Markforged Mark Two: Revolusioner Pendidikan STEM melalui Pencetakan 3D Lanjutan
Catatan Editor: Alex Larson, guru Teknologi Terapkan di Palatine High School, telah memimpin kursus Project Lead the Way (PLTW) selama sembilan tahun. PLTW menyediakan kurikulum bermuatan STEM dari taman kanak-kanak hingga kelas 12, melengkapi siswa dengan keterampilan yang dibutuhkan untuk sukses dalam rekayasa dan bidang terkait.
Selama dekade terakhir, kelas saya telah mengintegrasikan pencetakan 3D untuk memperkaya pembelajaran praktis. Investasi awal distrik kami dalam printer 3D didorong oleh visi yang jelas: memberdayakan siswa dengan alat yang mencerminkan pergeseran industri menuju manufaktur tambahan. Seiring pertumbuhan industri, pendidik seperti kami menemukan cara baru untuk memanfaatkan teknologi ini untuk menumbuhkan rasa ingin tahu dan membangun kompetensi.
Pencetakan 3D dalam Pendidikan
Di seluruh K-12, kurikulum STEM kini rutin mengintegrasikan pencetakan 3D. Sekolah menggunakan printer untuk prototipasi cepat, menciptakan bagian bergerak, dan memvisualisasikan konsep kompleks. Namun, bahan sekolah yang dominan—PLA—membatasi kinerja struktural, membatasi proyek pada bagian beban rendah. Akibatnya, desain fungsional yang menuntut daya tahan jarang ditemukan dalam pengaturan kelas tradisional.
Markforged Mark Two di Kelas
Pertemuan pertama salah satu siswa saya dengan pemotong Markforged, Eiger, melibatkan merancang pemasang untuk dua baterai 6-lb yang akan menyerap guncangan signifikan selama penggunaan. Pemasang adalah komponen kritis dari tiga robot balap yang sedang dibangun tim. Dengan printer 3D Markforged, obrolan beralih dari “Apa orientasi cetak yang optimal untuk kecepatan?” menjadi “Di mana serat harus ditempatkan untuk memaksimalkan kekuatan?” Dialog ini berlanjut ke memikirkan ulang seluruh bagian sehingga serat dapat ditempatkan secara strategis di semua arah yang diperlukan.
Bagian yang selesai—ditunjukkan di bawah—termasuk cetakan uji PLA (merah) untuk mengonfirmasi pas sebelum pembangunan Mark Two akhir.
Jika kami mengandalkan gergaji CNC kami, desain akan sangat berbeda, dan siswa akan menghabiskan hari-hari untuk menyiapkan alat dan pemasang. Dengan Mark Two, iterasi cepat mungkin selama malam, memotong waktu pengembangan dari beberapa sesi kelas menjadi satu siklus cetak. Dalam pengaturan sekolah di mana ruang dan biaya sering membatasi mesin besar, Mark Two menawarkan alternatif yang unik dan dapat diakses.
Dalam proyek lain, dua siswa merancang pemasang motor yang harus menahan beban struktural sambil tetap mudah diakses untuk pemeliharaan. Upaya awal dengan ABS gagal dengan cepat. Setelah tiga iterasi CAD dan satu cetak diperkuat serat kaca, mereka mengalami masalah pemasang—tempat fastener yang tidak mungkin. Memanfaatkan fleksibilitas Mark Two, mereka mendesain ulang bagian dan menyelesaikan cetakan baru dalam 48 jam, mencapai kekuatan dan aksesibilitas yang diperlukan.
Pelajaran yang Dipelajari dan Bergerak Maju
Memilih alat untuk lab kami memerlukan penyeimbangan antara kuantitas dan kemampuan. Sementara lebih banyak printer akan menangani volume cetak yang lebih tinggi, kami memilih Mark Two untuk mendorong siswa melampaui proyek PLA konvensional. Keanehan teknologi memicu minat yang genun: siswa terkejut dengan ketersediaan Kevlar, serat karbon, dan komposit canggih lainnya. Mereka dengan cepat menghubungkan bahan-bahan ini dengan pelajaran PLTW mereka tentang momen inersia dan desain panel sandwich.
Kami memulai dengan bat nylon sederhana dan versi serat kaca default, kemudian perluas ke Kevlar. Pengalaman praktis memungkinkan siswa untuk mengkaitkan data material situs web Markforged dengan performa dunia nyata. Koneksi nyata ini memperdalam pemahaman mereka tentang ilmu material.
Dalam proyek berikutnya, siswa mencetak penyerap dampak untuk robot dan melakukan uji parsial untuk memvalidasi analisis elemen hingga (FEA) mereka. FEA, yang menerapkan gaya 100 lb ke tepi dan wajah bagian nylon, memprediksi stres puncak di area yang ditandai merah. Dalam praktik, penyerap bertahan terhadap delapan puncak berat dengan palu bola peen 32-oz—sekitar lima kali gaya yang diprediksi—sebelum delaminasi terjadi. Hasil ini menantang asumsi mereka dan memandu desain ulang yang menyeimbangkan kekakuan dan kepatuhan.
Melalui eksperimen ini, siswa memperoleh wawasan langsung tentang bagaimana pilihan material mendorong keputusan desain—keterampilan yang jarang ditemukan di tingkat SMA. Mereka juga belajar untuk merancang dengan manufaktur tambahan dalam pikiran, menyematkan fastener dan nut tertutup untuk memungkinkan pemasangan cepat komponen robot.
Pendidikan STEM untuk Masa Depan
Pendidikan harus membentuk generasi inovator berikutnya. Dengan melengkapi siswa dengan alat manufaktur tambahan canggih, kami memberi mereka kekuatan untuk merancang objek yang sebelumnya tidak dapat dibayangkan. Meskipun CNC dan injeksi cetak tetap berharga, potensi transformatif dari pencetakan 3D—terutama dengan komposit diperkuat serat—menawarkan pengalaman pembelajaran yang lebih kaya dan serbaguna.
Mark Two telah meluaskan wawasan siswa kami dalam ilmu material dan desain bagian, menambahkan kedalaman pada pemahaman mereka tentang kemungkinan saat ini dan masa depan manufaktur tambahan. Jika Anda penasaran bagaimana printer Markforged dapat meningkatkan kelas Anda, minta demo hari ini.
