Тема 10. ІННОВАЦІЇ

матеріал 30

200. Адитивне виробництво. Частина 2.

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок №200. Адитивне виробництво. Частина 2.

Очікувані результати навчання:

планує, здійснює пошук, опрацьовує, порівнює, аналізує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 2.1.1]
ідентифікує, формулює та аналізує самостійно або у співпраці з іншими життєву/навчальну проблему [12 ПРО 4.2.1]
оцінює самостійно або у співпраці з іншими значення природничих наук, техніки і технологій для суспільного прогресу і сталого розвитку [12 ПРО 3.4.1]
застосовує самостійно або у співпраці з іншими наукове знання і власний досвід для розв’язання життєвої/ навчальної проблеми [12 ПРО 4.3.2]

Мета уроку:

Пояснити застосування 3D-друку в різних сферах життя (медицина, архітектура, побут, оборона, дизайн тощо).
Сформувати уявлення про переваги, виклики й екологічні аспекти використання технологій адитивного виробництва.
Розвивати критичне мислення, творче бачення та вміння працювати з інноваційною інформацією.

Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку опрацьовуємо на уроці:

ЦСР 3. Міцне здоров’я і благополуччя
ЦСР 9. Інновації та інфраструктура
ЦСР 11. Сталий розвиток міст та спільнот
ЦСР 12. Відповідальне споживання

Ключові слова: адитивне виробництво, 3-D друк, принтер, лазер.

План уроку:

Мотиваційна частина;
Інновації на основі 3D друку;
Розв’язок завдань для кращого розуміння теми;
“Адитивне виробництво для всіх”;
Рефлексія.

Очікувані результати для учнівства:

Я аналізую можливості використання 3D-друку в майбутній професійній діяльності;
Я порівнюю адитивне та традиційне (субтрактивне) виробництво;
Я наводжу приклади застосування 3D-друку у реальному світі.

Дружня порада вчителю

Тримайтеся, це лише на 45 хвилин!
Очікувані результати для вчителя:
Такі самі, як в учнів!
Тривалість: до 2 хвилин

1. Мотивація

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 2 хв.
Обговоріть з учнями: уявіть, що вам подарували 3D принтер.
Які проєкти ви з ним реалізували б?

Уявіть: вам подарували на день народження 3D принтер.

Які проєкти ви з ним реалізували б?

2. Тобі може знадобитися:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 10 хв.
Перегляньте з учнями відео (не обов’язково всі):

Як друкують будинки на 3D принтері:
“How Concrete Homes Are Built With A 3D Printer | Insider Art”

Як 3D друк допомагає відновлювати кістки:
“3D Printed Implants Could Help Patients with Bone Cancer”

Як на 3D принтері друкують їжу:
“Is 3D Printed Food the Future?”

Як 3D друк допомагає створювати тканини внутрішніх органів:
“3D-Printing Heart Tissue With Human Stem Cells”

Для підготовки до уроку можна використати наступні ресурси:

https://3dway.com.ua/blog/3d-printing-in-medicine

https://monofilament.com.ua

Також учням можна показати сайт компанії, яка друкує в Україні будинки на 3D принтері:

https://utu.com.ua/made-house

Як друкують будинки на 3D принтері:
“How Concrete Homes Are Built With A 3D Printer | Insider Art”

Відео

Як 3D друк допомагає відновлювати кістки:
“3D Printed Implants Could Help Patients with Bone Cancer”

Відео

Як на 3D принтері друкують їжу: “Is 3D Printed Food the Future?”

Відео

Як 3D друк допомагає створювати тканини внутрішніх органів:
“3D-Printing Heart Tissue With Human Stem Cells”

Відео

Цікаві факти:
В Ірпені родина полеглого воїна отримала будинок, надрукований на 3D-принтері.
Будинок площею 130 м² надрукували за 58 мотогодин.
Для будівництва використали 72 тонни спеціальної цементно-піщаної суміші швидкого застигання.

