当与老师们谈论他们将3D设计和3D打印程序引入K-12教室的努力时,一个普遍存在的问题仍然是——为什么?

老师们试图从行政部门获得资金,并被问到——你为什么需要3D打印机?行政部门向指定的教师提供资金必威体育苹果版下载,老师们会问——为什么我需要从课堂上抽出时间来教授如何使用3D打印机?当老师们把3D打印引入课堂时,家长们会问:为什么你要用一些“时尚”来浪费我孩子的时间?

答案——为将来的工作做准备。和当前的工作。所有的工作。医学、电子游戏、建筑、制造业、产品设计、电视和电影特效、汽车、我们从未听说过的创业项目(比如2011年的台式3D打印机)等等都需要某种形式的3D建模技能。必威体育苹果版下载而选择在现实中制造这些模型的工具——原型或最终产品——是3D打印。

简单的三维建模教学软件Tinkercad在学校不仅使学生拓宽了他们以前可能没有考虑过的工作机会的范围,而且用CAD软件设计的实践也涵盖了核心蒸汽(科学、技术、工程、艺术和数学)标准无论如何都需要教授。

参与是这里的独特因素。教师们需要特别努力地与这一代人打交道,以抓住他们的注意力,让他们参与进来。大脑正在改变。现在有越来越多的触觉学习者和孩子在集中注意力方面有各种各样的问题(即使这个问题是被他们口袋里的手机分散了注意力)。将3D设计和3D打印融入到教师需要教授的课程中,无论如何都能让课程更有吸引力,课堂时间也更有趣。

以下是一些你之前可能没有想过的需要3D建模和3D打印技能的职业:

医学

我们很多人都看过《实习医生格蕾》的那一集,医生用病人的CT扫描做了一个3D打印模型,这样他们就能在动手术之前360度地观察这个问题。这在世界各地的医院都被证明是有效的。

哈佛大学医学院贝斯以色列女执事医疗中心的介入肺科医生Alex Chee解释说:“虽然我们看的是2D扫描,但实际上我们是在3D世界中工作。”“你可以把相机对准一个方向,但你需要看到另一边发生了什么。当你3D打印一个模型时,你可以从各个角度看到它,知道不要切得太深。”

Alex Chee博士在2017年纽约创客展上展示3D打印手术模型
Alex Chee博士在2017年纽约创客展上展示3D打印手术模型

3D打印也被用于医疗设施的医疗模拟,以提高手术成功率,并促进与患者家属的讨论。

阿拉巴马州儿童医院的模拟技术专家马特·西布鲁克说:“我们使用3D打印来增强患者的参与和理解,并更好地规划和预测潜在的并发症。”“随着对这项技术的进一步投资,我们将看到手术次数减少,失血量减少,并可能获得更好的手术结果。”

与此同时,在这一不断发展的领域,其他公司也在为自己的解剖学上正确的外科训练器建模,并使用廉价的台式3D打印机在内部制作,从而为医院节省数千美元。必威体育苹果版下载David Escobar是亚利桑那州Level 3 Healthcare的医疗保健模拟技术专家,他一直是这个应用程序的积极倡导者。

Escobar说:“我们使用Fusion 360在几分钟内开发出腹腔镜手术训练器,现在正用于训练住院医生。”“这项技术在改善病人护理方面的作用是无限的。”

体系结构

在建筑学领域,CAD设计一直是最终建筑规划成功的关键。随着越来越多的设计工作室和建筑公司出现廉价的桌面3D打印机必威体育苹果版下载,这些技能的需求也越来越大,因为它们也被应用到迭代模型中。

Garrett Faulkner是福克纳工业的数字制造专家和建筑模型制造商。他使用3D打印来实现房屋设计的想法,同时为他的公司节省了大量的时间和金钱。

建筑模型住宅由Garrett Faulkner创作
建筑模型住宅由Garrett Faulkner创作

历史上,用巴尔沙木和软木制作建筑模型需要数周时间。如果设计过于复杂,而无法使用现成的材料,那么他们得到的只是想法的表象,而不是真正的东西。有了3D打印技术,他们可以在短短几天内,以几美元的塑料成本,制作出他们设计的完整细节的精确复制品。这允许在设计过程中进行更多的实验,最终得到更好的建筑。

