Studenten erwecken mathematische Modelle mit 3D-Druck zum Leben

Studierende der University of Illinois Urbana-Champaign haben neue 3D-Modelle von mathematischen Flächen und Theoremen erstellt. In einem Projekt, das vom Illinois Mathematics Lab und dem Champaign-Urbana Community Fab Lab geleitet wurde, konnten Studierende der Universität eine Auswahl der historischen Modelle der Universität, von denen einige aus den 1800er Jahren stammen, mithilfe des FDM-Drucks nachbilden. Die Modelle sind Teil einer 400-teiligen Sammlung im Besitz des Fachbereichs Mathematik der Universität.

Die Sammlung selbst umfasst Visualisierungen komplexer Theoreme, die aus Gips, Holz, Karton und Metall gefertigt sind. Viele der Stücke wurden von einer Einrichtung in Illinois entworfen und zuvor für den Unterricht und zur Demonstration verwendet. Die Originalstücke wurden aus Deutschland importiert und sind Teil einer der weltweit größten Sammlungen mathematischer Modelle. Die Mathematik-Bibliothekarin Sarah Park bemerkte: „Sie sind ein Schatz der Abteilung. Sie bieten Studenten und Forschern gleichermaßen einen unübertroffenen Bildungswert.“

Von Schülern erstellte Version der Löwenzahnkugeln [links] mit dem ursprünglichen Holzmodell [rechts].

Aufgrund der jüngsten Renovierungsarbeiten in der mathematischen Abteilung der Universität, Altgeld Hall, wurden die Originalmodelle aus dem Lager geholt. Diese Verlagerung bot den Studierenden die einmalige Gelegenheit, die historischen Modelle zu dokumentieren, zu studieren und zu digitalisieren. Die Studierenden konnten dann Modelle auswählen und mit Softwaretools wie Mathematica und Slicing-Programmen in 3D rendern. Die neuen Modelle wurden dann im CU Community Fab Lab mit Kunststofffilament und optimierten Druckeinstellungen gedruckt. Zu den neu erstellten Modellen gehören eine kegelschnittfeste Dandelin-Kugel, eine Kummer-Fläche und andere Regelflächen mit gespannten Fäden. Die Studierenden hatten die Aufgabe, Beschreibungen zu jedem neu gedruckten Modell zu erstellen, die es ihnen ermöglichten, die ursprünglichen Gleichungen aus den in deutscher Sprache verfassten Quellen zu studieren.

Die neuen mathematischen 3D-Druckmodelle werden in der Gemeinde Urbana-Champaign und in einigen Mittel- und Oberschulen eingesetzt. Die neuen Modelle sind haltbarer als ihre zerbrechlichen Vorgänger und bieten den Lernenden eine praktische Lernerfahrung. Die Modelle bieten außerdem eine Möglichkeit, die digitale Werkzeuge oder Simulationen oft nicht bieten können. Die Originalmodelle befinden sich nach wie vor in den Universitätsarchiven und werden von den Konservierungsdiensten der Universitätsbibliothek aufbewahrt. Ein digitales Archiv mit hochauflösenden Fotos, Erklärungen und herunterladbaren 3D-Modelldateien für Lehrkräfte und Forscher ist derzeit in Arbeit und kann kostenlos genutzt werden. Durch dieses Projekt konnten die Studierenden die Geschichte der Mathematik bewahren und gleichzeitig dazu beitragen, dass diese Modelle für alle zugänglich bleiben.

Student created 3D print of a Kummer surface.

Um mehr zu erfahren und auf die digitalisierte Sammlung von Mathematikmodellen zuzugreifen, klicken Sie HIER. Was halten Sie von den 3D-gedruckten mathematischen Modellen? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder LinkedIN mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.

*Bildnachweise: Universität Illinois, Fred Zwicky