3D列印在教育領域掀起創新旋風

3D列印開始引入教育領域

以人工智慧、物聯網、資訊化為代表的第四次工業革命，不僅帶來了智慧生產和創新理念，從校園如何實施 STEM 的政策，可以看出，青少年的基礎教育也對3D列印有了新的需求，STEM 專注於在四個學科中教育學生：科學、科技、工程和數學。各級教育和公共文化機構都在考慮將最新的科學知識和技術引入教室和實驗室。

3D 列印滿足目前STEM 教育要求，因此已被廣泛引入各類學校的教室和實驗室。3D列印促進了創新教學方法，提高了學生和教師在課堂活動中的參與度。此外，3D列印極大地激發了學生的創造力和協作能力。

3D列印如何應用於教育領域？

教育機構可以靈活地選擇不同方式來教育3D列印。

一是開設特色課程，向學生傳授其原理和應用。其次，教育工作者利用3D列印製作特殊教學工具，幫助學生理解課本資訊。教師可以在工業製造、原型製作等相關課程中導入3D列印，以輔助學生的學習。第三，教育工作者可以指導學生使用真實的3D列印機，嘗試模型設計和模型列印，提高了學生的設計技能和實踐能力，3D 列印也降低了製作原型的成本和難度。

整體來說，無論教學發生多少變化，3D列印都讓各級師生的夢想和創造力成為現實。正如 傑夫·法爾 所說，“我希望孩子們能夠觸及他們心中夢想的東西。他們可以將夢想轉化為現實(3D模型)，使用3D列印技術將其實體化，這樣他們就可以實際觸摸它。”

Jeff Farr 是加利福尼亞州塔斯汀山麓高中的一名技術教師。他為他的實驗室購買了 Raise3D 列印機。

Raise3D列印機，如 Pro2系列 和 E2桌上型3D列印機，以其可靠性、易用性和高性能成為學校和教育工作者的首選。

引入3D列印之前的學校教育

在課堂引入3D列印之前，教師依靠影音多媒體和預先設計好的教具等方式教授課程。學生只能通過寫作和2D或3D圖來表達他們的想法。

教師和學生通常沒有將設計概念轉化為實體模型的工具，如果模型設計沒有透過模型打樣和原型驗證，這個設計概念的結果可能不具有成本效益並且故障率很高。

然而，3D 列印使學校能夠經濟高效地使建模成為教育過程的一部分。

3D列印直覺式展示初級教育課程

從小學到高中的教育工作者都可以在課堂上應用3D列印教具，更直接地展示他們希望的教學內容。在這個階段，3D列印技術使教育工作者能夠為學生提供更詳細的物理原型，幫助學生理解科學概念。例如，在小學數學課上，教師使用3D列印列印各種規格的多面體模型，學生可以感受、測量和體驗模型的差異。3D 列印幫助 學生以探索性的方式學習，而不是專注於有時可能過時的教科書內容 。

加利福尼亞州的Tustin Foothills高中率先提供了與大學課程相關的入門級機械工程課程，並幫助學生了解工程設計。Jeff Farr老師購買了多台Raise3D N2列印機，操作起來非常簡單。學生可以在一天內掌握3D列印的基本知識，並練習列印螺母、扳手等模型。學習3D模型設計和列印有助於學生提高創意和創新能力。它讓學生可以靈活地嘗試新的解決方案。

3D 列印還可以影響學生的課外活動。學生可以使用3D列印更快地進行原型設計和生產定制零件。例如，Tustin Foothills 高中有一個機器人項目和一個課後機器人團隊。學生將設計一個機器人手臂並使用 Raise3D Pro2 3D列印機列印該機器人手臂。Pro2 Plus是一款大尺寸3D列印機，這意味著它可以生產更大的3D列印部件，並使用220V電源，便於在教室中移動和使用。機箱全封閉，防止空氣污染。Pro2列印機可以自動列印，無需學生干預即可完成列印作業。它是一個安全的工作站，在學校環境中使用尤為重要。

3D列印在高等教育中更為廣泛

3D列印廣泛應用於高等教育。3D列印課程與工程和應用科學等專業課程一起教授。例如，麻省理工學院開設了教授3D列印基礎知識的研究生和本科課程。德克薩斯大學和弗吉尼亞理工大學開設了涵蓋3D列印和加法製造的課程。3D列印作為加法製造的分支之一，是工程設計與製造專業的學生應掌握的一門技術。除了理論知識外，3D列印還應用於跨學科的實驗和實際項目。教授和學生使用加法製造技術完成原型設計和測試。他們還將3D列印模型應用於最終零件。

東京大學已將 Raise3D列印機引入實驗室，供學生、教授和校內合作公司使用。學生可以在實驗室使用 Raise3D列印機進行夾具生產和研究。學生將撰寫相關論文並與公司合作製作夾具模型。在將Raise3D列印機引入大學之前，他們使用的是CNC，這既昂貴又浪費時間、材料和能源。使用3D列印機後，該大學的生產時間提高了3倍，勞動力減少了50%。該大學能夠為學生創造一個環境來練習3D列印，同時降低成本。

意大利文物保護與修復研究所（ISCR) 的教師與學生，使用3D掃描和Raise3D Pro 2的列印機修理和維護意大利壁畫，青銅雕像，和其他藝術品。3D列印技術是在平面上逐層添加的過程，類似於壓花和模型修復過程。學生使用 Raise3D官方3D列印線材和 OFP（開源線材計畫）選擇3D列印材料，如仿木質材料、軟料、尼龍、PC、碳纖維、PLA和ABS進行列印。

多種線材選項讓學生可以模仿藝術品的顏色和質地。Raise3D Pro 2列印機提供了一個大的列印區域讓教師和學生可以製作他們需要的模型。雙噴嘴列印允許同時列印兩種顏色或線材，因此學生可以輕鬆列印大型複雜的雕塑模型。學生們使用ideaMaker 3D切層軟體來設計和切層模型，直覺且簡單操作。該軟體還提供多種語言版本，包括意大利語。

希洛夏威夷大學藝術系副教授Jon Goebel與該大學的海洋研究團隊合作，利用3D列印來獲取珊瑚生態。他們的目標是吸引公眾對珊瑚生存環境和氣候變化的關注。Goebel 列印並組裝了100多個超大珊瑚部件。Raise3D Pro2 Plus 的成形空間為 305 X 305 X 605 mm，使其成為 Goebel 預算內品質最好的大空間3D列印機。他使用Raise3D Pro2 Plus 列印了長達6,000小時的作品。

此外，Goebel還選擇了Raise3D PLA作為列印材料，因為它是一種可生物降解的生物塑料，可以更好地引起人們對珊瑚生態和塑膠污染的關注。該項目將3D列印技術變成了環保與人類行為之間的橋樑，讓人們明白科技與自然也可以和平共處、持續共存。

3D 列印技術在教育領域的未來

3D列印將成為鼓勵學生和教師創新的重要推動力。使用3D列印技術，學生可以更多地參與課堂教學活動，同時更好地理解使用加法製造的原型，為未來的教育奠定更多基礎。3D列印技術為高等教育環境中的師生提供了更多的實踐和項目機會，勢必在整個教育界掀起跨學科、實踐導向的創新旋風。