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Sieben Einsatzbereiche des 3D-Drucks in der Bildung

Technologie-Einbindung im Klassenzimmer hat große Fortschritte gemacht. Von Overhead-Projektoren über Taschenrechner bis zur Normalisierung von Computern im Schulalltag haben Technik und Technologie Pädagogen in den letzten Jahrzehnten dabei Unterstützt, den Unterricht ansprechender zu machen und Schüler und Studenten auf das Leben nach dem Abschluss vorzubereiten. 

Heute hat der 3D-Druck das Potenzial, den Unterricht zu revolutionieren. Jüngste Fortschritte im 3D-Druck haben die Technologie zugänglicher und erschwinglicher gemacht, was zu einer steigenden Beliebtheit im Bildungsbereich geführt hat.  

Pädagogen und Pädagoginnen beinahe jeder Fachrichtung können sich den 3D-Druck im Unterricht zunutze machen, gleichermaßen beim Anwesenheitsunterricht wie online. Wird die Technologie mit Bedacht in den Unterricht integriert, verbessert dies das Lernergebnis wie z. B. die analytischen Fertigkeiten und die kritische Denkfähigkeit.

Im Folgenden erfahren Sie sieben Arten, auf die der 3D-Druck in der Bildung praxisorientiertes Lernen ermöglicht, die Kreativität stärkt, Schüler und Studenten auf das Arbeitsleben vorbereitet und darüber hinaus. Hier sind die sieben Vorteile des 3D-Drucks in der Bildung:

  1. Er schafft ein greifbares Lernerlebnis.

  2. Er fördert Kreativität und Innovation.

  3. Er gewährt ein realweltliches Verständnis.

  4. Er bereitet den Weg für eine Welt nach dem Abschluss.

  5. Er stärkt die digitale Einbindung.

  6. Er verbessert die Problemlösungsfertigkeiten.

  7. Er nutzt Design Thinking.

3D-Druck schafft ein greifbares Lernerlebnis

Schüler und Studenten haben mehr Spaß am Unterricht, wenn sie daran aktiv teilnehmen. Projektionen können dabei nur begrenzt ihr Interesse wecken oder ihre Aufmerksamkeit sichern. Durch den 3D-Druck wird der Lernvorgang aktiv, wenn die Schüler und Studenten beim Erstellen der Modelle ihre kritische Denkfähigkeit einsetzen. Ein ansprechender Unterricht erhöht das Lernvermögen der Schüler bei fortgeschrittenen Themen und fördert z. B. das Problemlösungsvermögen. Doch damit nicht genug. Der 3D-Druck begünstigt verschiedene Lerntypen. Dabei profitieren besonders Schüler und Studenten, die Sachen sehen oder anfassen müssen, um sie zu begreifen.

Beispielsweise schließen fast alle Maschinenbaustudiengänge bei Morrison Tech 3D-Druck mit ein. Die Studierenden erlernen Produkt- und Prototypenentwicklung mittels 3D-Druck und erstellen Funktionsteile wie Zahnräder. Genauso arbeiten fertige Ingenieure. Die Studierenden erhalten also einen Vorgeschmack der eigentlichen Ingenieurarbeit und sammeln dabei praktische Erfahrung.

Stereolithografie-3D-Druck (SLA) eignet sich ideal für maßgefertigte Modelle wie z. B. Anatomiemodelle für die Biologie oder Medizin.

3D-Druck ist jedoch nicht auf den Maschinenbau beschränkt. Es gibt vielzählige Einsatzmöglichkeiten in den einzelnen Fachrichtungen: Biologiestudenten drucken Organe, Chemiestudenten untersuchen 3D-gedruckte Moleküle, Grafikdesigner erstellen 3D-Versionen ihrer Entwürfe, Geschichtsstudenten drucken historische Artefakte und Architekturstudenten drucken 3D-Modelle ihrer Gebäudeentwürfe.

Selbst beim Online-Unterricht geht die praxisorientierte Komponente damit nicht verloren. Michael Silver, Architekturprofessor des College of Design and Architecture an der University of Kentucky, hat es bewiesen. Seine Studenten entwarfen Gebäudemodelle, die Silver dann für sie druckte und ihnen zuschickte. Handfeste Modelle helfen den Studierenden beim Verständnis verschiedenster Konzepte. So wurde aus dem Online-Unterricht dank 3D-Druck doch noch ein immersives Erlebnis.

3D-Druck fördert Kreativität und Innovation

Kreative Fertigkeiten werden nicht nur unterschätzt, sie sind sogar entscheidend in der Entwicklung eines erfolgreichen Schülers. Durch Kreativität entstehen neue Ideen und Lösungen. 3D-Druck ist naturgemäß sehr kreativ, sodass Schüler und Studenten auch dabei Probleme lösen und durchdenken müssen, um entsprechende Modelle in einer CAD-Software zu erstellen und zu optimieren. Hinzu kommt insbesondere in der Kunst die Bemalung und Lackierung der Modelle, wodurch die Kreativität ganz neue Höhen erreicht.

