Additive Fertigung im Bildungswesen:UMass Amherst ADDFab

Dave Follette ist der Leiter der ADDFab-Einrichtung (Advanced Digital Design and Fabrication Core Facility) bei UMass Amherst.

Die additive Fertigungsindustrie hat sich in den letzten zehn Jahren dramatisch verändert, ebenso wie die additive Fertigung in der Bildung. Jetzt kommen Schüler, einschließlich meiner eigenen Kinder, bereits in der Grundschule mit dem 3D-Druck in Berührung. Die meisten frühen Bildungsmöglichkeiten verbinden die Schüler jedoch mit Druckern der Verbraucherklasse. Mein Ziel ist es, den Studenten die Fertigungsmöglichkeiten des 3D-Drucks auf industriellem Niveau zu vermitteln, damit sie lernen, wie man sie in der realen Welt anwendet und die kommerziellen Anwendungen von Additiven versteht.

Immer mehr Unternehmen verwenden Additive für die Produktion, und da der Rest der Welt zu verstehen beginnt, dass 3D-Drucker nicht nur für Spielzeug geeignet sind, haben wir daran gearbeitet, eine Einrichtung zu bauen, die Studenten praktische Erfahrungen mit Druckern vermittelt, die hochwertige Qualitätsteile in Industriequalität.

Ich betreibe die Advanced Digital Design and Fabrication Core Facility (ADDFab) in den Life Science Labs der UMass Amherst. ADDFab ist ein vollständig digitales Design- und additives Fertigungslabor mit mehreren Druckern und Druckertechnologien.

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Die meisten Drucker bei ADDFab werden von Studenten im Grundstudium oder Doktoranden betrieben, die Forschung betreiben. Die Drucker wurden alle mit einem Zuschuss des Commonwealth of Massachusetts Life Sciences Council (MLSC) gekauft. Wir sind nicht an einen bestimmten Druckerhersteller gebunden und arbeiten ohne Interessenkonflikte mit einer Vielzahl von Unternehmen und Organisationen zusammen, um die additive Ausbildung und Technologie weiterzuentwickeln.

Angesichts des weitreichenden Potenzials, das ein Labor für High-End-3D-Drucker mit sich bringt, versuchen wir, unsere Bemühungen auf drei Hauptbereiche zu konzentrieren:

Großartige Teile entwerfen und drucken

Unsere häufigste Dienstleistung besteht darin, Teile in Industriequalität zu entwerfen und zu drucken. Wir verwenden eine Vielzahl von 3D-Druckmaterialien, darunter Nylon-12, Edelstahl, faserverstärkte Polymere und UV-gehärtete Mischmaterialien. Mit einer so großen Auswahl an Optionen können wir fast jeden Bedarf an additiver Fertigung auf dem Campus und in der Umgebung erfüllen.

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Unser Druckersortiment umfasst die Markforged Onyx One und Mark Two. Als ich ins Labor kam, öffnete sich mir die Augen und ich konnte fünf verschiedene Softwareschnittstellen verwenden, um mit jedem der Drucker zu arbeiten. Der webbasierte Eiger von Markforged ist bei weitem mein Favorit. Das andere, was ich an unseren Markforged-Druckern sehr mag, ist, dass sie sich „aufwärmen“ und sehr schnell mit dem Drucken beginnen. Andere Drucker haben komplizierte Einrichtungsverfahren oder Stunden zum Aufwärmen der Köpfe oder zum Erstellen von Volumen oder Fächern. Dies macht ihn zu einem ausgezeichneten Drucker für das schnelle Prototyping. Da es auch einfach zu bedienen ist, bin ich mit einer Vielzahl von Studenten zufrieden, die die Markforged-Drucker alleine verwenden. Wenn sie also um zwei Uhr morgens an einem Projekt arbeiten möchten, können sie innerhalb weniger Stunden ein Teil prototypieren und brauchen es nicht auf mich warten.

Forschung in der additiven Fertigung

Der zweite Schwerpunkt bei ADDFab ist die Grundlagenforschung in der additiven Fertigung, die im Allgemeinen in zwei Kategorien unterteilt wird. Die erste konzentriert sich auf die Materialien, im Allgemeinen Metalle, um zu bestimmen, welche neuen Legierungen für den 3D-Druck am besten geeignet sind. Herkömmliche Metalllegierungen wurden für andere Fertigungsverfahren optimiert. Was wäre, wenn Sie eine Legierung für additive Fertigungsverfahren optimieren würden?

