Überbrückung der AM-Kompetenzlücke:Wie der Bildungssektor die additive Fertigung transformiert

Der Bildungssektor spielt eine immer größere Rolle bei der Entwicklung neuer additiver Fertigungstechnologien und -verfahren. Da Universitäten zunehmend 3D-Drucklabore einrichten, um ihre Forschungs- und Produktionsbemühungen voranzutreiben, erkunden sowohl Studenten als auch Akademiker die neuen Möglichkeiten der additiven Fertigung. Auf welche Weise kann der Bildungssektor AM transformieren?

Als Teil unserer Serie, die die Auswirkungen der additiven Fertigung auf verschiedene Branchen untersucht, werfen wir heute einen Blick auf die aktuellen Anwendungen des 3D-Drucks im Bildungswesen und wie der Sektor die AM verändert.

Bildung:Überbrückung der AM-Kompetenzlücke

Die additive Fertigung leidet derzeit unter einem Fachkräftemangel, und dies war eines der Hindernisse für die breitere Einführung von AM. Obwohl immer mehr Universitäten mit 3D-Drucklaboren ausgestattet sind und mehr Abschlüsse in additiver Fertigung anbieten, fehlt es an multidisziplinären Bildungsprogrammen, die darauf abzielen, die nächste Generation von AM-Experten, insbesondere im Bereich Design, hervorzubringen.

Hier können Universitäten und Forschungseinrichtungen eine wichtige Rolle bei der Schließung der Qualifikationslücke spielen, indem sie Programme entwickeln, die Studenten im Umgang mit den besonderen Anforderungen der additiven Fertigung schulen. Design für die additive Fertigung beispielsweise erfordert aufgrund der Besonderheiten der additiven Technologien einen völlig neuen Ansatz im Produktdesign. Kenntnisse über die verschiedenen additiven Technologien, Materialauswahl und Prozessüberlegungen sind daher entscheidend für die Entwicklung der nächsten Generation von AM-Designern und -Ingenieuren.

Eine Universität, die versucht, diese Lücke zu schließen, ist die Loughborough University, die ihr neues Master-Programm gestartet hat, das darauf abzielt, Studenten über Designüberlegungen für die additive Fertigung aufzuklären. Während andere Universitäten ihre eigenen AM-spezifischen Programme erstellen und implementieren, werden die Studierenden in der Lage sein, ein besseres Verständnis für die Herangehensweise an das Design für die additive Fertigung zu gewinnen, einschließlich der Verwendung fortschrittlicher Werkzeuge wie der Topologieoptimierung zur Verbesserung der Designphase.

Ein fruchtbarer Boden für die Forschung

Heute stehen Hochschulen an der Spitze der innovativen Forschung zu neuen additiven Fertigungstechniken und Materialien. Ein Großteil der durchgeführten Forschung trägt maßgeblich zur Weiterentwicklung von Anwendungen in einer Reihe von Branchen bei und ermutigt Hersteller, die Vorteile von AM zu erkunden.

Schnellere AM-Systeme

Ein wichtiges Thema ist die Steigerung der Geschwindigkeit und Effizienz von AM systeme. Ende letzten Jahres gelang den MIT-Ingenieuren ein Durchbruch mit der Entwicklung eines Desktop-FDM-3D-Druckers, der zehnmal schneller war als seine Gegenstücke, was Auswirkungen auf die Produktion von FDM-Teilen hatte. In ähnlicher Weise hat die University of Sheffield kürzlich das sogenannte Hochgeschwindigkeits-Metallsintern entwickelt – eine neue Methode des Metall-3D-Drucks, die darauf abzielt, die Produktionsgeschwindigkeit für Laserschmelztechnologien zu verbessern.

Design für die additive Fertigung

Wegbereiter für das DfAM ist die Loughborough University mit einem breiten Spektrum an Forschungsaktivitäten. Die Universität forscht beispielsweise laufend an der Konstruktion und Individualisierung von Automobilteilen mittels additiver Fertigung. Darüber hinaus verfügt die Universität über eines der führenden Zentren für Additive Manufacturing in Großbritannien – die Additive Manufacturing Research Group mit hochmodernen 3D-Drucklabors, die intensiv für die fachübergreifende Forschung genutzt werden.

Materialien

Materialien für die additive Fertigung sind ein weiterer Bereich, in dem umfangreiche Forschung betrieben wird wird derzeit an einer Reihe von Forschungseinrichtungen und Universitäten durchgeführt. So haben sich beispielsweise das High-Performance Materials Institute (HPMI) der Florida State University und das Florida State University College of Engineering der Initiative angeschlossen, um die Möglichkeiten fortschrittlicher 3D-Druckmaterialien für die Weltraumforschung zu erforschen. Die Erforschung der Möglichkeiten des Hybrid- und Multimaterial-3D-Drucks hat gerade erst an der Oberfläche gekratzt, mit erheblichen Auswirkungen auf die Entwicklung neuer, innovativer Materialien für AM.

