3Dプリンターを使用してオープンソースの教材を作成すると、コストが90％以上削減されます

幼稚園でも大学でも、3D プリントが教育の質と効果を向上させることができることは間違いありません。過去 10 年間で、フィラメントベースの 3D プリンターと材料のコストは劇的に低下し、教育における 3D プリントの品質、アクセシビリティ、使いやすさは、主にオープンソースツール、ドキュメント、情報のおかげで向上しました。
△ ピタゴラスの定理の学習補助、画像提供：MDPI Journal、2020年11月およびミシガン工科大学ミシガン工科大学が最近発表した研究によると、研究者らは、高価な市販の学習補助具を直接購入する代わりに、低コストの3Dプリンター（RepRap）を使用してオープンソースのデザインを印刷することで、教師（または保護者や地域社会）が学習補助具のコストを86％節約できることを発見しました。

市場には 200 ドル未満のデスクトップ 3D プリンターがいくつかあり、生産される部品の品質も妥当です。myminifactory などのプラットフォームでオープンソースの設計ファイルを使用して高品質の学用品を印刷すると、半日で投資コストを簡単に回収できます。実際、研究者らによると、学校がより高価な市販の 3D プリンターに投資したとしても、最初の 100 日以内に投資額を回収できる可能性が高いとのことです。

このアプローチにより、学習補助器具の分散供給とオンデマンド製造も可能になります。つまり、3D プリンターを持っている世界中の誰もが設計にアクセスして印刷できるのです。投資家にとって、教育用オープンソース教材の開発における平均投資収益率は 100% を超えます。

この研究は、教育分野におけるオープンソースハードウェア、特に3Dプリンティングの研究と活動でよく知られている、材料科学・工学および電気・コンピュータ工学の教授であるジョシュア・ピアース博士と共同執筆された。彼の取り組みの 1 つに「オープンソースラボ」があります。これは、学生や研究者が独自の実験装置や実験用品を 3D プリントできるようにすることで、コストを削減し、効率を高め、従来の実験装置や実験用品の制限から研究を解放します。また、研究者がカスタムの研究機器を設計して 3D プリントし、オンラインで共有できるようにすることで、オープンイノベーションを促進します。

△脊髄学習補助装置、画像提供：MDPIジャーナルおよびミシガン工科大学この研究では、学習補助装置設計の経済的実現可能性（3Dプリントおよび組み立てコストを考慮）が詳細に分析されました。研究者らは研究のために 38 種類の学習補助ツールを検討し、その結果、各学習補助ツールのオープンソースデザインを 3D プリントすることで、教育者は学習補助ツール 1 個あたり 45,000 ドル (ダウンロード数に基づく) を節約でき、世界中の教育者は 170 万ドル (38 種類のツールの合計コスト削減) を節約できることがわかりました。

△ 3Dプリントと小売製品のコスト比較、画像提供：MDPIマガジンおよびミシガン工科大学学習補助のデザインを選択する際には、MyMiniFactoryで利用できる中学校から高校までの主要科目（化学、生物学、デザイン、テクノロジー、物理学、数学、地理、歴史）を選択し、サブカテゴリごとに2つのデザインを選択しました。各デザインは、ダウンロード頻度（この研究で使用された学習補助ツールは平均 1,500 回以上ダウンロードされました）と使いやすさについても評価されました。さらに、Amazon で類似製品を見つけて比較しました。この研究では、最も代表的なモデルとして、時計、脳、ピタゴラス視覚補助具、脊髄、内燃機関の 5 つが選択されました。

△内燃機関学習補助具、画像提供：MDPI マガジンおよびミシガン工科大学これら 5 つの製品を印刷するための材料費と光熱費を測定し、Amazon で販売されている同等の製品と比較しました。 3D プリント製品の経済的実現可能性を小売製品と比較する際、研究者は小売製品のすべてのコスト (研究開発、広告、梱包、配送、保証などを含む) を計上し、これらの学習補助がエンドユーザー、教師、または教室に付加する価値も考慮しました。たとえば、Amazon が販売する学習補助製品の価格には広告費が含まれています。しかし、教育者は製品を入手するためにこの費用を支払わなければならないにもかかわらず、この費用は教育者にとって何の価値も追加しません。 3D プリントとオープンソースの学習補助具を使用すれば、そのようなコストを支払う必要はありません。製造コストのみを計上すればよく、教育者に直接価値が付加されます。

