3D 프린터 교육 키트를 직접 제작하는 방법

3D 프린터 교육 키트를 직접 제작하는 방법을 이야기하려고 합니다. 최근 메이커 교육과 디지털 제작 수업이 보편화되면서, 3D 프린터를 활용한 교육 키트의 수요가 급격히 늘고 있습니다. 시중에는 다양한 STEM 교구가 판매되고 있지만, 실제 수업에서는 교사의 의도나 학생 수준에 맞지 않거나, 반복 활용이 어렵고 가격이 높다는 문제점이 존재합니다.
이러한 한계를 해결할 수 있는 방법은 의외로 간단합니다. 바로 3D 프린터를 활용해 수업에 딱 맞는 교육 키트를 직접 제작하는 것입니다.
교사가 설계한 교육 목표에 맞춰, 구체적인 교구를 스스로 디자인하고 출력할 수 있다면, 교육의 질은 물론 수업 몰입도까지 획기적으로 개선됩니다.
이 글에서는 3D 프린터를 활용해 교육 키트를 기획, 설계, 제작, 수업에 적용하는 전 과정을 체계적으로 안내합니다.

 

 

1️⃣ 교육 키트란 무엇이며, 왜 직접 제작하는가

구매보다 제작이 교육적이고 실용적이다

**교육 키트(Education Kit)**는 특정 수업 활동에 맞춰 구성된 실습 도구 세트입니다. 보통 공학, 과학, 미술, 수학 수업 등에서 활용되며, 실습 중심 수업을 돕는 핵심 자료입니다.

✅ 시중 교육 키트의 한계

• 학습 목표와 불일치 (형식적 구성품)
• 모든 학생 수준에 동일 적용 불가
• 반복 수업 시 유지·보수 어려움
• 고가 제품 많음 (1세트 2만~5만 원 이상)

✅ 직접 제작의 장점

항목효과

교육 맞춤화	커리큘럼에 따라 직접 설계
비용 절감	1개당 출력 원가 수백~수천 원
반복 활용	필요 시 교체·수정 가능
창의 교육 강화	교사와 학생 모두 설계에 참여 가능

✅ 활용 사례 예

• 초등 수학 입체도형 키트
• 중등 기계 원리(기어, 레버) 조립 키트
• 과학 실험 도구 거치 키트
• 코딩 연동 로봇 키트(아두이노+프린트 부품 조합)

2️⃣ 교육 키트 기획 및 설계 단계

수업 목표와 학습자의 수준을 반영해 설계하자

3D 프린터로 교육 키트를 제작할 때는 단순히 출력 가능한 모형을 만드는 것이 아니라, 교육 내용을 효과적으로 전달할 수 있도록 설계해야 합니다.

🔹 기획 단계

• 어떤 개념을 학습할 것인가?
  예: ‘기어 회전의 원리’, ‘입체도형의 부피 비교’
• 조작형인지, 관찰형인지 구분
• 조립이 필요한지, 단일 부품인지 결정

🔹 도면 제작

• Tinkercad: 단순 조형, 초등 수업에 적합
• Fusion 360: 기계 부품형 정밀 설계 가능
• STL 파일 직접 제작 또는 기존 모델 커스터마이징

🔹 예시: 기어 원리 키트 설계

• 기어 A, B, C (치수 차이)
• 축 고정판 + 회전 손잡이
• 출력 조립 후 실제 회전 가능
• 학생이 손으로 돌려보며 기어비, 방향성 학습

3️⃣ 출력 전략 및 후가공 팁

내구성, 안정성, 반복 사용을 고려한 출력 세팅

교육 키트는 단순 장식용 출력물이 아니므로 강도, 반복 조작, 분실 방지 등 실사용성을 고려한 설계와 출력이 필요합니다.

✅ 필라멘트 선택

소재특징

PLA+	강도 높고 안전성 우수, 초등 수업용 추천
PETG	유연함과 내구성 겸비, 과학 실습용 적합
TPU	충격 흡수, 유아용 또는 쿠션 파트에 적합

✅ 출력 조건

• 레이어 높이: 0.2mm
• 노즐 크기: 0.4mm
• 벽 두께: 최소 3겹
• 인필: 30~50%
• 출력 속도: 40~50mm/s
• 색상 구분: 기능별 부품에 색상 다르게 출력 → 시각적 구분 유리

✅ 후가공 팁

• 조립 부품은 사포 마감 필수
• 마찰 부품은 실리콘 윤활제 사용 가능
• 연결 부위는 힌지 or 슬롯 구조로 쉽게 탈착 가능하게 설계

4️⃣ 수업 적용 전략과 활용 사례

출력한 키트를 어떻게 수업에 적용할 것인가

출력된 키트를 활용한 수업은 단순한 실습 시간이 아니라, 문제 해결 중심 수업, 협업 수업, 발표 수업 등 다양한 방식으로 확장할 수 있습니다.

🧩 수업 적용 전략

• 활동 시나리오 제공 → 예: “이 기어 키트를 이용해 무게를 들어 올려보자”
• 조별로 키트 활용한 실험 → 결과 발표
• 출력 전 설계 → 출력 후 비교 → 수정 설계
• 출력 실패 사례도 수업 자료화 → 왜 실패했는가 분석

📚 실제 활용 예시

수업명키트 구성교육 효과

기초 기계 원리	기어, 축, 핸들	회전 운동 원리 체험
수학 입체 탐색	정육면체, 각기둥, 각뿔	부피·면 비교
미술 조형	얼굴 조립 키트	색상·형태 감각 향상
과학 실험	저울 키트	무게 중심, 측정 훈련

🎁 부가 활용

• 성취도 평가용 키트 제작 (학생별 개인 제작)
• 메이커 대회 출품용 베이스 키트
• 학부모 공개수업 활용

✅ 결론: 교육자 손끝에서 나오는 수업 혁신

3D 프린터는 단순한 기술 장비가 아니라, 교사가 교육 현장에서 창의적 도구를 직접 제작할 수 있는 생산 수단입니다..
더 이상 수업에 필요한 교구를 ‘구매’ 하지 마세요. 직접 설계하고, 직접 출력하세요.
그 도구 하나가 수업을 바꾸고, 학생의 몰입을 바꾸고, 결국 교육의 미래를 바꿉니다.