教育現場における3Dプリント技術：基礎と主要メリット

3Dプリントは近年、技術分野で最も重要なトレンドの一つですが、一般的なイメージとは異なり、単一の機械タイプに限定されるものではなく、金型や最小ロットなしでオブジェクトを作成できる一連の技術の総称です。 各技術には独自の用途、応用、材料があります。

現在、教室で非常に有用なデバイスがいくつかあり、年々多くの学校が教育プロジェクトに採用しています。STEAMスキル（科学、技術、工学、芸術、数学の分野におけるスキル）は、例えば就職時に若者に求められることが増えており、3Dプリントはその一つです。

教育における重要性

3Dモデルのプリントは、学生をプロセスに巻き込み、変化への適応と間違いの修正を促すスキルを開発します。これにより、学習は単なる観察ベースではなく、自ら作成したファイルをプリントする「作って学ぶ」方式になります。3Dプリントを教室に導入することで、学生は創造性と組織力を育み、単体または分割可能な3Dオブジェクトの作成、既存オブジェクトの改良など、無限の可能性に心を開きます。

設計図から3Dデザインへ移行し、自分の創造物に触れられることは、学習により現実的で動的なアプローチをもたらします。こうして知識の定着が自然に起こります。

初等・中等教育における3D技術は、STEM科目における学習機会を拡大するためにエンゲージメントを刺激し創造的思考を促進するだけでなく、様々な教科に統合することで、教師が学生を将来に備えさせ、問題解決スキルと経験の習得を促進するプラットフォームとして機能します。

職業教育訓練（VET）の場合、3D技術の導入は装置の操作方法だけでなく、紙上の図面から3Dソフトウェアによる設計・モデリング、3Dプリント用ファイル準備まで、設計のあらゆる側面を探求することを学生に促します。

学校教育における3Dプリンターの可能性は無限大で、各教育レベルのニーズに適応させ、迅速な投資回収が可能です。現在多くの3Dプリント技術がありますが、最も一般的でアクセスしやすいのはFFF/FDMとレーザーです。

材料押出法：FFF/FDM

FDM（熱溶解積層法）技術、別名FFF（熱溶解フィラメント製造）は、現在市場で最も普及している技術です。この技術は、フィラメントを押出機に導入し、融点以上の温度で溶融させ、層ごとに積層することでパーツを得るものです。フィラメント径は2種類（1.75mmと2.85mm）があり、この技術の大きな利点は材料の豊富なバリエーション、経済的な価格、それらを組み合わせられる可能性（例：水溶性サポート材を組み込みサポート除去の後処理を削減）です。さらに、この装置のメンテナンスは非常にシンプルで、シャフトキャリブレーションや詰まり時の押出機加熱に限定されます。

画像1：Raise3D E2 3Dプリンター。出典：Raise 3D。

この技術は強靭で大型、機械的・熱的に耐性のあるパーツに最適です。しかし前述の材料押出法の利点にもかかわらず、レーザー技術には敵わない側面が一つあります。後処理時間は長くなりますが、レーザー技術の方がはるかに高精度で高速です。

レーザー技術（SLA、SLS）

このタイプのプリンターはフィラメントを積層する代わりに、層全体を材料に投影し、進行しながら固化させます。

ステレオリソグラフィー（SLA）では、光硬化性液体レジンを光源に露出させると光重合が起こります。光源を制御すればオブジェクトを成形できます。この技術はタンク内に液体レジンを保持し、プラットフォームを上下動させながらレーザーで一度に1層ずつ固化させます。

SLSの場合、プラスチックまたは金属粉末粒子を焼結/溶融させて完全にソリッドなパーツを製造できる技術です。非常に微細な材料粉末をフラットベッドに供給し、必要な材料を溶融させ、新しい粉末層で覆います。技術のバリエーションは溶融エネルギー源と使用材料によって決まります。SLSでは主にナイロン12をレーザーで溶融させます。

画像2：Formlabsプリンターと学生たち。出典：Formlabs。

これらの技術は、より堅牢性が求められるパーツの微細なディテールや複雑な仕上げの制作に最適で、より高い精度とプリント時間の短縮を実現します。 しかし、フィラメントプリントと比較して高コストです。レジンも機械自体も高価だからです。

子供向けはどうでしょう？より子供向けの観客に対応したプリンターも存在し、教室に存在するニーズに特化して、安全対策、材料、操作性がすべて設計されています。デスクトップ3DプリンターメーカーXYZprintingは、子供専用のToyboxプリンターを開発しました。 しかし、常に3Dプリンターというわけではありません。例えば、3Doodlerはその3Dペン向けに学習パッケージを提供しています。

画像3：3Doodler。出典：Wobleworks。

3Doodlerペンは、3Dアートワークの創作を容易にし、児童生徒に三次元性の基本理解を与えることで、学校への3Dプリント導入をシンプルにします。

教室での導入

専門学位と学校への3Dプリント導入の重要性は事実です。そしてトレーニングが3D技術の応用と導入、特に産業界において不可欠であるため、プロフェッショナルな必要性となっています。

この技術の実践的応用は、学生にとってしばしば難解な理論的概念を簡素化するため、幅広い教科に組み込むことができます。しかし、スペインの学校で3Dプリンターを見つけるのは容易ではなく一般的でもありません。実験的な取り組みで成功例はありますが、使用はほぼ常に特定プロジェクトやプロジェクト専用の日に限定されます。米国や英国など他国では、教育リソースとしての潜在力、汎用性、学生の能動的参加を促す可能性を認識し、教室への導入が進んでいます。

この技術のより顕著な導入を加速すべき理由には以下が含まれます：

1. 学生を動機付け、学習を促進する。

2. 学習プロセスを加速する。
3. 情報定着を改善する。
4. 批判的・反省的能力を開発する。
5. 集団的・個別化学習を促進する。

特定プロジェクトを具現化する過程で、子供や青少年は複雑な根底概念を理解できます。実践を通じてこれらの概念を同化することで、学生は学習プロセス中にモチベーションを維持できます。教育環境での3D機器使用は、学生が様々なプロジェクトと活動を行い、STEAMスキルを強化し、チームワーク能力を向上させ、自尊心を高め、創造性を促進することを疑いなく可能にします。