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(lái)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(kāi)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(duì)該中心的 Ultimaker 3D打印機(jī)非常感興趣。“Ultimaker系統(tǒng)的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)遠(yuǎn)優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，采購(gòu)成本相對(duì)也比較合理，”Veatch 說(shuō)，“我最關(guān)注的就是他們能否達(dá)到用戶(hù)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�？耸械臍W道明大學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)提出要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)屬于學(xué)生并由學(xué)生運(yùn)營(yíng)的一流創(chuàng)客空間。于是，耗資150萬(wàn)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(jì)理念試驗(yàn)的資源。該中心提供的資源包括 CAD 設(shè)計(jì)與測(cè)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(wèn)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(shuō)，“我們的目標(biāo)是培養(yǎng)工科學(xué)生掌握就業(yè)市場(chǎng)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(kāi)發(fā)工具，好讓他們?cè)谟袀鹘y(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(jì)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(hào)的打印機(jī)，與此同時(shí)我們更注重設(shè)備制造商的聲譽(yù)，提供服務(wù)的長(zhǎng)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(shuō)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(huì)。兩臺(tái) Ultimaker S3和一臺(tái)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(yíng)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(shuō)，“到 2019 年 11 月，所有打印機(jī)都在持續(xù)工作，我們訂購(gòu)了另一臺(tái)Ultimaker S3來(lái)滿(mǎn)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(shí)又能滿(mǎn)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(mǎn)足學(xué)生的大膽想象。學(xué)生的創(chuàng)意和設(shè)計(jì)快速的優(yōu)化，不僅為滿(mǎn)足課程設(shè)計(jì)要求，以及制造零部件的需求，同時(shí)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(mǎi)到的車(chē)輛配件。

△測(cè)試打印件包括用白色PLA打印的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、張拉整體結(jié)構(gòu)桌（黃色ABS打�。�、螺旋圣誕樹(shù)（白色和藍(lán)色的ABS打�。┮约皺C(jī)械手（灰色PLA打�。�

Ultimaker為客戶(hù)提供的材料超過(guò)150種，工程專(zhuān)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(chǎng)景打造最終用途零件，例如用于換檔的襯套，”Veatch 說(shuō)，“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(jí)到了非常高級(jí)的項(xiàng)目�！弊詈�，他說(shuō)，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(shuō)明我們的工科學(xué)生能力完全超出預(yù)期，”Landaeta博士說(shuō)。“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(tái)的優(yōu)勢(shì)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(gè)小時(shí)就讓它啟動(dòng)運(yùn)行了，”Veatch說(shuō)�！坝捎诳梢暂p松切換打印噴頭，在維修一臺(tái)打印機(jī)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)快速方便的切換另一臺(tái)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(kāi)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(shuō)，“還可以在打印期間動(dòng)態(tài)更改打印數(shù)據(jù)，無(wú)需完全重啟打印就可以解決問(wèn)題�！�

虛擬工程課堂
居家上課擾亂了全國(guó)各地師生的課程安排。Landaeta博士和 Ayala博士卻將其視為一個(gè)快速試點(diǎn)研究機(jī)會(huì)，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(shuō)�！安贿^(guò)該流程需要大量時(shí)間和技術(shù)上的投入。過(guò)去三個(gè)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(shuō)雖然可以在虛擬空間中輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，但原型、測(cè)試、生產(chǎn)和維護(hù)仍然需要一個(gè)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?xún)r(jià)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(lái)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(shuō)。“沒(méi)有什么能代替真實(shí)的觸摸感，將原型拿在手中、移動(dòng)它、與其他物體放在一起、并感受它的表面，這種感覺(jué)不可替代�！�

為了證明這一理論，在封鎖剛開(kāi)始時(shí)，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(dòng)3D打印機(jī)很快也很簡(jiǎn)單，”Veatch說(shuō)，“移動(dòng)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(guò)大學(xué)內(nèi)網(wǎng)將3D設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)送給Veatch，他將零件打印出來(lái)，再發(fā)回給學(xué)生進(jìn)行分析和測(cè)試。

“巴頓工程與技術(shù)學(xué)院計(jì)劃支持這種新常態(tài)工學(xué)教育。我們現(xiàn)在需要教會(huì)我們的學(xué)生如何在虛擬工程環(huán)境中成長(zhǎng)為成功的工程師，”Landaeta博士說(shuō)，“3D打印技術(shù)是一個(gè)開(kāi)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(jì)劃進(jìn)一步增加3D打印機(jī)的數(shù)量，希望未來(lái)能達(dá)到12到20臺(tái)。他們還打算通過(guò) 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(duì)Ultimaker 3D打印機(jī)特別滿(mǎn)意。學(xué)生們能夠輕松完成了不起的項(xiàng)目，”阿亞拉博士說(shuō)�！拔覀冇�(jì)劃在未來(lái)采購(gòu)更多的Ultimaker 3D打印機(jī)�！