深度阅读｜大学生3D打印创新中心如何实现集群化管理

来源：Ultimaker


为了提高工科学生的创新能力，增强学生的自信心，欧道明大学（Old Dominion University）配置了 Ultimaker 3D打印机。从2017年开始，工科学生Aric Veatch一直在学校的工程创客空间和发明中心 (EMIC) 帮忙。他对该中心的 Ultimaker 3D打印机非常感兴趣。“Ultimaker系统的长期数据和操作数据远优于竞争对手，采购成本相对也比较合理，”Veatch 说，“我最关注的就是他们能否达到用户的预期。”

△欧道明大学工程创客空间与发明中心

2017 年，位于弗吉尼亚州诺福克市的欧道明大学工程与技术学院院长提出要创建一个属于学生并由学生运营的一流创客空间。于是，耗资150万美元的工程创客空间和发明中心成立了。它为学生提供了进行新设计理念试验的资源。该中心提供的资源包括 CAD 设计与测试，电子生产，金属、木材和复合材料加工、焊接、精加工，以及 3D 打印。

“我们建立该中心的目的是培养工程师的批判性思维能力、领导力和问题解决能力，”工程与技术学院工程创客空间和发明中心副主任 Rafael E. Landaeta博士说，“我们的目标是培养工科学生掌握就业市场所需的技能。”

△正在运行的Ultimaker 3D打印机

工程创客空间和发明中心配备3D打印机是为了让学生能够使用快速原型开发工具，好让他们在有传统制造工具的附加工作区创建成品零件。另外，据Veatch透露，由于3D打印机和材料的打印效果很好，他们不仅在创客空间进行大部分设计原型制作，也使用3D打印机进行终端零件制造。

“我们期待接纳不同型号的打印机，与此同时我们更注重设备制造商的声誉，提供服务的长期可靠性以及设备的稳定易用性，” 工程创客空间和发明中心的博士Orlando Ayala说道。“不可否认，Ultimaker确实符合我们的所有标准。”

学习方式的进化
设立工程创客空间和发明中心旨在将创意转变为现实，为创意制作原型，很多学生都想抓住这难得的机会。两台 Ultimaker S3和一台Ultimaker S5桌面3D打印机很快成为了工程系课程的一部分。Veatch被任命为学生运营经理，作为他的研究生科研任务之一，负责操作3D打印机以及EMIC的其他工程系统。

“3D 打印机的使用频率迅速上升，”他说，“到 2019 年 11 月，所有打印机都在持续工作，我们订购了另一台Ultimaker S3来满足学生需求。”

Ultimaker采用熔丝制造(FFF)技术，尺寸小巧，可以放在桌面上，同时又能满足大尺寸物体的构建。Ultimaker S3提供最大230 x 190 x 200毫米的双喷头挤出构建尺寸，另外Ultimaker S5可实现最大构建尺寸为330 x 240 x 300毫米的物体——最高精度低至20微米。

这些规格足以满足学生的大胆想象。学生的创意和设计快速的优化，不仅为满足课程设计要求，以及制造零部件的需求，同时还进行实验和挑战制造其他工程部件。

学生们所制造的零件从指尖陀螺、虚构人物面具到难以买到的车辆配件。

△测试打印件包括用白色PLA打印的四冲程发动机、张拉整体结构桌（黄色ABS打印）、螺旋圣诞树（白色和蓝色的ABS打印）以及机械手（灰色PLA打印）

Ultimaker为客户提供的材料超过150种，工程专业学生能够快速的锁定自己需要的材料。

“Ultimaker提供的材料，尤其是TPU和PLA，很适合为某些工程场景打造最终用途零件，例如用于换档的衬套，”Veatch 说，“学生们的3D打印创意进化速度令人惊喜，他们很快就从基础项目升级到了非常高级的项目。”最后，他说，3D 打印让更优秀的新一代工程师能够在3D空间中思考，并以更快的速度发展。

“Ultimaker创客空间的经验说明我们的工科学生能力完全超出预期，”Landaeta博士说。“我们完全被学生们的作品所震撼了。”

操作便捷
Veatch认为使用Ultimaker平台的优势有：易于使用、易于维护、材料质量高、软件功能全、成本低。

“我将3D打印机拆箱后，只用了半个小时就让它启动运行了，”Veatch说。“由于可以轻松切换打印喷头，在维修一台打印机时，可以实现快速方便的切换另一台设备的运行。”

他还提到Ultimaker既提供高质量材料，如PLA和TPU材料，也支持第三方材料的使用。

所有Ultimaker系统均随附Ultimaker Cura软件，一款免费的高性能3D打印切片软件解决方案。它支持所有主要的CAD文件格式，并且是开源的，任何人都可以使用。

“Ultimaker Cura软件非常适合做打印准备工作，”他说，“还可以在打印期间动态更改打印数据，无需完全重启打印就可以解决问题。”

虚拟工程课堂
居家上课扰乱了全国各地师生的课程安排。Landaeta博士和 Ayala博士却将其视为一个快速试点研究机会，研究如何在虚拟环境中进行工程研究。

“虚拟工程流程已经在商业组织中得到了成功实施，”Landaeta博士说。“不过该流程需要大量时间和技术上的投入。过去三个月只是加速了我们认为需要数年才能常态化的流程。” Landaeta博士指出，大部分工程项目需要人工操作制造零件和产品，也就是说虽然可以在虚拟空间中轻松进行设计工作，但原型、测试、生产和维护仍然需要一个团队在物理空间中完成。然而，3D打印有助于克服一些限制条件。

在高校为高中毕业生提供的暑期桥梁工程项目中，3D 打印零件成为在虚拟环境中继续上课的一种高性价比选择。该团队用成本效益最高的方式，将所有传输模型使用3D打印技术制作出来派发给学生，让他们可以在虚拟环境中继续完成该项目。

“FDM 3D打印技术成本低，可以在家中使用，”Landaeta说。“没有什么能代替真实的触摸感，将原型拿在手中、移动它、与其他物体放在一起、并感受它的表面，这种感觉不可替代。”

为了证明这一理论，在封锁刚开始时，Veatch就将3D打印机带回了家，它占用的桌面空间很小，在家中也很好操作。

“移动3D打印机很快也很简单，”Veatch说，“移动传统的大型制造机器很困难，而且你必须有足够的空间。而Ultimaker既环保又小巧，完全可以在家使用。”

学生们通过大学内网将3D设计数据发送给Veatch，他将零件打印出来，再发回给学生进行分析和测试。

“巴顿工程与技术学院计划支持这种新常态工学教育。我们现在需要教会我们的学生如何在虚拟工程环境中成长为成功的工程师，”Landaeta博士说，“3D打印技术是一个开始，让学生们能够在校园或家中制作原型。”

工程创客空间和发明中心正在计划进一步增加3D打印机的数量，希望未来能达到12到20台。他们还打算通过 Ultimaker数字工厂软件拓展3D打印操作，以便于管理更多3D打印机。

“我们对Ultimaker 3D打印机特别满意。学生们能够轻松完成了不起的项目，”阿亚拉博士说。“我们计划在未来采购更多的Ultimaker 3D打印机。”