プラスチックを対象にしたものづくり教育教材の開発と授業への展開

开发针对塑料的制造教材并应用于课堂

• 批准号: 20K03087
• 负责人: 尾崎 純一
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Kobe City College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K03087/
• 关键词: ものづくり教育; プラスチックi; 成形; 簡易型; 工学教育; プラスチック; 成形加工; 射出成形; PBL; 設計製図; プラスチック成形

本研究では，ものづくり教育に近年身近になったプラスチック材料とその成形法を教材として取り入れることを目的とし，簡便にプラスチック成形が行える卓上射出成形機の製作および成形に必要となる簡易型の製作方法について検討を行ってきた．2020年度は教材として活用するための卓上型のプラスチック成形機の試作を行った．PBL授業でも製作することを念頭に出来るだけ扱いやすい構造にするため，主に樹脂（ペレット）の投入方法や射出機構を工夫したプラスチック成形機の製作を行った．2021年度から2022年度にかけては，成形に必要となる簡易型の製作方法について検討を行った．簡易型の設計にはフリーの３DCADソフトを活用し，3DCADソフトに附属するCAM機能を用いてCAMデータを生成し卓上CNC加工機により型の製作まで行えるようになった．最終的には割型の製作も可能であることが確認できた．さらに，2種類の３DCADソフトを用いて操作性やCAMの処理時間などを比較し授業に導入しやすさについても検討を行った．また，2022年度にはプラスチック成形機の製作を授業に取り入れるための前段階として，試行的に3年生のPBL授業において一部のグループで卓上型射出成形機の製作をテーマに授業に取り入れた．授業では成形機の構造など基本設計から検討し製作までを行い，プラスチック成形機の製作がPBL授業に取り入れられることを確認した．一方，1年生の設計製図授業においては，立体図の作図課題としてプラスチック成形の対象と考えているキーホルダーの作図を取り入れた．手書き製図がメインであるが，3DCADの紹介を行った上で希望者だけではあるが3DCADでの作図にも取り組んだ．3DCADにより作図した作品については3Dプリンタによる造形も行い3DCADの有用性について理解を深め，プラスチック成形に対する動機付けとした．

在这项研究中，我们的目标是将近年来逐渐熟悉的塑料材料及其成型方法作为教材纳入制造教育。我们将开发一种可以轻松进行塑料成型的台式注塑机以及制造方法我们一直在考虑成型所需的简单模具。 2020年，我们制作了台式塑料成型机原型，用作教材。为了使机器尽可能易于操作，并以 PBL 级别生产为目的，我们创建了一种塑料成型机，主要修改了树脂（颗粒）填充方法和注射机构。从2021年度到2022年度，我们研究了成型所需的简单模具的制造方法。使用免费的3D CAD软件来设计简单的模具，并使用3D CAD软件附带的CAM功能来生成CAM数据，现在可以使用台式CNC加工机来制造模具。最后，我们确认也可以生产分体模具。此外，我们还比较了两种 3D CAD 软件的可操作性和 CAM 处理时间，以检验它们引入课堂的难易程度。此外，2022年，作为将塑料成型机生产纳入课堂的初步举措，一些小组在三年级学生的PBL课程中试行将台式注塑机生产作为主题。在课程中，我们研究了成型机的基本设计，包括其结构，然后进行了制造，并确认了塑料成型机的生产可以纳入PBL课程。另一方面，在一年级学生的设计绘图课上，我们将绘制被认为是塑料成型对象的钥匙扣作为三维绘图作业。主要重点是手绘图，但在引入 3DCAD 后，我们还为有需要的人制作了 3DCAD 图纸。使用 3DCAD 绘制的作品也使用 3D 打印机进行建模，以加深对 3DCAD 实用性的理解并激励塑料成型。