Der zweite Forschungsbereich umfasst das Drucken neuartiger Geometrien. Gitter sind ein Hauptaugenmerk in dieser Forschung und es werden so viele verschiedene Konzepte in Betracht gezogen. Unser Beitrag besteht darin, Unternehmen zu helfen, die verfügbare Druckertechnologie zu nutzen, um die gewünschte Geometrie zu erhalten. Diese Arbeit ist sowohl eine Wissenschaft als auch eine Kunst und beinhaltet normalerweise die Entwicklung einiger Tricks, um den perfekten Druck zu erhalten.

Unterricht

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Der dritte Schwerpunkt von ADDFab ist die Lehre. Wir unterstützen Bachelor- und Masterstudiengänge zur additiven Fertigung und zeigen den Studierenden den Umgang mit diesen Maschinen. Da ich selbst Ingenieur bin, denke ich, dass es wichtig ist, den Herstellungsprozess zu verstehen, wenn Sie Teile entwerfen, und ich möchte den Studenten helfen, die Fähigkeiten (und Grenzen) kommerzieller additiver Fertigungswerkzeuge zu verstehen.

Wir führen auch praktische Workshops für ein Fachpublikum durch und bieten praktische Erfahrungen im Umgang mit diesen High-End-Druckern. Wir haben oft Studenten, die intensiv bei Teilen des Unterrichts helfen und Gelegenheiten bieten, Kontakte zu Mitgliedern der Branche zu knüpfen. Ein großer Teil der ADDFab-Alumni hat ihre Erfahrung genutzt und ist in der Additivindustrie tätig.

Neueste ADDFab-Projekte

Die Unterstützung lokaler Unternehmen durch ADDFab wurde während der COVID-19-Pandemie fortgesetzt. Vor kurzem haben wir mit dem Open Source Respirator-Projekt zusammengearbeitet, um ein Atemschutzgerät zu entwickeln, das in Massenproduktion hergestellt und wiederverwendet werden kann, um bei der COVID-19-Pandemie zu helfen. Wir halfen beim Prototyping von Formhohlräumen, Gesichtsmodellen und verschiedenen Komponenten für diese Atemschutzmasken. In diesem Projekt haben studentische Mitarbeiter alle Drucker betrieben und die 3D-gedruckten Teile geliefert.

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Auf akademischer Seite wurden wir kürzlich mit der Entwicklung nicht-elektronischer Sensoren für ein Forschungsprojekt in der Informatik beauftragt. Als die Bestellungen für den Aufenthalt zu Hause in Kraft traten, konnte ich einen Markforged Onyx One und einen Makerbot mit nach Hause nehmen, um meine Zeit auf dem Campus zu verkürzen. Die Kombination aus beidem hat super funktioniert. Das Markforged Onyx-Material war ausgezeichnet, aber nicht federnd genug für die Spiralfedern, die wir brauchten, wo das PLA genau die richtige Steifigkeit hatte. Ich habe den Markforged wegen der allgemeinen Qualität und Verarbeitung der Teile vorgezogen, hätte das Projekt jedoch ohne beide Drucker nicht abgeschlossen.

Die Zukunft von ADDFab

Ich bin immer wieder überrascht, wie wenig Studentenrekrutierung ich machen muss, wie viele Studenten mich alleine finden und ins Labor wollen. Sie alle haben großes Interesse an Additiven, wollen mitmachen und wissen, dass Additive die Zukunft der Fertigung sind. Unser Ziel ist es, den Studenten, dem Campus und der Community die erstaunlichen Dinge zu zeigen, die Sie mit 3D-Druck machen können. Natürlich macht es uns auch großen Spaß, großartige Teile für Menschen zu liefern, die Forschung voranzutreiben und Studenten dabei zu helfen, großartige Möglichkeiten in der additiven Industrie zu finden.

Für weitere Informationen erreichen Sie Dave unter [email protected] oder besuchen Sie umass.edu.ials/addfab