Джерело: mykyivregion.com.ua

Друк органів на 3D принтері або біопринтинг — перспективна технологія вирощування здорових і живих органів замість пошкоджених або відсутніх. Крім 3D-принтера, для біопринтингу потрібна модель органу, клітинний матеріал пацієнта та середовище, де орган збережеться до імплантації.

З людських частин тіла, поки друкуються лише внутрішні тканини та шкіра. Створюються зменшені, але працюючі копії вух та носів. Перший друк органів людини очікується до 2030 року.

Джерело: klona.ua

Надруковані органи кращі за протези і трансплантовані частини тіла. Їхні можливості ідентичні рідним і вони не відкидаються імунною системою, якщо створені з ДНК пацієнта. Біопринтинг скоротить час на отримання необхідного органу та збереже життя хворим, яким потрібна негайна пересадка.

4. Життєва ситуація:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 15 хв.
Допомагайте учням, консультуйте їх!
Слідкуйте за часом, щоб учні вчасно перейшли до наступного завдання.

Завдання № 1.

Визнач, чи правильне твердження (“+” — так, “-” — ні).

3D-принтер може виготовити лише об’єкти з одного шару матеріалу;
❌ Ні
Адитивне виробництво дозволяє створювати складні форми, які важко або неможливо виготовити традиційними методами;
✅ Так
Для запуску 3D-друку потрібна лише комп’ютерна миша та звичайний текстовий файл;
❌ Ні
3D-друк може допомогти створити запасні частини для машин просто на місці;
✅ Так
Один із недоліків 3D-друку — він повністю замінює всі професії у виробництві;
❌ Ні
3D-принтери здатні друкувати їжу, наприклад — шоколад або піцу;
✅ Так
Процес 3D-друку абсолютно безпечний і не потребує спеціального захисту;
❌ Ні
Використання 3D-принтера може зменшити витрати при індивідуальному виготовленні речей;
✅ Так
У будівництві 3D-принтер може друкувати не лише стіни, але й дах та інженерні мережі;
❌ Ні
3D-друк — це лише тимчасова мода, яка не матиме майбутнього в індустрії.
❌ Ні

Завдання № 2.

“Батьківщина-Мати” у Києві — один із найбільших монументів у світі (висота — понад 100 метрів разом із постаментом). Вона була виготовлена в 1981 році з нержавіючої сталі — у традиційний спосіб: лиття, зварювання, механічна обробка, підгонка великих металевих елементів.

Уявімо, що сьогодні інженери мають створити копію монумента з використанням сучасних технологій:

Один варіант — адитивне виробництво (3D-друк металу).
Інший — субтрактивне виробництво (вирізання з цільної металевої заготовки).

Заповніть таблицю. Для кожного критерію порівняйте адитивний метод (3D-друк) та субтрактивний метод (вирізання, шліфування, фрезерування) виготовлення монумента.

Критерій	Адитивне виробництво	Субтрактивне виробництво
Тип процесу
Витрати матеріалу
Час виготовлення
Деталізація/точність
Вартість
Енергоспоживання
Екологічність

Дайте відповіді на запитання:

Які професії були б залучені у кожному з варіантів?
Як зміниться виготовлення пам’ятників у майбутньому завдяки 3D-друку?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завдання № 3.

Багато історичних пам’яток зруйновано (через війни, стихії або людську недбалість). Дайте відповіді на запитання:

1. Як 3D-друк міг би допомогти у реставрації пам’ятки архітектури або у створенні її копії?

Відповідь: Відновлення зруйнованих елементів
Наприклад, надрукувати відсутні або пошкоджені деталі (капітелі, арки, фрагменти орнаментів) з точністю до міліметра за допомогою 3D-сканування й друку.
Створення точних копій
Повна або масштабна копія пам’ятки може бути надрукована для експозиції в іншому місті, музеї чи навіть у шкільному класі.
Віртуальне моделювання та аналіз
До друку можна створити цифрову 3D-модель для реконструкції зруйнованих частин за архівними кресленнями, фото або сканами з дронів.

2. Які матеріали слід використати?

