深度閱讀｜大學(xué)生3D打印創(chuàng)新中心如何實(shí)現(xiàn)集群化管理

來源：Ultimaker


為了提高工科學(xué)生的創(chuàng)新能力,，增強(qiáng)學(xué)生的自信心,，歐道明大學(xué)（Old Dominion University）配置了 Ultimaker 3D打印機(jī),。從2017年開始,，工科學(xué)生Aric Veatch一直在學(xué)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(jī)非常感興趣,�,！癠ltimaker系統(tǒng)的長期數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)遠(yuǎn)優(yōu)于競爭對手，采購成本相對也比較合理,，”Veatch 說,，“我最關(guān)注的就是他們能否達(dá)到用戶的預(yù)期�,！�

△歐道明大學(xué)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(xué)工程與技術(shù)學(xué)院院長提出要創(chuàng)建一個屬于學(xué)生并由學(xué)生運(yùn)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(xué)生提供了進(jìn)行新設(shè)計理念試驗(yàn)的資源,。該中心提供的資源包括 CAD 設(shè)計與測試,，電子生產(chǎn)，金屬,、木材和復(fù)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(lǐng)導(dǎo)力和問題解決能力，”工程與技術(shù)學(xué)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(biāo)是培養(yǎng)工科學(xué)生掌握就業(yè)市場所需的技能,。”

△正在運(yùn)行的Ultimaker 3D打印機(jī)

工程創(chuàng)客空間和發(fā)明中心配備3D打印機(jī)是為了讓學(xué)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(jī)和材料的打印效果很好,，他們不僅在創(chuàng)客空間進(jìn)行大部分設(shè)計原型制作，也使用3D打印機(jī)進(jìn)行終端零件制造,。

“我們期待接納不同型號的打印機(jī),，與此同時我們更注重設(shè)備制造商的聲譽(yù)，提供服務(wù)的長期可靠性以及設(shè)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(rèn),，Ultimaker確實(shí)符合我們的所有標(biāo)準(zhǔn),。”

學(xué)習(xí)方式的進(jìn)化
設(shè)立工程創(chuàng)客空間和發(fā)明中心旨在將創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),，為創(chuàng)意制作原型,，很多學(xué)生都想抓住這難得的機(jī)會。兩臺 Ultimaker S3和一臺Ultimaker S5桌面3D打印機(jī)很快成為了工程系課程的一部分,。Veatch被任命為學(xué)生運(yùn)營經(jīng)理,，作為他的研究生科研任務(wù)之一，負(fù)責(zé)操作3D打印機(jī)以及EMIC的其他工程系統(tǒng),。

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

Ultimaker采用熔絲制造(FFF)技術(shù),，尺寸小巧，可以放在桌面上,，同時又能滿足大尺寸物體的構(gòu)建,。Ultimaker S3提供最大230 x 190 x 200毫米的雙噴頭擠出構(gòu)建尺寸，另外Ultimaker S5可實(shí)現(xiàn)最大構(gòu)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(xué)生的大膽想象,。學(xué)生的創(chuàng)意和設(shè)計快速的優(yōu)化,，不僅為滿足課程設(shè)計要求，以及制造零部件的需求,，同時還進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和挑戰(zhàn)制造其他工程部件,。

學(xué)生們所制造的零件從指尖陀螺、虛構(gòu)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(jī),、張拉整體結(jié)構(gòu)桌（黃色ABS打印）,、螺旋圣誕樹（白色和藍(lán)色的ABS打�,。┮约皺C(jī)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(xué)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(xué)生們的3D打印創(chuàng)意進(jìn)化速度令人驚喜,，他們很快就從基礎(chǔ)項(xiàng)目升級到了非常高級的項(xiàng)目�,！弊詈�,，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(jīng)驗(yàn)說明我們的工科學(xué)生能力完全超出預(yù)期,，”Landaeta博士說,。“我們完全被學(xué)生們的作品所震撼了,�,！�

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

“我將3D打印機(jī)拆箱后,，只用了半個小時就讓它啟動運(yùn)行了，”Veatch說,�,！坝捎诳梢暂p松切換打印噴頭,，在維修一臺打印機(jī)時，可以實(shí)現(xiàn)快速方便的切換另一臺設(shè)備的運(yùn)行,�,！�

他還提到Ultimaker既提供高質(zhì)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(fèi)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(zhǔn)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(diǎn)研究機(jī)會,，研究如何在虛擬環(huán)境中進(jìn)行工程研究。

“虛擬工程流程已經(jīng)在商業(yè)組織中得到了成功實(shí)施,，”Landaeta博士說,。“不過該流程需要大量時間和技術(shù)上的投入,。過去三個月只是加速了我們認(rèn)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(xiàng)目需要人工操作制造零件和產(chǎn)品,，也就是說雖然可以在虛擬空間中輕松進(jìn)行設(shè)計工作，但原型,、測試,、生產(chǎn)和維護(hù)仍然需要一個團(tuán)隊(duì)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(xiàng)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(tuán)隊(duì)用成本效益最高的方式,，將所有傳輸模型使用3D打印技術(shù)制作出來派發(fā)給學(xué)生，讓他們可以在虛擬環(huán)境中繼續(xù)完成該項(xiàng)目,。

“FDM 3D打印技術(shù)成本低,，可以在家中使用,，”Landaeta說�,！皼]有什么能代替真實(shí)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(jī)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(jī)很快也很簡單,，”Veatch說，“移動傳統(tǒng)的大型制造機(jī)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(xué)生們通過大學(xué)內(nèi)網(wǎng)將3D設(shè)計數(shù)據(jù)發(fā)送給Veatch，他將零件打印出來,，再發(fā)回給學(xué)生進(jìn)行分析和測試,。

“巴頓工程與技術(shù)學(xué)院計劃支持這種新常態(tài)工學(xué)教育。我們現(xiàn)在需要教會我們的學(xué)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(shù)是一個開始，讓學(xué)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(jìn)一步增加3D打印機(jī)的數(shù)量,，希望未來能達(dá)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(jī),。

“我們對Ultimaker 3D打印機(jī)特別滿意,。學(xué)生們能夠輕松完成了不起的項(xiàng)目，”阿亞拉博士說,�,！拔覀冇媱澰谖磥聿少徃�多的Ultimaker 3D打印機(jī),。”