SLA-3D-Druckteile haben eine glatte Oberflächenbeschaffenheit, unglaubliche Detailtiefe und lassen sich leicht bemalen.

Die Dozentin Yuko Oda von UMass Lowell setzt 3D-Druck dafür ein, die Kurse für 3D-Design, Bildhauerei, 3D-Modellierung und Animation zu modernisieren. Dabei ist eine entscheidende Entwicklung für die Bildhauerei die Kombination aus virtueller Realität (VR) und 3D-Druck. VR verringert die Einstiegshürden beim 3D-Design und ermöglicht es Künstlern und Studenten, in Programmen wie Oculus Medium mit ihren Händen schöpferisch tätig zu werden. Yuko hat Achtklässlern gezeigt, wie man in 30 Minuten in VR ein 3D-Objekt erstellt und das Kunstwerk dann auf einem 3D-Drucker druckt. 3D-Druck eröffnet einfach neue Wege der Innovation.

3D-Druck gewährt ein realweltliches Verständnis

Wenn eines der Ziele der Hochschulbildung die Vorbereitung auf das Leben nach dem Abschluss ist, dann müssen Pädagogen den Schülern und Studenten auch ein Verständnis davon vermitteln, wie sich das im Unterricht Erlernte in die Arbeitswelt einfügt. Worte sind dabei weniger effektiv, als es den Schülern vorzuführen –und womit ginge das besser als mit 3D-Druck?

Zahnmedizinstudenten in der Türkei führten Wurzelbehandlungen an 3D-gedruckten Modellen durch.

Beispielsweise können 3D-gedruckte Modelle Studenten ein besseres Verständnis der Anatomie vermitteln. An der türkischen Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi ermöglichen 3D-gedruckte Zahnmodelle ein Fernstudium der Zahntechnik.

„Der Formlabs Form 3B ist ein perfekter 3D-Drucker mit einer großen Konstruktionsplattform. So drucken wir 80 Backenzähne in 9 Stunden. Die Details der gedruckten Zähne sind gestochen scharf und die Genauigkeit ist äußerst hoch. Dadurch konnten wir die Zahnmodelle für die Studierenden drucken”, so Dr. Yosunçığır.

Mit Kunstharzen wie Elastic Resin oder BioMed Clear Resin, die für die Medizin optimiert sind, können die Studenten 3D-Modelle drucken von Knochen, Organen oder anderen biologischen Komponenten. Bei der medizinischen Ausbildung dienen Modelle auch oft zur Vorbereitung der Studenten auf Operationen. Diese Art der Visualisierung ist äußerst wertvoll, denn sie hilft Chirurgenteams bei der Planung ihrer Eingriffe.

3D-Druck bereitet den Weg für eine Welt nach dem Abschluss

3D-Druck als Fähigkeit wird bei vielen Arbeiten geschätzt. Nicht nur im Maschinenbau oder in der Fertigung kommt 3D-Druck zum Einsatz. Er findet überall seinen Platz, von der Unterhaltungsindustrie bis zur Schmuckherstellung. Ein Bericht von Grand View Research aus dem Jahr 2019 bezifferte den Marktwert des 3D-Drucks mit 11,58 Mrd. USD, bei einer erwarteten jährlichen Wachstumsrate von 14 % zwischen 2020 und 2027. Geschätzt wurden 2018 weltweit 1,4 Mio. 3D-Drucker ausgeliefert – und es wird erwartet, dass diese Zahl bis 2027 auf 8 Mio. ansteigt.

Durch diese Integration des 3D-Drucks steigt der Bedarf an 3D-Designfertigkeiten bei Grafikdesign-Studenten. Zum 3D-Druck benötigt es Designer, die die Modelle entwerfen. Die Nachfrage nach maßgefertigten und personalisierten Produkten wächst und so wird das Design individueller Modelle immer wichtiger. Auch Arbeitsplätze in der Forschung und Entwicklung (F+E) setzen oft 3D-Druckkenntnisse voraus. Die Produktion von Konsumgütern benötigt klare Analysen. Dabei müssen die F+E-Fachleute nach Möglichkeiten der Kostenersparnis suchen und die Effizienz steigern – eben mit Technologien wie dem 3D-Druck. Modellierung ist ebenso wichtig in der Biologie, von Prothesen bis zu Organen. Auch in der Architektur und im Bauwesen gibt es großen Bedarf an 3D-Druck, da dort Prototypen eine entscheidende Rolle spielen.

Das heißt, je mehr die Schüler und Studenten im Unterricht über 3D-Druck lernen, desto besser sind sie auf die Arbeitswelt vorbereitet. Durch den Umgang mit 3D-Druck im Unterricht sind Schüler und Studenten besser auf kreative Rollen nach dem Abschluss vorbereitet.

