Ontario High School

„Die Schüler haben eine Idee und machen eine Skizze. Dann arbeiten sie diese in Rhino aus, animieren sie und drucken sie. Kurz darauf halten sie das fertige Stück in ihren Händen. Bis dahin ist alles eine Idee, virtuell und in 2D. Dass die Idee dann Wirklichkeit wird, ist wichtig. Das motiviert die Schüler.“
-Bruce Weirich Computer, Lehrer für computergestütztes technisches Zeichnen, Ontario High School , Mansfield, Ohio, USA

‘3D-Drucken schließt für amerikanischenSchüler den Kreis

Wer im letzten Jahr auf der High-School ist, wünscht sich nichts mehr, als an seiner Traumuniversität einen Studienplatz zu bekommen. Technisch versierte Studenten der Ontario High School in Mansfield (Bundesstaat Ohio) haben bei dieser Jagd einen klaren Vorteil.

Wie die meisten staatlichen Schulen versucht auch die Ontario High,modernste Technologie anzubieten. Wenn nur die Finanzierung einfacher wäre! Viele ähnliche Schulen begnügen sich mit dem Vorhandenen. Neue Technologie, die Wirtschaft und Industrie revolutioniert, lernen die Schüler dort nur im Frontalunterricht kennen, nicht aber mit eigenen Augen und Händen.

Nicht so im Kurs für computergestütztes technisches Zeichen an der Ontario High. Nach Ansicht der Schule ist eine gute Bildung nur dann möglich, wenn das Bildungsumfeld der Arbeitspraxis möglichst originalgetreu nachkommt. Das bedeutet bei der Produktentwicklung beispielsweise, dass Entwürfe mehrmals nachgebessert werden müssen. Ist dann der erste Prototyp gebaut, müssen diese weiter verfeinert werden, bis schließlich ein Produkt entstanden ist, das man in den Händen halten kann. Nachdem die letzten finanziellen Hürden genommen waren, hatte die Schule genau dieses Lernumfeld geschaffen, das die Schüler so unübertrefflich auf das Arbeitsleben und die Hochschulausbildung vorbereitet.

Die Herausforderung

Kreatives Gestalten mit Hightechgeräten

Die Ontario High steht nicht anders da als all die anderen finanziell klammen Schulbezirke. Den Unterschied macht Bruce Weirich aus. Er unterrichtet computergestütztes technisches Zeichnen und fand zusammen mit der hiesigen Geschäftswelt eine Möglichkeit, kostspielige moderne Technologie zu finanzieren.

Es war 2006, als Weirich (er trainierte früher die Football-Mannschaft der Schule) sah, wie bei einer Fortbildung in Columbus (Bundesstaat Ohio) sein ehemaliger Quarterback wie gebannt einem „3D- Drucker“ bei der Arbeit zusah. Nach einer herzlichen Begrüßung erkannte Weirich, dass das 3D-Drucken das letzte fehlende Stück zwischen Entwurf und Produktion ist. Für ihn passten 3D-CAD-Software und das 3D-Drucken perfekt zusammen.

Ein 3D-Drucker ist ein Ausgabegerät für die 3D-CAD-Daten und übernimmt damit letztendlich die gleiche Funktion wie der 2D-Drucker, der die Wörter und Bilder auf Papier bringt, die auf dem Computerbildschirm angezeigt werden. Der Unterschied besteht darin, dass 3D-Drucker Daten dreidimensionaler CAD-Modelle ausgeben. Dabei wird Kompositmaterial zu Modellen und Prototypen gespritzt. Das 3D-Drucken gewinnt an Bedeutung. Dabei sind Parallelen zum 2D-Drucker zu erkennen: Die Geräte werden leistungsfähiger, und gleichzeitig fallen die Preise.

Die Lösung

Public-Private-Partnership

Weirich konnte keine Großsummen für neue Technologie ausgeben. Also wurde er kreativ und bekam mit finanzieller Unterstützung von Jay Plastics, einem benachbarten Kfz-Zulieferer, das nötige Kleingeld zusammen. Die finanzielle Unterstützung wird mit einer Gegenleistung entlohnt. Jay Plastics fertigt nämlich für den Ford F150 Scheinwerfer, und für die drucken Weirichs Schüler Prototypen. Das 3D-Drucken bringt Weirichs Schüler nicht nur mit hochmoderner Technologie in Kontakt, sondern vermittelt ihnen auch wertvolle Einblicke in die Welt der Wirtschaft und der Industrie.

Das Ergebnis

Fächerübergreifendes dynamisches Lernen

Die 3D-Entwürfe, die die Schüler in RhinoTM angefertigt haben, können sie schon nach wenigen Stunden als physische 3D-Prototypen in Händen halten. Die Schüler und Jay Plastics reizen die Farbenvielfalt des Spectrum ZTM510 voll aus. Der dazu erforderliche 3D-Farbdrucker stammt dem immer noch einzigen Hersteller von 3D-Farbdruckern. Die Software ZEditTM ermöglicht es den Ingenieuren von Jay Plastics, die physischen Modelle mit Farben und Anmerkungen zu versehen. So lässt sich bequem kenntlich machen, ob die Tragfähigkeit eines Teils geprüft werden muss oder wo ein Befestigungselement ansetzt.