制造业

目前,在全球范围内,3D打印(又名增材制造)领域缺乏训练有素的机器操作员。

剑桥大学的Tim Minshall最近在英国第12届增材制造和3D打印国际会议上发言,指出技能和教育“不是什么大事。这是件大事。”

在区分商业制造所需的研发技能和生产技能的同时,Minshall提醒观众,当机器人和数控机床被引入制造工作流程时,我们也经历过这种情况。

“这只是另一种生产技术……[今天]任何生产工程环境都有人使用机器人和数控机床。”“我们成功地开发了围绕这些技术的技能,世界没有崩溃。(对AM来说)这并非不可能。”

初高中正在开发创客空间(想想主要是更新的制作课),模拟学生在大学和工作中可能遇到的真实制造环境。这在以任何形式的制造业为主导产业的城镇尤其重要,比如底特律的汽车行业或南加州的航空航天行业。

在南加州的塔斯汀高中,Ed Hernandez老师领导T-Tech技术与工程学院,他们获奖的STEM项目现在进入第八在注册会计师学院学习一年。学生需要申请四年选修课程序,当被接受时,他们逐渐学习如何使用各种软件和硬件工具(SolidWorks,电子,3D打印,CNC加工,焊接等),这样他们就会知道什么时候为正确的工作使用正确的工具。这是一个彻底的过程与技能相结合操作现代机械这是未来最好的求职者。

加州大学欧文分校能源邀请赛的T-Tech团队
T-Tech的学生在UCI能源邀请赛上展示他们的电动汽车

“对于许多人来说,学校如今,在美国的这种做法仅仅是一种学术实践,”埃尔南德斯表示。“在过去的二三十年里,我们已经变成了一个用户的国家,而过去我们是一个创造者的国家。为了扭转这一趋势,我们必须通过开发一种更亲力亲为的教育方法,弥合课堂理论和工作场所技能之间的差距。”

到目前为止,50%的T-Tech毕业生在四年制大学选择了STEM领域的专业。即使是那些认为这个项目不适合自己的人,它也可以拯救父母成千上万的美元如果他们的孩子们当他们上大学的时候就会发现他们不喜欢工程学!

产品设计

嘿,孩子们,你们喜欢《创智赢家》吗?你想有一天发明自己的产品,或者在这些数百万美元的公司里找到一份工作吗?

其中一家通过上《创智赢家》获得资金的公司是卫报自行车.他们使用ROBO3D台式打印机的原型制作过程从820美元/件(两周生产时间)到19美元/件(一天生产时间)。这允许更多的灵活性,迭代,并最终更好,更安全的自行车。

“使用3D打印机,你可以在几天内完成五到六次迭代,”联合创始人布莱恩·莱利说。“如果没有它,同样的过程可能需要三个月。”

与此同时,在中学时期,你越早了解产品设计的乐趣和缺陷,就越好。我最喜欢的将3D设计和3D打印用于多学科项目的例子之一是杰斐逊中学的发明大会学生们想象一个可以解决他们所热衷的问题的新产品,然后在多节课上实践他们的想法,形成一个全面的展示。

他们设计他们的解决方案Tinkercad3D打印一个原型,他们测试和迭代,直到它刚刚好。通过制作视频广告和网站,他们可以学习相关的生活技能,这些技能可以应用到任何职业中。然后,他们在学校的晚间活动中,将他们的发明展示给来自社区的专业人士,在活动中,最好的产品会获得最高奖项,演示的杰出部分会被认可为优秀。

电视和电影特效

弗兰克·伊波利托是加利福尼亚州北好莱坞的一名专业道具和服装制作者,经常为亚当·萨维奇的testd.com撰稿。他的公司Thingergy Inc.专门为电影、电视、博物馆和特殊活动中使用的道具和服装设计原型和最终部件,并进行3D打印。

弗兰克·伊波利托使用3D打印技术制作面具和道具的硅胶模具
弗兰克·伊波利托使用3D打印技术制作面具和道具的硅胶模具

“3D打印已经成为我们商店工具箱中常用的工具,”Ippolito解释说。“这使我们能够更快、更有效地为客户完成项目。有时是为电视节目制作一个角色原型,只是为了获得反馈或设计说明,有时是在周末制作30个成品道具供片场使用。有时我们只是没有足够的人手,我们的机器人仆从就会填补空缺。”