学習補助器具を 3D プリントすることで節約できるコスト (小売店で消費者向け製品を購入する場合と比較して) が、学習補助器具の製造に使用される「ビタミン」や追加材料のコストとどのように相関するかを見るのは興味深いでしょう。ネジなどの教材は、ほとんどが単一の 3D プリント材料で作られているため、コスト削減は 99.92% にも達しました。ただし、振り子波マシンなどの教材は、3D プリント部品以外に追加の部品や材料を使用しているため、コスト削減は 30.4% に低下しました。全体的に、絶対的に見ると、平均的な 3D プリント学習補助器具の製造コストは 3.10 ドルですが、同等の消費者向け製品の購入コストは 30 ドル近くになります。

△脳モデル学習補助具、画像提供：MDPI マガジンおよびミシガン工科大学このような学習補助具は、学習に発明や創造性の要素を導入し、誰もが利用できる実用的な方法を提供し、学生や教育者が独自の教育ツールを開発できるようにすることもできます。このような学習補助装置は、超音波ベースのナビゲーション支援システムや、高度な科学の授業で使用されるその他のシステム（光学機械システム、生体接着など）など、非常に複雑になることもあります。これらはすでに、医学教育、解剖学、義肢、特殊教育、歴史・文化教育から、地球科学、工学、STEM コース、持続可能性教育、メカトロニクス、さらにはロボット工学ハードウェアや 3D プリンター部品の構築まで、さまざまな教育分野で使用されています。

低コストでオープンソースベースの分散型製造は、学習の効率性と柔軟性を向上および変更するだけでなく、世界中の個々の教師と生徒に大きな経済的価値をもたらします。教育者は、この調査で検討された 38 種類の学習補助教材を印刷するだけで、年間 45 万ドルを節約できます (全世界で平均 1,500 回のダウンロードに基づく)。これは、学習補助教材 1 種類あたり年間平均 11,822 ドルに相当します。では、3D プリンターによって実現されるその他の利点は何でしょうか?研究報告書にもある通りです。

物体を印刷する機会は、生徒に楽しみを与えるだけでなく、生徒が教室や小さな子ども向けに作れる独自の物体をデザインできるため、積極的な学習者に役立ちます。一般的に、3D プリントを初めて使用する学生は、プリンターが魔法のように動作してオブジェクトを作成する様子を見るのが楽しいです。若い学生たちは、「プラスチックを溶かすにはどれくらい熱くする必要があるのか？」や「私たちが望むものを印刷する方法をどうやって知るのか？」など、プリンターについて質問をします。学生たちはマシン自体に興味を持ち、プリントベッドやフィラメントに触れます。 3D プリンター (またはそれを使用すること) は、生徒のよい行動や成績に対する賞品や報酬として使用できます。最後に、オープンソースモデルを通じて、卒業生が育った学校に恩返しをするよう指導することができます。教室にこれらのデバイスを設置することで、学校はよりテクノロジー的な雰囲気になります。これにより、最終的には教育の質（評価など）が向上し、より多くの学生（資金など）を引き付けることができるようになります。 (ピアース、M ジョシュア、「学習補助教材のオープンソースデジタルデザインの教室 3D プリントの経済性」、MDPI ジャーナル、2020 年 11 月)

もちろん、教育者がこれらの節約を完全に実現するには課題があります。学校や教育機関の IT システムは、オープンソースのプラットフォームやデザインへの信頼性が高く安全なアクセスを可能にする必要があり、教育者は 3D ソフトウェアやツールを効果的に使用し、デジタルプラットフォームと物理プラットフォーム間を簡単に移動できるようにトレーニングを受ける必要があるからです。そして、オープンソース教育におけるジョシュア・ピアースのこの取り組みは、教育における他のオープンソースや 3D プリントの取り組みとともに、教育者と学生の間で切望されているこの変化を推進しています。

出典: 3dprint

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