Osnova projektu

Smysl osnovy

Potýkáte se jako učitelé s tím, že hledáte fixy, které jsou vaším každodenním nástrojem u tabule? Nebo často nadáváte, když jsou fixy vyschlé a nepíší? Možná by vám náš projekt mohl pomoci.

K realizaci projektu si kromě 3D tiskárny a potřebné metráže filamentu nakupte silné magnety
5 x 5 x 2 mm.

Motivací pro žáky může být učitel rozlícený hledáním odloženého fixu. Situaci přiostří fakt, že když jej konečně najde, fix přestane psát.

Držák na fixy aneb neztrácejte čas hledáním  

Autoři: Slezské gymnázium, Opava, vyučující: Patrik Kavecký; třída: 3.C; autor nejzdařilejšího modelu: Vít Švec

Navození modelové situace – vyučující hledající odložený fix (úvodní motivace). Situaci lze také zinscenovat. 

Nabízí se otázky a podněty: Jak tento problém řešit? Navrhněte řešení.

Žáci mají za úkol navrhnout řešení problému “Učitel hledající fix” s využitím modelování a 3D tisku. Naskicovat vlastní návrh držáku na fixy. Optimalizovat jej na základě kritérii, např. přichycení k tabuli, úspora materiálu, čas tisku, moderní design atp. Následně vymodelovat v aplikaci Onshape a na závěr i vytisknout.

Cíle projektu

Výukový cíle:

• schopnost řešit navozenou modelovou situaci
• rozvoj tvůrčího myšlení
• kooperace v týmu při optimalizaci návrhu dle stanovených kritérií
• komunikace 
• dovednosti v aplikaci Onshape při modelování optimalizovaného návrhu
• export modelu do formátů potřebných pro 3D tisk (STL, GCODE)
• příprava 3D tisku v aplikaci Průša Slicer
• dovednosti spojené s přípravou tisku (typ filamentu, preference jeho použití, příprava a údržba tiskové hlavy a heatbedu, atp.)

Hmatatelné cíle:

• držák na fixy

Cílová skupina

Projekt jsme realizovali se studenty 3. ročníku čtyřletého studia. Tematické plány se staly hlavním důvodem zařazení. Nejobtížnější částí projektu je kreslení 3D modelu v aplikaci Onshape.

Nabízí se také alternativní realizace projektu v následující podobě: Studenti 3. ročníků nakreslí 3D model a vyexportované soubory poskytnou žákům nižších ročníku, kteří se budou zabývat procesem slicování, následným tiskem a finalizací (integrací magnetů). 

Potřebné znalosti

Předpokladem zdárné realizace projektu jsou dovednosti v oblasti 3D modelování, konkr. v online aplikaci Onshape. Při tvorbě modelu jsou značnou měrou zapojovány skicovací nástroje, ale i nástroje pro prostorovou extruzi a zaoblení rohů. Projektu předcházel kurz 3D modelování v rozsahu 12 vyučovacích hodin.

V aplikaci Průša Slicer jsme si vystačili se základním nastavením.

Čas potřebný ke zpracování projektu

Čas strávený prací na projektu:

• od fáze brainstormingu až po návrh modelu – 2 hodiny
• modelování v Onshape + updaty modelu  – 2 hodiny
• příprava STL, GCODE + příprava tisku – ½ hodiny
• tisk – 5 až 7 hodin
• uchycení magnetů – 10 min

Čas potřebný k tisku: Tisk jednoho držáku ve 100% velikosti při 15% infillu a tloušťce vrstvy 0,4 mm (QUALITY) zabere 6 h 17 min v tichém režimu

Potřebné vybavení:

• běžné vybavení PC učebny
• Onshape (online aplikace zdarma); žáci se zaregistrovali užitím doménových účtů (Google Workspace)
• Program Průša Slicer máme instalován pouze na dvou pracovních stanicích přidružených 3D tiskárnám; STL soubory si žáci přenášeli prostřednictvím cloudu a připravovali si GCODE soubory určené pro tisk.
• filament PETG
• neodymové magnety – https://silnemagnety.cz/magnet/kvadr-5x5x2/
• lepidlo (např. Mamut)

Tipy zdárného průběhu a správného metodického vedení:

Při návrhu modelu poukázat na hlediska:

• design
• úspora materiálu
• pevnost v závislosti na výplni (infill)
• minimalizace času potřebného k tisku
• optimalizace rozměru, např. držák na 4 fixy by byl pro tisk časově náročný

Výuka modelování v programu Onshape tvoří dominantní část projektu. Vytištěný model se má stát hmatatelným výstupem. Výukovým cílem je naučit žáky 3D modelování. Při výuce je doporučeno cílit na nástroje, které žáci v rámci zamýšleného cíle použijí.

Držák na fixy je jedním z možných výstupů 3D modelování. Neoddělitelnou složkou je bezesporu podpora tvůrčího myšlení uplatněná při návrhu modelu.

Scénář postupu při vyučování krok za krokem:

• 6 až 8 hodin výuka 3D modelování (základy v programu Tinkercad, pokročilejší dovednosti v programu Onshape)
• Návrh jednotlivých lekcí 3D modelování v programu Onshape: způsoby zobrazení (např. izometrické zobrazení), sketch nástroje (kótování, transformace objektů, atp.), 3D nástroje (extrude, revolve, atp.), export do STL
• 1 hodina příprava tisku (slicování) – nastavení základních parametrů 3D tisku – teplota tiskové hlavy, heatbedu v závislosti na typu filamentu, volba objemu výplně, vhodné uložení modelu, popř. vložení podpěr, export do formátu GCODE.
• 1 hodina skupinové výuky (nejvýše 4 žáci ve skupině) – návrh modelu. Úkolem je navrhnout model na dané téma, např. Praktická pomůcka učitele. Žáci mohou používat pouze papír a tužku.
• 1 hodina – optimalizace modelu. Diskuze učitele se žáky podněcující zamyšlení nad optimalizaci modelu z hlediska úspory materiálu, délky a kvality tisku, volby vhodného materiálu, moderního designu atp.
• 1 hodina – příprava tisku a tisk.
• 1 hodina – publicita projektu v podobě příspěvku na webu či sociálních sítích školy. Fotografie pořízené v průběhu realizace projektu lze předat žákům, kteří se v hodinách zabývají počítačovou grafikou. Publicita projektu se může stát jejich zadáním.