der Seite „3D erleben“ umschauen. Sortiert nach drei Schwierigkeitsstufen finden sich dort praxiserprobte Beispiele samt Bildungsplanbezügen. Oder Sie kommen gleich selbst vorbei im SMZ Stuttgart.

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