La stampa 3D in ambienti scolastici non può prescindere dalla facilità d’uso e dalla sicurezza però si trovano spesso stampanti che non sono progettate specificamente per questi ambienti, ma per situazioni più legate al mondo dei “makers” o dei Fab Lab dove tutti gli operatori sono persone generalmente esperte.
Installare questi strumenti in locali dedicati, come laboratori polifunzionali, diversi da quelli dove si svolgono le attività educative risolve la maggior parte dei problemi legati alla sicurezza, ma ha il grosso difetto di far perdere alla classe la possibilità di osservare da vicino tutte le fasi di stampa: veder crescere il proprio modello strato per strato è fondamentale per ottimizzare la stampa e per capirne profondamente il processo, ma anche per intervenire tempestivamente in caso di problemi.
Le modalità per poter eseguire una stampa sono generalmente due: collegando fisicamente un computer alla stampante tramite cavo USB, oppure salvare il file da stampare in una chiavetta
7 Un sistema di stampa opensour ce per la scuola: in3 Dir e
USB (o eventualmente una scheda SD) e inserirla nella stampante. Se abbiamo la stampante in un locale diverso dovremo prevedere di spostarci dalla classe per poter operare e talvolta potrebbe essere problematico.
Partendo da queste considerazioni il gruppo di lavoro di Indire che fa parte del progetto di ricerca ha individuato dei prodotti software ed hardware che opportunamente configurati sono andati a costituire quella che si ritiene una soluzione accessibile alla maggior parte delle scuole, purché esistano al loro interno delle persone aventi una minima competenza informatica.
L’hardware che si ritiene possa assolvere al compito stabilito è un microcomputer di tipo SBC (Single Board Computer) chiamato Raspberry PI (https://www.raspberrypi.org), delle dimensioni di una carta di credito e del costo inferiore ai 40 euro, ma con prestazioni sufficienti a realizzare un server di servizi di vario genere. Al momento della scrittura del libro, è stato usato il modello Raspberry PI 2 B v1.1 e dunque tutte le indicazioni e soluzioni indicate sono riferite a questo modello, ma il rimando ai tutorial online consentirà di rimanere sempre aggiornati in termini di hardware e software.
Per quanta riguarda il software, per minimizzare le operazioni relative alla configurazione del server e dei servizi annessi, nella pagina web dedicata al progetto, che sarà indicata al termine del capitolo, si potrà scaricare una im-magine dell’intero sistema operativo già installato e configurato che sarà possibile copiare sulla SD card del Ra-spberryPi e che lo renderà immediata-mente operativo.
Per quanto riguarda il software di
con-trollo della stampante 3D è stato scelto un prodotto open source, molto comune tra gli addetti ai lavori, denominato Octoprint (http://www.octoprint.org), la sua funzione principale è quella di mettere a disposizione un pannello di controllo della stampante che è raggiungibile ed utiliz-zabile collegandosi via wifi al server e accedendo con il browser di un qualunque device come pc, tablet o smartphone, anche se in quest’ultimo caso le dimensioni ridotte dello schermo lo rendono un po’ meno usabile.
Il sistema concepito consente di allestire un ambiente che risponde al seguente schema d’uso, dove il device N° 1 è del docente, il N° 2 è il Raspberry PI configurato come server, il N° 3 è la stampante 3D e i device dal N° 4 al N° 7 sono quelli degli studenti.
Figura 1. Il Raspberry PI 2 B v1.1
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In pratica il docente gestisce il servizio nella modalità di amministratore, il quale si occupa di atti-vare la connessione alla stampante 3D e di monitorare che le attività procedano regolarmente, da questo momento in poi tutti gli studenti potranno eseguire dai loro device una stampa 3D e seguirne tutto il processo in remoto.
Per poter completare la configurazione sono necessari altri hardware da usare insieme al
Ra-Figura 2. Lo schema di funzionamento
Figura 3. A sinistra il dongle WiFi USB, a destra invece la web camera
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spberry PI, un dongle WiFi USB e una web camera, come illustrato nelle foto seguenti.
Questi strumenti hanno un costo sem-pre molto contenuto. Il primo ha la capacità di dotare il Raspberry PI delle funzionalità WiFi, mentre la web came-ra permetterà all’utente remoto di se-guire visivamente in streaming tutto il processo di stampa. Il server alla fine del montaggio si presenterà così:
Naturalmente per utilizzarlo al meglio sarà necessario dotarlo di una scatola di protezione (“case”), ne esistono di tutte le forme e dimensioni, sarà possi-bile comprarla, scaricarla gratuitamen-te, oppure stamparla in autonomia, magari disegnandola da zero. All’inter-no del progetto di ricerca abbiamo pro-gettato un case ottimizzato e di dimen-sioni molto ridotte, visibile in Fig. 5, i file necessari alla stampa saranno messi a disposizione per il download.
Per spiegare al meglio il potenziale di in3Dire sono inevitabili alcuni dettagli tecnici sul funzio-namento. In pratica il dongle WiFi non serve a connettere il Raspberry PI ad una rete scolastica esistente, ma per crearne una nuova che sarà usata solo dagli utenti che lavorano al progetto.
Gli studenti e gli insegnanti si dovranno connettere ad essa per poter usufruire ai servizi messi a disposizione da in3Dire.
in3Dire infatti, come è stato anticipato, non si limita alla funzione di rendere raggiungibile la stampante 3D via rete WiFi, ma è stato completato da tutta una serie di servizi che vanno a com-pletare l’intero processo di stampa, il disegno, la gestione dei file relativi, il monitoraggio visivo e telemetrico delle stampe, la documentazione delle esperienze, la condivisione di materiali tra docenti e studenti, il tutto in piena sicurezza visto che al di fuori del raggio d’azione della rete WiFi di In3Dire non potremo vedere o usare nessuno dei servizi.
A bordo di in3Dire troviamo i seguenti software:
• Octoprint: è il software che si usa per la gestione della stampante 3D e delle stampe che si andranno a eseguire (http://octoprint.org).
Figura 4. Il Raspberry PI completo del dongle e della web camera
Figura 5. Il case in3Dire
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• SugarCAD: è il software (sviluppato interamente all’interno di Indire) che permette agli utenti di disegnare e modellare le forme da stampare.
• Owncloud: è un software cloud che serve sia per la gestione di un archivio personale relativo alla stampa 3D come disegni, file STL o GCODE che vengono usati dalla stampante 3D e alla loro eventuali condivisione tra utenti riconosciuti in modo di stimolare una metodologia di lavoro collaborativa, o anche semplicemente per poter mettere in grado il docente di assegnare automaticamente dei compiti a tutta la classe, e successivamente di ricevere gli elaborati svolti dagli studenti senza dover eseguire nessun invio manuale (https://owncloud.org).
• Wordpress: è uno dei CMS (content management system) più diffusi al mondo, il suo compito è quello di gestire blog o interi siti senza che sia necessaria nessuna competenza di programmazione web. Nel nostro caso sarà utile per scrivere un diario o una documentazione condivisi da parte di tutta la classe (https://wordpress.org).
Per poter mettere a disposizione tutti questi strumenti in3Dire è stato configurato come se fosse un server web, è quindi completo di servizi attivi in background come Apache2 (http://
apache.org/) e il db MySQL (https://www.mysql.it/). Ciò significa che è un sistema completamen-te espandibile e personalizzabile secondo le singole esigenze di classe, laboratorio o istituto, limitatamente alle prestazioni del nostro Raspberry PI.