Відповідь: Матеріали підбираються залежно від розміру та призначення копії:
Для дрібних деталей або музеїв:

PLA, ABS, PETG – термопластики для настільних 3D-принтерів;
Смоли або гіпсові суміші – для деталізованого друку статуй, колон тощо;

Для великомасштабних відновлень:

Бетонні суміші для 3D-друку (у будівельних принтерах);
Скловолокно або композити з вуглецевим волокном – для зміцнення.

3. Яким чином копія пам’ятки архітектури допоможе освіті, музеям або туризму?

Відповідь:
Освіта: Діти можуть вивчати архітектурну спадщину в класі за реалістичними моделями, навіть якщо оригінал у небезпечному чи далекому місці.
Дослідники отримують точні моделі для аналізу конструкцій, стилю, пропорцій.
Музеї: Створення інтерактивних експозицій, де відвідувачі можуть торкатися або оглядати копії, навіть якщо оригінал неможливо транспортувати.
У музеях можна показати до- та післяреставраційні моделі.

Завдання № 4.

Людське тіло — дивовижне. Але водночас вельми вразливе. Особливо в Україні, де йде війна. Напишіть, як технологія 3D-друку може допомогти відновити пошкоджені ділянки тіла.

Скелет:

Відповідь: 🦴 1. Скелет:

3D-друковані імпланти для черепа, хребта, щелепи, ребер, тазу.
Виготовляються з титану, біосумісних полімерів або кераміки.
Дуже поширене застосування — 3D-друк зубних протезів, пломб, кап для вирівнювання зубів. Матеріали: смоли, біокераміка. Замість зліпків — 3D-скан і точне моделювання.

Кровоносна система:

Відповідь: 👃👂 2. Вушні раковини та носи:
Створюються як естетичні протези або частини реконструкції обличчя після опіків чи травм. Матеріали: силікон, полімери, іноді з біологічними клітинами (в експериментальних випадках).

М’язи:

Відповідь: 🦵 3. Протези кінцівок:
Видруковуються індивідуальні протези рук, ніг, пальців.
Можуть бути і естетичними, і функціональними (з електронікою).

Органи:

Відповідь: ❤️‍🩹 4. Судини, органи, шкіра (експериментальні/прототипи):
Дослідження ведуться над друком:

Печінки, нирок, підшлункової залози (біооргани зі штучними клітинами)
Шкіри (для лікування опіків)
Кровоносних судин
Клапанів серця

Кінцівки:

5. Попрактикуймо самостійно:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 15 хв.
Допомагайте учням, консультуйте їх.

Адитивне виробництво для всіх

Напишіть конкретні приклади, як адитивне виробництво (3D-друк) може допомогти людям різних професій у їхній роботі. Наведіть приклади реального застосування адитивного виробництва в Україні.

ЛІКАР

Можливі відповіді до завдання: ЛІКАР:

Друк органів для тренувань: 3D-моделі серця, печінки, судин допомагають хірургам готуватися до складних операцій на конкретному пацієнті.
Індивідуальні імплантати: наприклад, щелепи, протези, суглоби, виготовлені точно за анатомією пацієнта.
Біодрук тканин: дослідження в напрямку друку штучної шкіри, судин, навіть частин органів.

Приклад: В Україні хірурги використовують 3D-моделі черепа для планування складних реконструкцій після поранень.

ВЧИТЕЛЬ

Можливі відповіді до завдання: ВЧИТЕЛЬ:

Навчальні моделі: об’ємні карти, анатомічні моделі, молекули, архітектурні споруди.
Підтримка інклюзивної освіти: створення навчальних матеріалів для дітей із вадами зору (наприклад, шрифтом Брайля).
STEM-проєкти: учні самі моделюють і друкують проєкти на уроці (механізми, геометричні фігури тощо).

Приклад: У школах США учні створюють власні 3D-проєкти на уроках фізики та дизайну, що розвиває креативність і технічне мислення.

БУДІВЕЛЬНИК

Можливі відповіді до завдання: БУДІВЕЛЬНИК:

3D-друк будинків: швидке зведення будівель із бетону або сумішей, часто прямо на місці.
Індивідуальні деталі: друк унікальних конструкцій, деталей фасаду або нестандартних елементів.
Масштабні прототипи: архітектори друкують макети цілих районів або окремих будівель.