3D-Druck stärkt die digitale Einbindung

In einer immer digitaleren Welt müssen Schüler den Umgang mit der Technologie erlernen und sie zu ihrem Vorteil nutzen. Digitale Technologien geraten manchmal in Verruf mit der Begründung, dass sie vom Lernen ablenkten. Bei korrektem Einsatz jedoch verhilft digitale Technik den Schülern und Studenten, sich in einem bereichernden Maß mit der Welt auseinanderzusetzen. Die Branche spielt keine Rolle mehr. Arbeitsplätze vom Kunststudio bis zur Werkhalle haben aufgerüstet, sich modernisiert. Die Integration des 3D-Drucks in den Stundenplan bedeutet für Pädagogen, dass ihre Schüler digitale Arbeitsabläufe besser begreifen. Zum 3D-Druck gehört mehr als nur ein Drucker. Schüler und Studenten müssen dabei den gesamten Prozess verstehen, vom CAD-Design bis zur Nachbearbeitung. 

So erlernen die Studenten beispielsweise den Prozess der Fotogrammetrie, also wie man präzise Messungen anhand von Fotos durchführt. Bei der Fotogrammetrie macht man überlappende Fotos eines Objekts, eines Gebäudes oder einer Person oder Umgebung und verwandelt diese in ein 3D-Modell mittels verschiedener Computer-Algorithmen. 

3D-Druck verbessert die Problemlösungsfertigkeiten

Der 3D-Druck löst Probleme der Realwelt. Zum Beispiel diente er zur Bewältigung der PSA-Knappheit (persönliche Schutzausrüstung) während der COVID-19-Pandemie. Dieselbe Logik lässt sich auch in den Unterricht übertragen. Zweifelsohne müssen die Schüler und Studenten beim 3D-Druck ihre Problemlösungsfertigkeiten unter Beweis stellen. Bei einem 3D-Druckprojekt müssen eine Reihe grundlegender Probleme angegangen werden, wie z. B.:

  1. Welchen Zweck muss mein 3D-Druckteil erfüllen?

  2. Was muss ich beim Entwurf des Modells, bei der Wahl des Materials und bei der Fertigstellung des Druckteils beachten?

  3. Wie gestalte ich meinen 3D-Druckprozess möglichst effizient?

Dies sind nur an paar der Fragen, die es zu klären gilt. Aber sie benötigen alle kritisches Denkvermögen bezüglich des vorliegenden Projekts. Die Schüler und Studenten müssen von einer abstrakten Vorstellung zu einem 3D-gedruckten Objekt gelangen und dabei begreifen, wie diese Konzepte zusammenspielen. Bei der Prototypenentwicklung müssen sie den Erfolg mit Bezug auf das angestrebte Ziel testen und beurteilen können und dabei über die reine Funktionalität hinausgehen. Im 3D-Druck sind die Schüler und Studenten darauf angewiesen, die Probleme logisch und systematisch anzugehen. Und gleichzeitig wird das kreative Denken angeregt.

3D-Druck nutzt Design Thinking

Design Thinking ist mehr als nur ein Modewort. Es ist per Definition ein iterativer Prozess, bei dem wir den Nutzer und die angenommenen Herausforderungen zu verstehen suchen und die Probleme neu definieren, um alternative Strategien und Lösungen hervorzubringen, die beim anfänglichen Verständnis nicht offensichtlich sind. Design Thinking ist mehr als ein vergänglicher Trend und wird uns auch in Zukunft begleiten. Große Marken wie Apple und Google verkörpern bereits diesen Ansatz. Und wie genau hilft 3D-Druck beim Design Thinking?

Zusammenarbeit ist eine der Schlüsselkomponenten beim Design Thinking und genau diese wird durch 3D-Druck gefördert, wenn die Lehrkraft z. B. ein Gruppenprojekt ansetzt. Gruppenprojekte beim 3D-Druck vermitteln den Schülern und Studenten gegenseitig die Sicht- und Arbeitsweisen der anderen. Ein weiterer entscheidender Aspekt des Design Thinkings ist die Iteration. Im 3D-Druck ist die Verbesserung des Designs anhand vorheriger Ergebnisse und Rückmeldungen quasi inhärent. 

Fazit

3D-Druck ist in wahrsten Sinne des Wortes eine vielschichtige Technologie, mit der die Schüler über sich hinauswachsen. Pädagogen aller Fachrichtungen und Zweige bieten ihren Schülern so ein besseres, aktiveres Lernerlebnis und erreichen fortgeschrittene Lernziele mithilfe des 3D-Drucks. Von der beflügelten Vorstellungskraft der Schüler und Studenten bis zur Übertragung abstrakter Konzepte in die reale Welt leistet der 3D-Druck einen Beitrag von unschätzbarem Wert.

Weitere Informationen zum 3D-Druck in der Bildung finden Sie in unseren Bildungsressourcen.