Schule verwandelt Klassenzimmer dank 3D-Druck in simulierten Arbeitsplatz- Staten Island Technical High School (SITHS)

"Das 3D-Drucken ermöglicht den Schülern ein besseres Verständnis ihres eigenen Designs. Was auf einem Computerbildschirm gut aussieht, lässt sich nicht immer so in die Realität umsetzen, und somit erweitert und verbessert der 3D-Druck ihre CAD- und Konzeptions-Fähigkeiten." - Frank Mazza, CAD-Koordinator, SITHS Staten Island Technical High School (SITHS)

 

Die Staten Island Technical High School (SITHS), eine New Yorker Eliteschule für angehende Ingenieure, lässt ihre 900 Schüler in Bezug auf die Technologien, die diese in ihrer späteren Karriere nutzen werden, ins kalte Wasser springen. Nach dem Bestehen einer herausfordernden Aufnahmeprüfung folgen die Schüler einem strengen Pflichtstundenplan, zu dem technisches Zeichnen, Elektrotechnik, Computer Aided Design, Informatik, Networking und eine gute Portion freie Künste gehören. Die Absolventenrate beträgt fast 100 Prozent, und die Schüler setzen ihre Ausbildung oftmals an Universitäten der Ivy League, Militärakademien oder technischen Elite-Universitäten fort. Vom ersten Schritt in den Gängen der SITHS an sprechen sie die Sprache der Ingenieurskunst.

Die Herausforderung

Simulieren der Berufswelt

Da die Sprache der Ingenieurskunst sich in die stetige Suche nach besseren Produkten übersetzen lässt, bringt CAD-Koordinator Frank Mazza dieses Ethos in seinen Unterrichtsraum mit, und lässt so die Lernumgebung die Design- und Konstruktionsabteilung eines Unternehmens widerspiegeln. Es ist ein simulierter Arbeitsplatz, und meine Schüler sind die Designer, stellt er fest. Ich stelle Designherausforderungen, und sie finden Lösungen. Mal ist es ein einfaches Schmuckkästchen, mal ein kompliziertes Spielzeug, ein Gebäude oder einen Maschinenteil mit Zahnrädern, Kolben und Gewinden. Wir machen nie das gleiche Thema zweimal.

Die SITHS sieht sich der Herausforderung gegenüber, diese dynamische Lernumgebung mit den Technologien zu bereichern, die die Konstruktionsabteilungen in der Realität verwenden. Wie professionelle Ingenieure beginnen SITHS- Schüler mit einem Konzept, erstellen dann eine 2D-Zeichnung und schließlich ein 3D-CAD- Modell.

Da in professionellen Konstruktionsabteilungen das Design nicht mit dem 3D-CAD-Modell aufhört, hört es auch im SITHS-Klassenzimmer nicht mit einem 3D-CAD-Modell auf. Ingenieure führen Ideen über 3D-CAD-Designs hinaus zu Prototypen fort, um ein Feedback zum tatsächlichen Entwurf zu erhalten und Tests zu Passform und Funktion durchführen zu können. Um die Schüler auf dieses Umfeld vorzubereiten, benötigte die SITHS eine Möglichkeit, den Schülern schnell und kostengünstig Prototypen zur Verfügung stellen zu können.

Die Lösung

3D-Drucken

Die SITHS hat, wie viele Wirtschaftsunternehmen, einen kosteneffektiven Weg für die schnelle Umsetzung von Designs in physikalische Objekte entdeckt: 3D-Drucken. Ein 3D-Drucker ist ein Ausgabegerät für 3D-Daten, genau wie ein 2D-Drucker ein Ausgabegerät für die Wörter und Bilder auf einem Computerbildschirm ist. Der Hauptunterschied besteht darin, dass ein 3D- Drucker dreidimensionale Modelle und Prototypen aus Verbundwerkstoffen herstellt. Das 3D-Drucken gewinnt zunehmend an Beliebtheit, da die Geräte dem gleichen Muster folgen wie die 2D-Drucker: die Möglichkeiten steigen während die Preise fallen.

Der Durchbruch des 3D-Druckens an der SITHS ereignete sich 2005, als Mazza, ein professioneller Ingenieur, die Technologie in Fachzeitschriften entdeckte. Ich dachte mir, diese Technologie kann ich im Unterricht nutzen und anwenden. Geringe Betriebskosten, hoher Materialerhalt und minimale Postproduktionsprozesse dienten als Hauptkriterien. Nachdem sie alle standardmäßigen 3D- Drucktechnologien erörtert hatte, wählte die Schule den ZPrinter® 310, dem Hersteller der schnellsten 3D-Drucker mit den geringsten Betriebskosten.

Das Ergebnis

Portfolios, Stolz und grundlegenderes Verständnis

Heute ist der Drucker geschäftiger Mittelpunkt von kreativen Aktivitäten. Mazza drückt auf den Druckerknopf, und kann am Ende des Schultages und am nächsten Morgen fertige Objekte aus dem Drucker nehmen. Die besten werden in einem Trophäenschrank außerhalb des Klassenzimmers ausgestellt, manchmal zusammen mit den AutoCAD®-Zeichnungen, die ihnen vorausgingen. Mazza verwendet den Drucker auch, um Prototypen zu erstellen, anhand derer er zu Beginn einer neuen Aufgabe Designansprüche erläutern kann. Die Schüler erweitern diese Designs, während sie die festgelegten Aufgaben erfüllen.

Das 3D-Drucken bereichert die Ingenieursausbildung auf mehrere Arten, so Mazza. Erstens gibt er den Schülern ein beeindruckendes Portfolio an die Hand, das sie bei Zulassungsgesprächen an Colleges und Universitäten präsentieren können. Zweitens macht er sie mit den Geräten der neuesten Spitzentechnologien in der Branche vertraut, die schnell zum Standard für wettbewerbsorientierte Unternehmen werden. Am wichtigsten ist vielleicht, fährt Mazza fort, dass das 3D-Drucken den Schülern ein besseres Verständnis ihres eigenen Designs ermöglicht. Was auf einem Computerbildschirm gut aussieht, lässt sich nicht immer so in die Realität umsetzen, und somit erweitert und verbessert das 3D-Drucken ihre CAD- und Konzeptions-Fähigkeiten. Aus pädagogischer Sicht ist es sehr wertvoll, am Ende des Designprozesses das Objekt selbst in Händen zu halten – vor allem für unsere ingenieurswissenschaftlich orientierten Schüler, die mit beiden Beinen auf dem Boden der Tatsachen stehen. Es macht die SITHS-Schüler stolz, ihre Innovationen im Trophäenschrank zu zeigen, und es inspiriert sie dazu, ihre Arbeit stetig zu verbessern.

SITHS-Schüler dürfen sich darauf freuen, das 3D-Drucken zukünftig noch intensiver nutzen zu können. Im naturwissenschaftlichen Unterricht kann er z. B. genutzt werden, um mikroskopische Objekte wie DNS-Moleküle auszudrucken. Schüler der Elektrotechnik werden ihn nutzen, um elektronische Designs besser zu verstehen. Es wird eine Zusammenarbeit zwischen Schule und Privatunternehmen geben, z. B. das Drucken von Gebäudemodellen für Architekturbüros aus der näheren Umgebung.

Für unsere Schüler ist es ein bedeutender Vorteil, die 3D-Drucktechnologie nutzen zu können, die in der Branche aktuell ist und große Bedeutung hat, sagt Mazza. Die Schüler verlassen die Schule schlauer und besser vorbereitet, um in eine erfolgreiche Karriere zu starten.™