Приклад: У Мексиці за допомогою 3D-друку звели кілька десятків житлових будинків для бідних громад за лічені дні.

КУХАР

Можливі відповіді до завдання: КУХАР:

Дизайнерська подача страв: друк шоколаду, пюре, тіста у складних формах (логотипи, квіти, архітектурні елементи).
Персоналізоване харчування: для дітей, людей з алергіями, спортсменів (точне дозування білків, жирів, вітамінів).
Їжа в екстремальних умовах: друк їжі для космонавтів або військових.

Приклад: У ресторанах Європи використовують 3D-принтери для друку десертів і навіть «м’ясного філе» на рослинній основі.

ВІЙСЬКОВИЙ

Можливі відповіді до завдання: ВІЙСЬКОВИЙ:

Запасні частини в польових умовах: друк деталей до дронів, зброї, техніки прямо на місці.
Медичні пристрої: протези для поранених бійців, шини, індивідуальні медичні засоби.
Маскування та обладнання: швидке виготовлення пристосувань для укриттів, приладів, камуфляжних елементів.

Приклад: На передовій в Україні 3D-принтери вже друкують дрони, FPV-комплектуючі, кріплення для тепловізорів.

Рефлексія:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 3 хв.
Обговоріть з учнями проведене заняття.

Виконайте рефлексію змісту вивченого матеріалу за допомогою вправи «Плюс – мінус – цікаво». Для цього дайте письмово відповіді на 3 запитання:

Плюс. Що Вам сподобалося на уроці чи було корисним?

Мінус. Що Вам не сподобалося на уроці чи було важким або незрозумілим?

Цікаво. Що Вам було цікавим та про, про що варто дізнатися більше?

У вільний від відпочинку час:

Уявіть, що переселенцям зі сходу України потрібно терміново облаштувати невелике поселення.
Вам як команді молодих інженерів, архітекторів, дизайнерів та соціальних проєктантів доручено спроєктувати поселення, яке можна швидко збудувати за допомогою технологій 3D-друку.

Ваше завдання:

Спроєктуйте структуру містечка;
Дайте перелік інших об’єктів інфраструктури, які можна надрукувати на 3D-принтері, щоб життя в містечку було комфортним. Оберіть принаймні 5 додаткових об’єктів, наприклад:
- меблі;
- санітарні модулі (душ, туалети);
- лавки, ліхтарі, дитячі майданчики;
- укриття або безпечні зони;
- тимчасова школа чи кабінети психолога;
Для кожного об’єкта вкажіть:

Призначення
Матеріали, з яких можна його надрукувати
Чому саме цей об’єкт важливий?

За бажанням: намалюйте або змоделюйте план містечка (на папері, в Tinkercad чи іншій програмі для 3D-моделювання).

Завантажити матеріал (PDF)

Урок №200. Адитивне виробництво. Частина 2.

Очікувані результати навчання:

Мета уроку:

Пояснити застосування 3D-друку в різних сферах життя (медицина, архітектура, побут, оборона, дизайн тощо).
Сформувати уявлення про переваги, виклики й екологічні аспекти використання технологій адитивного виробництва.
Розвивати критичне мислення, творче бачення та вміння працювати з інноваційною інформацією.

Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку опрацьовуємо на уроці:

ЦСР 3. Міцне здоров’я і благополуччя
ЦСР 9. Інновації та інфраструктура
ЦСР 11. Сталий розвиток міст та спільнот
ЦСР 12. Відповідальне споживання

Ключові слова: адитивне виробництво, 3-D друк, принтер, лазер.

План уроку:

Мотиваційна частина;
Інновації на основі 3D друку;
Розв’язок завдань для кращого розуміння теми;
“Адитивне виробництво для всіх”;
Рефлексія.

Очікувані результати для учнівства:

Я аналізую можливості використання 3D-друку в майбутній професійній діяльності;
Я порівнюю адитивне та традиційне (субтрактивне) виробництво;
Я наводжу приклади застосування 3D-друку у реальному світі.

