女子中高生向けのSTEAM教育　～CPSを3Dプリントで体験してみる！Part3（2023/7/28)

2023年8月24日 09:21

2021年夏、遊びに行きたいのにいけない、いけない、いけない、が続き何か新しいことに挑戦しよう！と3Dプリンタを購入しました。その後、ほぼ毎日実験しています。こんな面白いものを独り占めするのはもったいない、という気持ちでいっぱいです。

また、リケジョを増やしたい！という思いで、女子向けSTEAM教育に関与したいなと常々思っており、大学のダイバーシティー推進センター企画のSTEAM教育に講師として参加しました。今回、第3回となります。先生、アシスタントの皆様、ダイバーシティー推進センターの皆様に感謝！です。

ちなみに、私が大学生の時には、学科の女子率は4人/200人=2%でした。現在は10%程度ということですので、5倍になったということになります。それでもまだまだだなと。小さいときからモノ作りの楽しさを知ってもらうというのが重要かなと思っているため、STEAM教育に携わりたいと思っていました。

結果、17名の女子中高生の方が参加してくれました。（途中、お一人事情により早退）
一緒に企画を盛り上げてくださった、大学生の皆様、サポートしてくださった事務局の方々に感謝！そして約半日、頭をフル稼働してくれた中高生の皆さんに感謝！です。

当日のルールは以下の通り。

初めにデッサンをする。寸法も書き入れる。ここで設計をすませておく。
色は1色まで
造形寸法は$${120mm^3}$$（複数パーツがある場合には、サポート最小の方向で並べる）

また、当日全体に向けて説明したのは、スケッチ、押し出し、回転といった基本機能のみです。全員、初めて3D CAD（Fusion360）を使うため、視点の切り替えなどこれらの機能を使いこなす以外にも覚えることが多くなり、説明時間が長くなる、アシスタントの力量が求められる（それなりに自分で設計した経験が必要）だったりしたためです。Fusion360上での設計は参加者の方が自ら取り組まれ、そのあとのスライス、プリントはこちらで担当しました。

前回までの反省点を生かしていくつかの準備をしました。

作りたいものの難易度に合わせてアシスタントを割り振る
実現困難なものは企画参加前にデザインの変更をお願いする
大きなものは事前に伝えて寸法を変更する。すべて0.4mmノズルを使用することとし、できるだけ早くお手元に届けるために大きさを制限しました。
デッサンに寸法が入っていないものは、CAD入力前に寸法をデッサンに書き込んでデザインを確定させる。
休憩時間をとる。根を詰めてしまう作業であるため4時間座りっぱなしにならないようにした。
設計の意図を最重要視する、ここ最重要！

今回は、事前にデッサンを提出していただいていました。Formを使わないと実現できないデザインや、実質の設計時間3.5時間の範囲で設計しきれない複雑なデザインはデザインを変更してもらうようお願いしました。

前回までの反省として、”自分の作りたいものを作れる範囲で作る”ことができるアシスタントの方が、必ずしも他人の作りたいものを実現できるわけではない、ということがわかっていました。

中高生の参加者が作りたいというもの（バラエティに富んだ、作れるかどうかを考えないもの、これ重要！）を実現するにはかなりのスキルが必要で、難易度の高いモデルは経験豊富な方に担当してもらうこととしました。アシスタントの方々は自身が担当される方のデザインをどのように実現するのかを、それぞれが予習してきてくれました。本当に皆さんの頑張りに頭が下がります。

デザインの難易度や、Formなど特殊機能を用いて設計する必要があるものの判断は事前に別の講師の方がやってくれました。マップにしていただけたので、非常にわかりやすかったです。（青い枠で囲ってあるのが講師、アシスタントそれぞれの担当。デッサンは当日修正前のもの）

また、今年度の自社企画での反省点も生かしました。”設計の意図”を明確にする。どう作るか、の前に何を作りたいのかをはっきりさせることで、アシスタントがモチベーションの維持に協力できます。何を作りたいかがはっきりしないと、これでいいかってことになりがちです。

目的と試験方法、使用材料

使用条件と使用したフィラメントはこちらです。

目的：将来の女性エンジニアを育てる！
実験環境：　
3Dプリンタ　PrusaMini＋、Snapmaker J1　　　　　　
ノズル：PrusaMini＋　604　耐摩耗Kaika（0.4mm)　　　　　　　　　
ノズル　Snapmaker J1　0.4mm　　　　　　
　　　　交換時期：2022年12月10日　　　　　　
フィラメント： Overture PLAを中心にいろいろ

クリア（PETG)

艶白（PETG)

シルクピンク

シルクグリーン

マット薄緑

マットホワイト

始めに試用していたのはこちら。（2500円程度で購入したはず）

途中でなくなったのでこちらに切り替えました。初めて使用するフィラメントです。

マット水色

マットピンク

1.　Mioさん（中2）

スケッチ＆Fusion360での設計

はんだごてホルダーだそうです。はんだごてがまだ冷めない時に置く場所を確保するためだそうです。

かなりの試行錯誤がみられます。いろいろ試して結果にたどり着くのは良いことです。

断面を見ると、蓋がきちんとはまることもわかります。

ちょっと気になったのは、側面の切り欠き部分がすべて同じ台形になっていないことです。

どのように作られたか見てみると、このように台形を押し出した形を側面からくりぬくようにされていました。

きっと、対象にされたいのだろうなと勝手に推測して2つの方法でMioさんの作品を実現してみました。Fusion360を勉強中とのことですので、参考になればうれしいです。
一つ目は、エンボス機能を使ったもの。今回はYZ平面に台形を描きました。それを円錐の曲面を選択して加工します。

エンボス加工を使用すると、選択した面（円錐の外側の面）に垂直切り取ったり膨らませたりできます。

切り欠いたら、それを円周方向に6個コピーします。

円形状パターン（ソリッドの作成にあります）を使用して、1つの切り欠きを円周上に6個コピーします

もう一つの実施例はこちら、同様にyz平面に台形を描いたら押し出します。

先ほど（エンボス）との違いは、こちらは描いた面に対して垂直に切り取られることです。

Prusaslicerによるスライス

オリジナル作品のスライス結果は以下の通り。本体にはサポートは着けず、蓋の裏側のみサポートをつける設定としました。

プリントした作品

Prusa Mini＋を使用し、こちらがオリジナルのデザインです。思った通りのできあがりになっているでしょうか？

こちらはエンボス処理したもの。

こちらが押し出しによるもの。小さな作品ですので違いがわかりにくいですね。

小さな作品ですので手法による違いは微々たるものですが、何かを実現するときにその方法は複数あり、最も自分の表現したいものに近づけるにはどうしたらよいか、というのを考えるヒントになればうれしいです。

総括

作りたい形が実現できたのではないでしょうか。蓋もしまるようにクリアランスもきちんと取られています。3D CADも使われているとのことですので、是非作品の幅を広げていただければと思います。使用する際には、倒れないように重しになるもの（鉛、ガラス玉など）を入れてください。

サポートの必要性：　あり
設計変更：　なし