3Dプリンタによる立体地形

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教材一覧3Dプリンタによる立体地形

単元 (小学5年)流水の働き、(小学6年)土地のつくりと変化、(中学1年)大地の成り立ちと変化

目標 (小学5年)川全体を俯瞰して上流から下流までの高低や川幅をイメージする。(小学6年)火山活動や地震による土地の変化を理解する。(中学1年)身近な地形を俯瞰し土地の成り立ちや広がりを理解する。

準備

観察・実験

地図の表示

①国土地理院のWEBサイト「地理院地図」にアクセスする

②作成したい場所を検索ボックスに入力して表示する

③画面右上のメニューボタン「機能」→「3D」で立体化したい範囲を選択する
<参考>300mの縮尺で、「3D」→「小(1024×1024)」を選択すると、約4㎞四方の地形となる。

立体地図データの作成

①下側の「高さ方向の倍率」スライドバーで高さの倍率を変更する。
例えば4㎞四方の地形を10㎝四方の立体地形にすると、標高1000mの山も1㎝程度の高さにしかならない。そのため住宅地の数m程度の勾配は立体地形にしたらほとんど判別できない。

②出力したい地形の高さが決まったら、3Dプリンタ用のSTLファイルと、貼付用の地図画像をそれぞれ下の「ダウンロード」ボタンを押してダウンロードする。
 3Dプリンタ用データ:STLファイル
 貼付用地図画像:VRMLファイル→テクスチャ画像

3Dプリンタによる立体地形の印刷

ダウンロードしたファイルを3Dプリンタの加工範囲におうじて印刷。
※参考:Afinia H400の場合、下記の設定で造形時間2-3時間
出力したい立体地形のサイズ:10㎝四方
層の厚さ設定:0.3㎜
出力品質設定:速い
フィラメント:ABS

レーザプリンタによる貼付用地図画像の印刷

①ダウンロードした地図画像を、適当なソフト(MS WordやPowerpoint等)で3Dプリントする立体地形と同じサイズにあわせる
⇒ 起伏の大きい地形の場合は少し大きめにする(10㎝四方の地形の場合は12-13㎜四方程度)
②デカールにレーザープリンタで手差し印刷する

立体地形へのデカールの水張り①

デカールを水に数分間浸す。

立体地形へのデカールの水張り②

地形模型にマークフィット※を塗布しておく
※デカールの裏面に既に糊がついていますが、マークフィットには糊とデカールの軟化剤も入っており、急峻な起伏に対してもデカールが伸びてなじむため失敗しづらい。

立体地形へのデカールの水張り③

①水に浸したデカールを台紙からゆっくり剥がす。
⇒ 実際には水に十分浸されていると浮き上がっているはずです
②立体地形の上にデカールをのせ、その上にタオルをかぶせる。
⇒ 直接手ではりつけようとすると、手にデカールがはりついて失敗しやすいです。
③タオルの上から押しつけてデカールを立体地形に張り付ける
⇒ コツは、押し付けたときに地形の谷の部分に落ち込もうと全体的に中心にずれてしまいます。そこで地形の角を指でずれないように抑えながら、地形のひだにデカールが食い込むようにタオルの上から爪でぐりぐりおしつけます。

立体地形へのデカールの水張り④

ある程度押し付けたらゆっくりタオルをとり、起伏の大きい箇所のデカールの上から再度マークフィットを塗り、タオルをかけて各ポイントを重点的にぐりぐりおしつけて貼り付けます。軟化剤の効果で少し時間が経過すると徐々に地形になじんできます。

参考文献

大崎章弘, 川島紀子, 露久保美夏, 貞光千春, 里浩彰, 榎戸三智子, 竹下陽子, 千葉和義,減災どこでも理科実験パッケージの開発と検証 3D プリンタを活用した簡易な地形・地域教材の開発,日本理科教育学会第68回大会論文集,2018年8月

実験レポ

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