1. Мотивація

Уявіть: вам подарували на день народження 3D принтер.

Які проєкти ви з ним реалізували б?

2. Тобі може знадобитися:

Як друкують будинки на 3D принтері:
“How Concrete Homes Are Built With A 3D Printer | Insider Art”

Відео

Як 3D друк допомагає відновлювати кістки:
“3D Printed Implants Could Help Patients with Bone Cancer”

Відео

Як на 3D принтері друкують їжу: “Is 3D Printed Food the Future?”

Відео

Як 3D друк допомагає створювати тканини внутрішніх органів:
“3D-Printing Heart Tissue With Human Stem Cells”

Відео

Джерело: mykyivregion.com.ua

Джерело: klona.ua

4. Життєва ситуація:

Завдання № 1.

Визнач, чи правильне твердження (“+” — так, “-” — ні).

3D-принтер може виготовити лише об’єкти з одного шару матеріалу;
Адитивне виробництво дозволяє створювати складні форми, які важко або неможливо виготовити традиційними методами;
Для запуску 3D-друку потрібна лише комп’ютерна миша та звичайний текстовий файл;
3D-друк може допомогти створити запасні частини для машин просто на місці;
Один із недоліків 3D-друку — він повністю замінює всі професії у виробництві;
3D-принтери здатні друкувати їжу, наприклад — шоколад або піцу;
Процес 3D-друку абсолютно безпечний і не потребує спеціального захисту;
Використання 3D-принтера може зменшити витрати при індивідуальному виготовленні речей;
У будівництві 3D-принтер може друкувати не лише стіни, але й дах та інженерні мережі;
3D-друк — це лише тимчасова мода, яка не матиме майбутнього в індустрії.

Завдання № 2.

Уявімо, що сьогодні інженери мають створити копію монумента з використанням сучасних технологій:

Один варіант — адитивне виробництво (3D-друк металу).
Інший — субтрактивне виробництво (вирізання з цільної металевої заготовки).

Критерій	Адитивне виробництво	Субтрактивне виробництво
Тип процесу
Витрати матеріалу
Час виготовлення
Деталізація/точність
Вартість
Енергоспоживання
Екологічність

Дайте відповіді на запитання:

Які професії були б залучені у кожному з варіантів?
Як зміниться виготовлення пам’ятників у майбутньому завдяки 3D-друку?

Завдання № 3.

1. Як 3D-друк міг би допомогти у реставрації пам’ятки архітектури або у створенні її копії?

2. Які матеріали слід використати?

3. Яким чином копія пам’ятки архітектури допоможе освіті, музеям або туризму?

Завдання № 4.

Скелет:

Кровоносна система:

М’язи:

Органи:

Кінцівки:

5. Попрактикуймо самостійно:

Адитивне виробництво для всіх

ЛІКАР

ВЧИТЕЛЬ

БУДІВЕЛЬНИК

КУХАР

ВІЙСЬКОВИЙ

Рефлексія:

Плюс. Що Вам сподобалося на уроці чи було корисним?

Мінус. Що Вам не сподобалося на уроці чи було важким або незрозумілим?

Цікаво. Що Вам було цікавим та про, про що варто дізнатися більше?

У вільний від відпочинку час:

Ваше завдання:

Спроєктуйте структуру містечка;
Дайте перелік інших об’єктів інфраструктури, які можна надрукувати на 3D-принтері, щоб життя в містечку було комфортним. Оберіть принаймні 5 додаткових об’єктів, наприклад:
- меблі;
- санітарні модулі (душ, туалети);
- лавки, ліхтарі, дитячі майданчики;
- укриття або безпечні зони;
- тимчасова школа чи кабінети психолога;
Для кожного об’єкта вкажіть:

Призначення
Матеріали, з яких можна його надрукувати
Чому саме цей об’єкт важливий?

За бажанням: намалюйте або змоделюйте план містечка (на папері, в Tinkercad чи іншій програмі для 3D-моделювання).

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе