Cura, 3D-printimise tarkvara: gümnaasium, robootika

el_sotsiaalfond_horisontaalne

Õpilugu „Cura kasutamine robootikas
Andres Mihkelson, Nõo Reaalgümnaasiumi süsteemiadministraator ja robootikaõpetaja progetiiger_logo_horisontaal_est_web

Cura on Nõo Reaalgümnaasiumis peamine tarkvara, mida 3D-printeriga kasutame: see teeb 3D-mudelist sobiva faili meie 3D-printeri jaoks, sest printer ise ei oska mudelit otse printida. 10., 11. ja 12. klassis oleme Curat õpetanud ja kasutanud robootika ning programmeerimise tundide juures. Programmeerimine on 10. klassis kohustuslik aine, sealt edasi saavad õpilased valida, kas seda edasi õppida või lähevad üle rakendusprogrammide õppimisele. Robootika toimub valikainena.

Mis on Cura?

Cura on tarkvara, mis võtab sisendiks eelnevalt ettevalmistatud 3D-mudeli ja jaotab selle prinditavateks kihtideks. Cura püüab välja mõelda, kuidas on kõige mõistlikum etteantud kujundit printida ning arvutab välja printimispea teekonna ja pea kaudu välja surutava plastiku hulga ning paneb kogu selle info faili kirja. 3D-printerid ise suurt tarkust ei sisaldagi, need võtavad töösse Cura või mõne teise tarkvara poolt loodud mootorite liigutamise juhendeid sisaldava faili.

Cura puhul on positiivne, et tarkvara on laialdaselt seadistatav ja meie kooli kogemuste põhjal ka töökindel. Cura toetab pea kõiki neid printereid, mis on avatud riistvara (open source hardware) kommuuni poolt välja töötatud, sealhulgas üle maailma levinud Prusa i3 printerit.

Avatud lähtekoodiga tarkvara

Cura on avatud lähtekoodiga tarkvara, mis tähendab, et igaüks saab selle tasuta alla laadida ning soovi korral ka ise uurida, kuidas see loodud on ning vajadusel teha täiendusi. Koolidele tähendab see eelkõige piiranguteta tasuta kasutusvõimalust. Cura süsteeminõuded ei ole väga kõrged ning seetõttu on võimalik see paigaldada näiteks ka kõigisse arvutiklassi arvutitesse. Seadistusi on programmis palju, kuid õpetajal on võimalik need enda arvutis ära teha ja õpilastele jagada sobivate seadistustega konfiguratsioonifail, mis sisaldab kõiki kasutusel olevale printerile sobivaid parameetreid.

Mis toimub tunnis

Kui hakkan rühmas Curat õpetama, siis alustame tavaliselt kogu protsessi samm-sammult läbikäimist: kui meil on arvutis valminud 3D-mudel, siis kuidas me selle arvutist printerisse saame. Seejärel vaatame üksikasjalikumalt Cura seadistusi. Neid on mitukümmend, aga tutvume olulisematega, nii viie-kuuega. Oleme vaadanud, mis juhtub, kui programmis numbreid suuremaks või väiksemaks muuta. Osalt katse-eksituse meetodil oleme ka prooviprintimisi teinud, muutes sätteid ja jälgides, kuidas printerist saadavad lõpptulemid erinevad.

Curast võib saada hea ülevaate juba kahe koolitunniga (2x45 minutit), teise tunni lõpus võib mudeli printima panna. Kuigi programmi saavad katsetada kõik õpilased individuaalselt, jõuab printima siiski vaid üks konkreetne lõpptulem, sest printimine on praegu veel tehnoloogia piirangute tõttu võrdlemisi aeglane tegevus. Edaspidi, kui õpilastel on individuaalsed või väikestes rühmades prinditööd, on vajalik ettevalmistus seeläbi juba kõigil olemas.

Alati eelneb Cura kasutamisele ajaliselt palju mahukam 3D-mudeli modelleerimine, sest Cura on vaid tööriist mudeli teisendamiseks printerile sobivateks juhisteks. Et saada põgus ülevaade koos kogu protsessi praktilise läbitegemisega lihtsamast modelleerimisest kuni loodud objekti printimiseni välja, on kulunud meil umbes viis koolitundi.

Töö väikestes rühmades

Robootika valikaines on rühmas maksimaalselt 16 õpilast. Võib arvestada, et hiljem tuleb väiksemates rühmades asju üle rääkida, kõik ei jõua esimese korraga kogu infot haarata. Kõige paremini ongi töö Curaga sujunud siis, kui toimetavad robootikavõistluste kahe- kuni neljaliikmelised võistkonnad, kes teevad võistlusteks ettevalmistusi. Näiteks disainivad nad robotite korpuseid, rattaid ja muid vajalikke komponente ning teisendavad need seejärel Cura abil 3D-printerile sobivaks.

Numbrilist hindamist ei ole

Robootika valikaines me eristavat hindamist ei rakenda. Küll aga püüame jõuda igaühega sellise tulemuseni, et tal oleks võimalik soovi korral midagi iseseisvalt loodut printima panna. Cural on võimalik võrdlemisi kergesti muuta seadistusi nii, et prinditöö ei õnnestu. Kaugem eesmärk on jõuda iga huvitatud õpilasega olukorrani, kus tema printimistöö iga kord välja tuleb, kui ta on printeri tehniliste piirangutega arvestanud (päris õhku printida ju siiski ei saa).

Õpilaste jaoks on keeruline mõista ja meelde jätta, mida erinevad seadistused programmis teevad. Lõpuks tekivad seosed, ennekõike praktiliselt katsetades, ning seejärel läheb töö juba kiiremini ja kergemini.

Ainetevaheline lõiming

Oleme üritanud loodusainetega koostööd teha. Õpetajatel on huvi küll, et saaks kasutada plastikust mudeleid keemias erinevate ühendite kohta või hoopiski bioloogias panna puslelaadselt kokku kolmemõõtmelisi DNA-ahelaid. Oleme plaaninud mudelite koostamisel eelkõige lasta neid näidiste alusel õpilastel disainida ja printida, et õppetööd rikastada ning 3D-printimisega tegelevate töötajate koormust vähendada. Samuti kasutatakse joonestamise valikaines tarkvara, millest on võimalik printimiseks sobivaid faile eksportida.

Soovitused õpetajale

Õpetajatel soovitan kõigepealt ise läbi proovida, millised on konkreetse printeri jaoks kõige paremad mudeli kihtideks jagamise seadistused. Seejärel on võimalik seadistused programmis salvestada ning jagada need ka õpilastega. Oluline on leida või luua ise lühijuhend kogu protsessi kohta alates 3D-mudeli loomisest kuni printimiseni, et õpilastel tekiks ülevaade, millele eelkõige tähelepanu pöörata. Igas koolis tuleb juhend ilmselt natuke erinev, kuna kasutusel on erinev tarkvara ja riistvara.