人类学

不是每个人都能得到一块200万年前的化石,但有了3D打印,世界各地的考古学家可以从任何成功的挖掘中获得重大发现的好处,无论这些发现是在哪里进行的,并为考古团体贡献他们自己的分析和发现。

Darryl Ricketts是印第安纳大学的一名人类学兼职讲师,他正在将古代头骨文物的3D扫描图翻译成。stl文件,他的学生可以在课堂上打印出来,以进行更多的实践学习。这一切始于一块200万年前的早期人类化石在约翰内斯堡郊外的洞穴系统中被发现。研究人员将化石的3D扫描图放到了网上,于是Darryl给自己买了一台3D打印机,开始为自己的教室制作复制品。

有了这些复制品,学生们可以自己验证体积指标等发现,并更好地理解化石是如何被检索的。当学生能够真正接触到他们所在领域的最新进展时,他们就可以立即参与到可能改变人生的研究中去。

汽车

自20世纪80年代汽车行业诞生以来,它就一直在使用增材制造技术,知道如何操作价值5万至100万美元的大型机器是一项很好的技能,可以把它带到就业市场。

但制造业正在发生变化。大众汽车(volkswagen)等大公司正在认识到,像售价3549美元的Ultimaker 3这样的台式3D打必威体育苹果版下载印机是一种有用的、低成本的方式,工程师不仅可以在把想法扔到更昂贵的机器上之前制作原型,还可以设计和打印可用的定制零件,如仪表、夹具和夹具。大众公司报告称,通过为装配线定制零件,使用打印机来修复易损坏的工具部件,而不是承受更换整个工具的成本(和停机时间),成本降低了91%,时间节省了95%。

3D打印车轮保护夹具。图片由Ultimaker提供
3D打印车轮保护夹具。图片由Ultimaker提供

大众汽车估计,自2014年将这些桌面3D打印机引入他们的工作流程以来,他们已经节省了超过15万欧元(约合18万美元)必威体育苹果版下载,预计每年将节省超过25万欧元。

这不仅是在K-12教室中引入的桌面FDM (FFF)技术,而且学生们正在使用的机器和软件完全相同。这就是为什么它很重要。

企业家的努力

我们现在看到的是产品设计和制造的民主化。任何有电脑和3D打印机的人(家里、学校、公共图书馆等)都可以通过CAD将他们疯狂的想法变成现实,在桌面3D打印机上进行小型生产必威体育苹果版下载三维雕刻开设Etsy商店来推广和销售他们的产品。

芬恩·卡拉汉(Finn Callaghan) 14岁时开始用冰棒棒和胶带设计自己的指尖陀螺。在得到一个Inventables Carvey 3D雕刻机他在自己家的车库里创办了Alpine Spin Co.,证明只要有好点子、有YouTube频道、有合适的技术,任何人都能把生意做起来。

由芬恩·卡拉汉设计的指尖陀螺。图片由Inventables提供。
由芬恩·卡拉汉设计的指尖陀螺。图片由Inventables提供。

结论

这些只是我最近听到的一些关于当前劳动力对3D设计和3D打印技能的需求的故事。我真的希望它们能激励你去询问周围的人,并在你当地的经济中找到更多的例子。请关注MatterHackers YouTube频道,了解更多关于企业使用3D打印进行实际生产的故事。下次如果有人问为什么在学校教3D打印和3D设计很重要,你知道该怎么回答。就业机会。

资源:

大卫Escobar:

https://www.youtube.com/watch?v=VlPTaKM-tUg

福克纳工业:

https://www.youtube.com/watch?v=N7daQ-TmPtU&t=24s

达里尔特:

https://www.youtube.com/watch?v=C5kVBH6fwCw

大众:

https://www.youtube.com/watch?v=Z9_vIulHyfg

卫报自行车:

https://www.youtube.com/watch?v=wCeEfX9d6BA

Thingergy:

http://www.thingergyinc.com/about-thingergy-inc/

蒂姆Minshall:

http://www.disruptivemagazine.com/opinion/additive-manufacturing-skills-demand-supply-lagging

芬恩卡拉汉

https://www.inventables.com/users/finn-callaghan