3D Elle Yazdırma

Materyal Oluşturma (Her ekip için)

Gerekli malzemeler

• Köpük levha veya kalın oluklu mukavva
• Cetveller
• Boru temizleyicileri veya kolayca bükülebilen tel
• Kurşunkalem
• Tutkal
• Öğrencilerin aralarından seçim yapabileceği nispeten basit şekillere sahip çeşitli küçük nesneler.
  • taşaklar
  • vazo
  • Kaseler
  • Şişeler
  • Bardaklar

Öğretmen Materyali

3D baskıya görsel bir giriş için PBS LearningMedia'dan kısa video https://ny.pbslearningmedia.org/resource/b9194612-d6e7-4307-b08c-9c2857956713/will-3d-printing-change-the-world/

Tasarım Yarışması

Günlük malzemeleri kullanarak bir nesnenin "3B yazdırılmış" modelini oluşturmak için birlikte çalışan bir mühendis ekibinin parçasısınız. 

3B yazdırma yazılımı, bir nesnenin şeklini eşler ve ardından onu katmanlara "böler". 3D yazıcılar sonra nesneyi oluşturmak için birlikte malzeme katmanına katman ekleyerek nesneleri yazdırın. Bu sürece "eklemeli üretim" denir. 

Katmanlarınızın kalınlığı, yapı malzemenizin (köpük levha veya karton) kalınlığıyla aynı olacaktır. Katmanlarınızı ölçmek için, boru temizleyicileri her katman / yükseklik işaretinde nesnenizin etrafına saracaksınız (köpük tahtanız ¼ ”kalınsa, nesnenizi ¼” yüksek, ½ ”yüksek, ¾” ölçülerinde bir boru temizleyicisi ile ölçeceksiniz. yüksek, vb.). Boru temizleyicisi size cihazın boyutunu ve şeklini verecektir.katman. Boru temizleyici şeklini yapı malzemenize doğru takip ederek, modelinizin her katmanını keseceksiniz. Bir katmanı diğerinin üzerine ekleyip tutkalla yapıştırarak üç boyutlu modelinizi oluşturacaksınız.

Kriterler 

• Modelleme nesnesi ekip tarafından seçilmelidir
• Her yükseklik işaretleyicisindeki nesneyi ölçmek için cetvel ve boru temizleyicileri kullanın 

Kısıtlamalar

• Yalnızca sağlanan malzemeleri kullanın

1. Sınıfı 2 kişilik takımlara ayırın
2. El ile 3B Baskı çalışma sayfasının yanı sıra tasarımların eskizini yapmak için bazı kağıt yapraklarını dağıtın. 
3. Arka Plan Kavramları Bölümündeki konuları tartışın. 3D baskıya görsel bir giriş için bu kısa videoyu PBS LearningMedia'dan göstermek isteyebilirsiniz. https://ny.pbslearningmedia.org/resource/b9194612-d6e7-4307-b08c-9c2857956713/will-3d-printing-change-the-world/
4. Mühendislik Tasarım Sürecini, Tasarım Zorluğunu, Kriterleri, Kısıtlamaları ve Malzemeleri gözden geçirin. 
5. Öğrencilere beyin fırtınası yapmaya ve tasarımlarını çizmeye başlamalarını söyleyin.
6. Her takıma malzemelerini sağlayın.
7. Öğrencilerin, kullanıma sunduğunuz nesnelerden birinin üç boyutlu bir modelini oluşturacaklarını açıklayın. 3B yazıcıların katmanları kullanarak nesneleri nasıl oluşturduğunu tartışın, bu nedenle bazen "eklemeli üretim" olarak anılır. 3B yazıcılarla kullanılan bilgisayar dosyaları, yazdırılan nesnenin her katmanı için gereken bilgileri içerir. CAD yazılımı, bir nesnenin üç boyutlu yapısını tanımlar. .STL dosyaları, bir nesneyi üçgenlere bölerek dış yapısını tanımlar. Dilimleme yazılımı daha sonra üç boyutlu yapıyı 3D yazıcı için yatay katmanlara böler. Öğrenciler, 3B yazıcıya benzer yöntemler kullanarak, seçtikleri nesnenin bir modelini "3B yazdırmak" için sağlanan köpük levha veya oluklu mukavva ile çalışacaklar. Modellerini köpük levha katmanlarından oluştururken, bir tür eklemeli üretim kullanıyor olacaklar. Öğrencilere, kullanılan köpük tahtanın veya oluklu mukavvanın kalınlığını sağlayın. Bu kalınlık, modellerinin her katmanının yüksekliği olacaktır. Bu yükseklik işaretleyicisini kullanarak nesneyi katmanlara bölerek, öğrenciler boru temizleyicileri veya telleri her yükseklik işaretinde şeklini belirlemek için nesnelerinin etrafına saracaklardır. Öğrenciler teli karton veya köpük tahta üzerinde izleyecek ve ardından her katmanı keseceklerdir. Öğrenciler daha sonra bir tür eklemeli üretim yöntemi kullanarak modellerini oluşturmak için katmanları bir araya getirip yapıştıracaklar.
8. Tasarlamaları ve inşa etmeleri gereken süreyi duyurun (1 saat önerilir).
9. Zamanında kalmanızı sağlamak için bir zamanlayıcı veya çevrimiçi bir kronometre (geri sayım özelliği) kullanın. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Öğrencilere, görevde kalmaları için düzenli "zaman kontrolleri" verin. Mücadele ediyorlarsa, onları daha hızlı çözüme götürecek sorular sorun. 
10. Öğrenciler buluşur ve 3D modelleri için bir plan geliştirirler. İhtiyaç duyacakları malzemeler üzerinde anlaşırlar, planlarını yazarlar / çizerler ve planlarını sınıfa sunarlar. Takımlar, ideal parça listelerini geliştirmek için diğer takımlarla sınırsız malzeme ticareti yapabilir.
11. Takımlar tasarımlarını oluşturur. 
12. Sınıf olarak tasarımları paylaşın ve öğrenci yansıtma sorularını tartışın.
13. Konuyla ilgili daha fazla içerik için "Daha Derin Kazma" bölümüne bakın.