Mit dem 3D-Drucken lernen die Schüler der Ontario High, wie ein Produkt entsteht. Sie können von der Idee bis zur Produktion den gesamten Zyklus verfolgen und brauchen dafür nicht einmal das Klassenzimmer verlassen. „Die Schüler haben eine Idee und machen eine Skizze. Dann arbeiten sie diese in Rhino aus, animieren sie und drucken sie. Kurz darauf halten sie das fertige Stück in ihren Händen“, berichtet Weirich. „Wenn sie das Teil in ihren Händen halten, schließt sich der Kreis, und das ist eigentlich der Sinn solcher Übungen. Bis dahin ist es alles eine Idee, virtuell und in 2D. Dass die Idee dann Wirklichkeit wird, ist wichtig. Das motiviert die Schüler.“

Weirich erzählt, dass der 3D-Drucker im Dauereinsatz Modelle ausstößt. An Einfällen mangelt es den Schülern nicht. Sie drucken mechanische Teile, Architekturmodelle und Kunstobjekte. Als Beispiele nennt er Badeenten, Gesichtsmasken, Autos, aber auch Big Ben, Mount Rushmore, das Lincoln Memorial und ein Raumschiff aus der Star Wars-Saga. All diese Modelle leuchten in kräftigen Farben, was auch wieder einen Kreis schließt: Die Schüler müssen sich zu ihren einfarbigen Teilen die Farbe nicht dazudenken oder sie nachträglich anstreichen. Stattdessen kommen die Teile genau so wie im Entwurf mit 24-Bit-Farben aus dem Drucker.

Der Spectrum Z510 ist der schnellste 3D-Drucker auf dem Markt, und das kommt ihm zweifellos zugute, wenn eine komplette Klasse ihre Arbeiten drucken möchte. So kann beispielsweise eine 25-köpfige Klasse problemlos all ihre Entwürfe auf einmal drucken, auch wenn sich jeder Schüler etwas anderes ausgedacht hat. Die zwei Stunden, die der Spectrum Z510 braucht, würden sicher so manches Produktionsunternehmen neidisch machen.

Weirichs Schüler sind nur eine Benutzergruppe von vielen. Im Kunstunterricht der Ontario High School werden mit dem Drucker Skulpturen ausgedruckt, die am Computer entworfen wurde. Im Produktdesign-Unterricht prototypisiert der Drucker Miniaturmöbel. In den mittleren Jahrgangsstufen lernen die Schüler gerade den Umgang mit Rhino. „Wenn die erst einmal an den 3D-Drucker rangehen, schließt sich auch für sie ein Kreis“, ist Weirich überzeugt.

Dass die Schüler in 3D drucken, hat weithin Aufmerksamkeit erregt. Als die Pläne für das Busdepot des Bezirks Ontario genehmigt waren, wurden Weirichs Schüler aktiv. Erst erstellten sie anhand der Pläne ein3D-Architekturmodell. Dann kamen noch Busse dazu, die sie in die Buchten stellten, und so ging es auf die Bürgerversammlungen. Die Öffentlichkeit konnte sich so besser vorstellen, wie der Plan in der Umsetzung aussieht. Dazu Weirich: „Unsere Modelle beantworten viele Fragen von Mitbürgern. Auf einem Modell sieht man einfach alles besser als auf einer Planzeichnung.“

Der 3D-Drucker ist Teil eines gut ausgestatteten, umfassenden Technikunterrichts. Weirich ist überzeugt, dass seine Schüler mit ihren Kenntnissen einen Vorteil haben, wenn sie sich für die Universität oder Stipendien bewerben oder wenn der Unterricht am College losgeht.

Weirich ist von den Vorzügen seines Projekts überzeugt: „Wer an der Ontario High School Designunterricht hatte, kennt sich schon in Gebieten aus, die Colleges und Universitäten gerade mal für sich entdecken. Wenn sie aufs College kommen, entwickeln sie ihre Fähigkeiten bald weiter, weil hier die richtigen Grundlagen geschaffen wurden. Wenn uns Vertreter von Colleges und Universitäten besuchen, bekommen sie ein Gefühl dafür, was die Collegevorbereitung in öffentlichen Schulen bringt. Und wenn die Schüler zum Vorstellungsgespräch farbige Modelle mitbringen, kann das für den künftigen Chef oder den Zulassungsbeamten der Uni durchaus den Ausschlag geben.

Weirich erwartet, dass auch andere Schulen im Bezirk das 3D-Drucken in den Lehrplan aufnehmen. Außerdem freut er sich schon darauf, den technischen Horizont der Schüler mit 3D-Scannern zu erweitern. Die Schüler könnten dann Gegenstände scannen und auf dem PC speichern. Anschließend könnten sie sie in Rhino weiterverarbeiten und das umgestaltete Modell drucken. Dazu noch einmal Weirich: „Das wäre noch eine Möglichkeit, den Kreis zu schließen und unseren – und allen anderen Schülern – Schülern die Bildungschancen zu geben, die sie verdienen.“

Image Gallery: