深度閱讀｜大學生3D打印創(chuàng)新中心如何實現(xiàn)集群化管理

來源：Ultimaker


為了提高工科學生的創(chuàng)新能力，增強學生的自信心，歐道明大學（Old Dominion University）配置了 Ultimaker 3D打印機。從2017年開始，工科學生Aric Veatch一直在學校的工程創(chuàng)客空間和發(fā)明中心 (EMIC) 幫忙。他對該中心的 Ultimaker 3D打印機非常感興趣。“Ultimaker系統(tǒng)的長期數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)遠優(yōu)于競爭對手，采購成本相對也比較合理，”Veatch 說，“我最關注的就是他們能否達到用戶的預期。”

△歐道明大學工程創(chuàng)客空間與發(fā)明中心

2017 年，位于弗吉尼亞州諾福克市的歐道明大學工程與技術學院院長提出要創(chuàng)建一個屬于學生并由學生運營的一流創(chuàng)客空間。于是，耗資150萬美元的工程創(chuàng)客空間和發(fā)明中心成立了。它為學生提供了進行新設計理念試驗的資源。該中心提供的資源包括 CAD 設計與測試，電子生產，金屬、木材和復合材料加工、焊接、精加工，以及 3D 打印。

“我們建立該中心的目的是培養(yǎng)工程師的批判性思維能力、領導力和問題解決能力，”工程與技術學院工程創(chuàng)客空間和發(fā)明中心副主任 Rafael E. Landaeta博士說，“我們的目標是培養(yǎng)工科學生掌握就業(yè)市場所需的技能。”

△正在運行的Ultimaker 3D打印機

工程創(chuàng)客空間和發(fā)明中心配備3D打印機是為了讓學生能夠使用快速原型開發(fā)工具，好讓他們在有傳統(tǒng)制造工具的附加工作區(qū)創(chuàng)建成品零件。另外，據(jù)Veatch透露，由于3D打印機和材料的打印效果很好，他們不僅在創(chuàng)客空間進行大部分設計原型制作，也使用3D打印機進行終端零件制造。

“我們期待接納不同型號的打印機，與此同時我們更注重設備制造商的聲譽，提供服務的長期可靠性以及設備的穩(wěn)定易用性，” 工程創(chuàng)客空間和發(fā)明中心的博士Orlando Ayala說道。“不可否認，Ultimaker確實符合我們的所有標準。”

學習方式的進化
設立工程創(chuàng)客空間和發(fā)明中心旨在將創(chuàng)意轉變?yōu)楝F(xiàn)實，為創(chuàng)意制作原型，很多學生都想抓住這難得的機會。兩臺 Ultimaker S3和一臺Ultimaker S5桌面3D打印機很快成為了工程系課程的一部分。Veatch被任命為學生運營經理，作為他的研究生科研任務之一，負責操作3D打印機以及EMIC的其他工程系統(tǒng)。

“3D 打印機的使用頻率迅速上升，”他說，“到 2019 年 11 月，所有打印機都在持續(xù)工作，我們訂購了另一臺Ultimaker S3來滿足學生需求。”

Ultimaker采用熔絲制造(FFF)技術，尺寸小巧，可以放在桌面上，同時又能滿足大尺寸物體的構建。Ultimaker S3提供最大230 x 190 x 200毫米的雙噴頭擠出構建尺寸，另外Ultimaker S5可實現(xiàn)最大構建尺寸為330 x 240 x 300毫米的物體——最高精度低至20微米。

這些規(guī)格足以滿足學生的大膽想象。學生的創(chuàng)意和設計快速的優(yōu)化，不僅為滿足課程設計要求，以及制造零部件的需求，同時還進行實驗和挑戰(zhàn)制造其他工程部件。

學生們所制造的零件從指尖陀螺、虛構人物面具到難以買到的車輛配件。

△測試打印件包括用白色PLA打印的四沖程發(fā)動機、張拉整體結構桌（黃色ABS打印）、螺旋圣誕樹（白色和藍色的ABS打印）以及機械手（灰色PLA打印）

Ultimaker為客戶提供的材料超過150種，工程專業(yè)學生能夠快速的鎖定自己需要的材料。

“Ultimaker提供的材料，尤其是TPU和PLA，很適合為某些工程場景打造最終用途零件，例如用于換檔的襯套，”Veatch 說，“學生們的3D打印創(chuàng)意進化速度令人驚喜，他們很快就從基礎項目升級到了非常高級的項目。”最后，他說，3D 打印讓更優(yōu)秀的新一代工程師能夠在3D空間中思考，并以更快的速度發(fā)展。

“Ultimaker創(chuàng)客空間的經驗說明我們的工科學生能力完全超出預期，”Landaeta博士說。“我們完全被學生們的作品所震撼了。”

操作便捷
Veatch認為使用Ultimaker平臺的優(yōu)勢有：易于使用、易于維護、材料質量高、軟件功能全、成本低。

“我將3D打印機拆箱后，只用了半個小時就讓它啟動運行了，”Veatch說。“由于可以輕松切換打印噴頭，在維修一臺打印機時，可以實現(xiàn)快速方便的切換另一臺設備的運行。”

他還提到Ultimaker既提供高質量材料，如PLA和TPU材料，也支持第三方材料的使用。

所有Ultimaker系統(tǒng)均隨附Ultimaker Cura軟件，一款免費的高性能3D打印切片軟件解決方案。它支持所有主要的CAD文件格式，并且是開源的，任何人都可以使用。

“Ultimaker Cura軟件非常適合做打印準備工作，”他說，“還可以在打印期間動態(tài)更改打印數(shù)據(jù)，無需完全重啟打印就可以解決問題。”

虛擬工程課堂
居家上課擾亂了全國各地師生的課程安排。Landaeta博士和 Ayala博士卻將其視為一個快速試點研究機會，研究如何在虛擬環(huán)境中進行工程研究。

“虛擬工程流程已經在商業(yè)組織中得到了成功實施，”Landaeta博士說。“不過該流程需要大量時間和技術上的投入。過去三個月只是加速了我們認為需要數(shù)年才能常態(tài)化的流程。” Landaeta博士指出，大部分工程項目需要人工操作制造零件和產品，也就是說雖然可以在虛擬空間中輕松進行設計工作，但原型、測試、生產和維護仍然需要一個團隊在物理空間中完成。然而，3D打印有助于克服一些限制條件。

在高校為高中畢業(yè)生提供的暑期橋梁工程項目中，3D 打印零件成為在虛擬環(huán)境中繼續(xù)上課的一種高性價比選擇。該團隊用成本效益最高的方式，將所有傳輸模型使用3D打印技術制作出來派發(fā)給學生，讓他們可以在虛擬環(huán)境中繼續(xù)完成該項目。

“FDM 3D打印技術成本低，可以在家中使用，”Landaeta說。“沒有什么能代替真實的觸摸感，將原型拿在手中、移動它、與其他物體放在一起、并感受它的表面，這種感覺不可替代。”

為了證明這一理論，在封鎖剛開始時，Veatch就將3D打印機帶回了家，它占用的桌面空間很小，在家中也很好操作。

“移動3D打印機很快也很簡單，”Veatch說，“移動傳統(tǒng)的大型制造機器很困難，而且你必須有足夠的空間。而Ultimaker既環(huán)保又小巧，完全可以在家使用。”

學生們通過大學內網將3D設計數(shù)據(jù)發(fā)送給Veatch，他將零件打印出來，再發(fā)回給學生進行分析和測試。

“巴頓工程與技術學院計劃支持這種新常態(tài)工學教育。我們現(xiàn)在需要教會我們的學生如何在虛擬工程環(huán)境中成長為成功的工程師，”Landaeta博士說，“3D打印技術是一個開始，讓學生們能夠在校園或家中制作原型。”

工程創(chuàng)客空間和發(fā)明中心正在計劃進一步增加3D打印機的數(shù)量，希望未來能達到12到20臺。他們還打算通過 Ultimaker數(shù)字工廠軟件拓展3D打印操作，以便于管理更多3D打印機。

“我們對Ultimaker 3D打印機特別滿意。學生們能夠輕松完成了不起的項目，”阿亞拉博士說。“我們計劃在未來采購更多的Ultimaker 3D打印機。”