Öğrenci Yansıması (mühendislik defteri)

1. Oluşturduğunuz model, dayandırdığınız nesneye kıyasla nasıl?
2. Süreç veya malzemelerdeki hangi değişikliklerin orijinal nesnenin daha ayrıntılı ve doğru bir şekilde yeniden üretilmesine yol açacağını düşünüyorsunuz?
3. Gerçek modele benzer 3B modelinizi oluşturmak için kullandığınız süreç hangi yönlerden 3D yazıcı tarafından kullanılan işlem?
4. Burada oluşturduğunuz katmanların kalınlığının katmanlara kıyasla nasıl olduğunu düşünüyorsunuz? 3D yazıcı için mi oluşturulmuş?
5. 3B modelinizi oluştururken hangi zorluklarla karşılaştınız? Başka hangi araçlar veya malzemeler ölçümlerinizi yapmanıza ve katmanlarınızı oluşturmanıza yardımcı olabilir mi?

Ders, daha büyük öğrenciler için 1 ders dönemi kadar kısa bir sürede yapılabilir. Bununla birlikte, öğrencilerin acele hissetmelerine yardımcı olmak ve öğrenci başarısını sağlamak için (özellikle daha genç öğrenciler için) dersi iki döneme ayırın, öğrencilere beyin fırtınası yapmaları, fikirleri test etmeleri ve tasarımlarını tamamlamaları için daha fazla zaman verin. Bir sonraki sınıf döneminde testi ve sorgulamayı gerçekleştirin.

• 3D: Üç boyutlu olma niteliği.
• Eklemeli imalat: Daha hafif, daha karmaşık tasarımların oluşturulması.
• Kısıtlamalar: Malzeme, zaman, ekibin büyüklüğü vb. ile ilgili sınırlamalar.
• Kriterler: Tasarımın genel boyutu vb. gibi karşılaması gereken koşullar.
• Mühendisler: Dünyanın mucitleri ve problem çözücüleri. Mühendislikte yirmi beş ana uzmanlık tanınır (infografiğe bakın).
• Mühendislik Tasarım Süreci: Süreç mühendisleri sorunları çözmek için kullanır. 
• Mühendislik Zihni Alışkanlıkları (EHM): Mühendislerin düşündüğü altı benzersiz yol.
• Yineleme: Test ve yeniden tasarım bir yinelemedir. Tekrarla (birden çok yineleme).
• Katmanlar: Bir levha, miktar veya malzeme kalınlığı.
• Model: Bir kişinin veya şeyin veya önerilen bir yapının, tipik olarak orijinalinden daha küçük bir ölçekte üç boyutlu bir temsili.
• Prototip: Test edilecek çözümün çalışan bir modeli.
  

İnternet Bağlantıları

• PBS LearningMedia: 3D Baskı Dünyayı Değiştirecek mi?

https://thinktv.pbslearningmedia.org/resource/b9194612-d6e7-4307-b08c9c2857956713/will-3d-printing-change-the-world/

Önerilen Kaynaklar

• 3D Yazıcılar: Bir Başlangıç ​​Kılavuzu, Oliver Bothmann (ISBN: 978-1565238718)
• Make: 3D Printing ile Başlarken: Liza Wallach Kloski ve Nick Kloski tarafından yazılan Yeni Üretim Devriminin Arkasındaki Donanım, Yazılım ve Hizmetlere Yönelik Uygulamalı Kılavuz (ISBN: 978-1680450200)

Yazma aktivitesi 

3D baskının topluma yardımcı olabileceği yollar ve ortaya çıkabilecek potansiyel tehlikeler, tuzaklar veya ahlaki sorunlar hakkında bir makale veya paragraf yazın.