Einführung des 3D-Drucks in die Hochschulbildung

Die additive Fertigung im Bildungssektor bietet eine großartige Möglichkeit, die Lernerfahrung der Schüler durch einen praxisorientierten Lernansatz zu bereichern.

Medizin

3D-Druck wird in medizinischen Fakultäten stark verwendet, um greifbare 3D-Modelle als visuelles zu erstellen Lernhilfen. Die australische Macquarie University und die Western Sydney University beispielsweise haben mit 3D-gedruckten menschlichen Knochen für anatomische Studien Pionierarbeit geleistet. Da 3D-Objekte einen besseren anschaulichen Wert bieten als digitale Modelle allein, sind 3D-Knochennachbildungen nicht nur eine großartige Möglichkeit, die Schüler in den Lernprozess einzubeziehen, sondern sind auch viel kostengünstiger in der Herstellung als Nachbildungen, die mit herkömmlichen Methoden hergestellt wurden. Die Urologieabteilung der University of Minnesota Medical School ist eine weitere medizinische Fakultät, die den 3D-Druck verwendet und in diesem Fall anatomische Modelle für Studenten erstellt, um chirurgische Eingriffe zu üben und billigere Ersatzgeräte für Spezialwerkzeuge herzustellen.

Robotik

Der 3D-Druck ist auch ein beliebtes Werkzeug in der Robotiklehre. Die Forscher der University of California haben beispielsweise ein kostengünstiges Robotik-Kit für den Bildungsbereich mit 3D-druckbarem Design entwickelt, das den Studenten die Freiheit der Anpassung und eine innovative Plattform für die Erforschung von Robotik und Elektronik bietet.

Architektur

Die Integration des 3D-Drucks in das Architekturdesign ist ein weiterer Anwendungsfall, der dazu beiträgt, die Lernerfahrung der Schüler zu erweitern und die Kreativität zu fördern. Die Oslo School of Architecture and Design (AHO) zum Beispiel verwendet additive Fertigung in einer Reihe von kreativen Anwendungen und ermutigt Studenten, mit komplexen, architektonischen Designs durch 3D-Druck zu experimentieren. Die Universität forscht auch darüber, wie das Produktdesign von additiven Technologien profitieren kann.

Ein weiteres Beispiel ist das CARTA Innovation Lab am College of Architecture + The Arts der Florida International University. Dort können Architekturstudenten mit 3D-Druckern Gebäude neu denken und neue Gestaltungsmöglichkeiten erkunden.

Prozess automatisieren  

Da der Einsatz der additiven Fertigung in Universitäten und Forschungseinrichtungen zunimmt, können Studierende und wissenschaftliche Mitarbeiter nun die Produktion ihrer Konstruktionen anfordern. Die steigende Nachfrage führt jedoch dazu, dass die manuelle Verwaltung von 3D-Druckanfragen ineffizient und mühsam werden kann.

Mit der steigenden Nachfrage müssen 3D-Drucklabore in Universitäten und Forschungseinrichtungen ihre AM-Workflows automatisieren. Eine auf die Bedürfnisse des Bildungssektors zugeschnittene Workflow-Management-Software bietet eine Reihe von Vorteilen, wie die automatisierte Bearbeitung von Anfragen und Kostenkalkulationen, Echtzeit-Tracking und automatisierte Dateivorbereitung. Zum Beispiel hat AHO die Automatisierungssoftware von RP Platform in seiner AM-Abteilung implementiert, um eine höhere Effizienz in der Vorproduktionsphase zu erreichen sowie Produktions- und Nachverfolgungsanfragen zu verwalten.

Bildung – ein wichtiger Bereich für die additive Fertigung

Die Zusammenarbeit zwischen Hochschulen und OEMs kann der additiven Fertigung enorme Vorteile bringen, von der Verringerung der Qualifikationslücke bis hin zur Entwicklung neuer Trends in der AM. Damit die additive Fertigung wirklich gedeihen kann, werden OEMs und Hersteller neben Universitäten eine Schlüsselrolle bei der Ausbildung der nächsten Generation von AM-Experten spielen.

Mit der laufenden Forschung zu AM-Systemen, Werkstoffprozessen und anderen Bereichen der additiven Fertigung wird deutlich, dass Hochschulen und Forschungseinrichtungen weiterhin eine Schlüsselrolle spielen werden, um die Lücke zwischen Theorie und praktischer Umsetzung erfolgreich zu schließen.

Dies ist der dritte in unserem Industrie- und AM-Serie – warum nicht unseren letzten Artikel darüber lesen, wie AM ist Auswirkungen auf die medizinische Industrie ?