Müfredat Çerçevelerine Uyum

Not: Bu serideki ders planları, aşağıdaki standartlardan bir veya daha fazlasıyla uyumludur:  

• ABD Bilim Eğitimi Standartları (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• ABD Yeni Nesil Bilim Standartları (http://www.nextgenscience.org/) 
• Uluslararası Teknoloji Eğitimi Derneği'nin Teknolojik Okuryazarlık Standartları (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• ABD Ulusal Matematik Öğretmenleri Konseyi'nin Okul Matematiği İlkeleri ve Standartları (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• Matematik için ABD Ortak Çekirdek Eyalet Standartları (http://www.corestandards.org/Math)
• Bilgisayar Bilimleri Öğretmenleri Derneği K-12 Bilgisayar Bilimleri Standartları (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Ulusal Bilim Eğitimi Standartları 5-8. Sınıflar (10-14 yaş)

İÇERİK STANDART A: Araştırma Olarak Bilim

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Bilimsel sorgulama ile ilgili anlayışlar 

İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji
5-8. Sınıflardaki aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir.

• Teknolojik tasarım yetenekleri 
• Bilim ve teknoloji ile ilgili anlayışlar 

İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Kişisel sağlık 
• Riskler ve faydalar 
• Toplumda bilim ve teknoloji 

İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Bilim tarihi 

Ulusal Bilim Eğitimi Standartları 9-12. Sınıflar (14-18 yaş)

İÇERİK STANDART A: Araştırma Olarak Bilim

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Bilimsel sorgulama ile ilgili anlayışlar 

İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji

Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir

• Teknolojik tasarım yetenekleri 
• Bilim ve teknoloji ile ilgili anlayışlar 

İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Yerel, ulusal ve küresel zorluklarda bilim ve teknoloji 

İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası

Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,

• Tarihsel bakış açıları 

Yeni Nesil Bilim Standartları 3-5. Sınıflar (8-11 Yaş)

Mühendislik tasarımı 

Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:

• 3-5-ETS1-1. Başarı için belirlenmiş kriterler ve malzemeler, zaman veya maliyet üzerindeki kısıtlamaları içeren bir ihtiyacı veya isteği yansıtan basit bir tasarım problemi tanımlayın.
• 3-5-ETS1-2. Sorunun kriterlerini ve kısıtlamalarını her birinin ne kadar iyi karşılayacağına bağlı olarak bir soruna birden çok olası çözüm üretin ve karşılaştırın.
• 3-5-ETS1-3. Bir modelin veya prototipin iyileştirilebilecek yönlerini belirlemek için değişkenlerin kontrol edildiği ve başarısızlık noktalarının dikkate alındığı adil testler planlayın ve uygulayın.

Yeni Nesil Bilim Standartları 6-8. Sınıflar (11-14 Yaş)

Mühendislik tasarımı 

Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:

• MS-ETS1-2, problemin kriterlerini ve kısıtlamalarını ne kadar iyi karşıladıklarını belirlemek için sistematik bir süreç kullanarak rakip tasarım çözümlerini değerlendirin.

Yeni Nesil Bilim Standartları 9-12. Sınıflar (14-18 Yaş)

Mühendislik tasarımı 

Anladıklarını gösteren öğrenciler şunları yapabilir:

• HS-ETS1-2. Mühendislik yoluyla çözülebilecek daha küçük, daha yönetilebilir sorunlara bölerek karmaşık bir gerçek dünya sorununa bir çözüm tasarlayın.

Teknolojik Okuryazarlık Standartları - Tüm Yaşlar

Teknolojinin Doğası

• Standart 3: Öğrenciler, teknolojiler arasındaki ilişkiler ve teknoloji ile diğer çalışma alanları arasındaki bağlantılar hakkında bir anlayış geliştireceklerdir.

Dizayn

• Standart 8: Öğrenciler tasarımın niteliklerine ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.
• Standart 9: Öğrenciler bir mühendislik tasarımı anlayışı geliştireceklerdir.
• Standart 10: Öğrenciler sorun giderme, araştırma ve geliştirme, icat ve yenilik ve problem çözmede deney yapmanın rolüne ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.

Teknolojik Bir Dünya İçin Yetenekler

• Standart 11: Öğrenciler tasarım sürecini uygulama becerilerini geliştireceklerdir.
• Standart 13: Öğrenciler, ürünlerin ve sistemlerin etkisini değerlendirme becerilerini geliştireceklerdir.