Additive Manufacturing in het onderwijs:UMass Amherst ADDFab

Dave Follette is het hoofd van de ADDFab-faciliteit (Advanced Digital Design and Fabrication Core Facility) bij UMass Amherst.

De additieve productie-industrie is de afgelopen tien jaar drastisch veranderd, en dat geldt ook voor additieven in het onderwijs. Nu worden studenten, inclusief mijn eigen kinderen, al op de basisschool blootgesteld aan 3D-printen. De meeste vroege onderwijsmogelijkheden verbinden studenten echter met printers van consumentenkwaliteit. Mijn doel is om de productiemogelijkheden van 3D-printen op industrieel niveau te delen met studenten, zodat ze kunnen leren hoe ze het in de echte wereld kunnen toepassen en de commerciële toepassingen van additief kunnen begrijpen.

Steeds meer bedrijven gebruiken additieven voor productie, en naarmate de rest van de wereld begint te begrijpen dat 3D-printers niet alleen voor speelgoed zijn, hebben we gewerkt aan het bouwen van een faciliteit die studenten praktische ervaring geeft met printers die hoogwaardige producten produceren. hoogwaardige, industriële onderdelen.

Ik run de Advanced Digital Design and Fabrication Core Facility (ADDFab) in de Life Science Labs van UMass Amherst. ADDFab is een volledig digitaal ontwerp- en additief fabricagelab met meerdere printers en printertechnologieën.

‍

De meeste printers bij ADDFab worden bediend door niet-gegradueerde studenten, of afgestudeerde studenten die onderzoek doen. De printers zijn allemaal gekocht met een subsidie ​​van het Gemenebest van Massachusetts' Life Sciences Council (MLSC). We zijn niet gebonden aan een specifieke printerfabrikant en we werken samen met een grote verscheidenheid aan bedrijven en organisaties zonder belangenverstrengeling, om aanvullende opleiding en technologie te bevorderen.

Gezien het brede potentieel van een laboratorium van hoogwaardige 3D-printers, proberen we onze inspanningen te concentreren op drie hoofdgebieden:

Ontwerp en print geweldige onderdelen

Onze meest voorkomende service is het ontwerpen en printen van onderdelen van industriële kwaliteit. We gebruiken een verscheidenheid aan 3D-printmaterialen, waaronder nylon-12, roestvrij staal, vezelversterkte polymeren en UV-uitgeharde gemengde materialen. Met zo'n grote verscheidenheid aan opties kunnen we aan bijna elke behoefte aan additive manufacturing op de campus en in de omgeving voldoen.

‍

Onze printerreeks omvat de Markforged Onyx One en Mark Two. Het was een eye-opener voor mij toen ik bij het lab kwam om vijf verschillende software-interfaces te gebruiken om met elk van de printers te werken. De webgebaseerde Eiger van Markforged is verreweg mijn favoriet. Het andere dat ik erg leuk vind aan onze Markforged-printers, is dat ze "opwarmen" en heel snel beginnen met afdrukken. Andere printers hebben ingewikkelde installatieprocedures, of uren om koppen op te warmen, volumes of trays op te bouwen. Dit maakt het een uitstekende printer voor snelle prototyping. Omdat het ook gemakkelijk te bedienen is, voel ik me op mijn gemak bij een breed scala aan studenten die de Markforged-printers alleen gebruiken - dus als ze om twee uur 's nachts aan een project willen werken, kunnen ze binnen enkele uren een prototype van een onderdeel om op mij te wachten.

Onderzoek in Additive Manufacturing

Het tweede aandachtsgebied bij ADDFab is fundamenteel onderzoek in additive manufacturing, dat over het algemeen in twee categorieën valt. De eerste richt zich op de materialen, meestal metalen, om te bepalen welke nieuwe legeringen het beste werken voor 3D-printen. Traditionele metaallegeringen zijn geoptimaliseerd voor andere productieprocessen, dus wat als u een legering zou optimaliseren voor additieve productieprocessen?

Het tweede onderzoeksgebied betreft het printen van nieuwe geometrieën. Roosters zijn een belangrijk aandachtspunt in dit onderzoek en er worden zoveel verschillende concepten overwogen. Onze bijdrage is om bedrijven te helpen begrijpen hoe ze de beschikbare printertechnologie kunnen gebruiken om de gewenste geometrie te krijgen. Dit werk is zowel een wetenschap als een kunst en omvat meestal het ontwikkelen van enkele trucs om de perfecte afdruk te krijgen.

Lesgeven

‍
De derde belangrijke focus van ADDFab is lesgeven. We ondersteunen niet-gegradueerde en afgestudeerde lessen over additieve fabricage en laten studenten zien hoe ze deze machines kunnen gebruiken. Als ingenieur denk ik dat het essentieel is om het productieproces te begrijpen wanneer je onderdelen ontwerpt, en ik wil studenten helpen de mogelijkheden (en beperkingen) van commerciële hulpmiddelen voor additieve productie te begrijpen.

We leiden ook hands-on workshops voor een industrieel publiek en bieden praktische ervaring in het gebruik van deze high-end printers. We hebben vaak studenten die uitgebreid helpen met delen van de lessen, wat de mogelijkheid biedt om contacten te leggen met leden van de branche. Een groot deel van ADDFab-alumni heeft hun ervaring benut en is gaan werken in de additievenindustrie.

Recente ADDFab-projecten

De steun van ADDFab aan lokale bedrijven ging door tijdens de COVID-19-pandemie. Onlangs hebben we samengewerkt met het Open Source Respirator-project om een ​​gasmasker te ontwikkelen dat massaal kan worden geproduceerd en hergebruikt om te helpen bij de COVID-19-pandemie. We hielpen bij het maken van prototypes van vormholten, gezichtsmodellen en verschillende componenten voor deze ademhalingstoestellen. In dit project hebben studentmedewerkers alle printers aangestuurd en de 3D-geprinte onderdelen geleverd.

‍

Aan de academische kant kregen we onlangs de opdracht om niet-elektronische sensoren te maken voor een onderzoeksproject op het gebied van informatica. Toen de thuisblijvers van kracht werden, kon ik een Markforged Onyx One en een Makerbot mee naar huis nemen om mijn tijd op de campus te verkorten. De combinatie van de twee werkte prima. Het Markforged Onyx-materiaal was uitstekend, maar niet veerkrachtig genoeg voor de haarveren die we nodig hadden, waar het PLA precies de juiste stijfheid had. Ik gaf de voorkeur aan de Markforged vanwege de algemene kwaliteit en afwerking van de onderdelen, maar had het project niet kunnen voltooien zonder beide printers.

De toekomst van ADDFab

Ik sta er altijd versteld van hoe weinig studenten ik moet rekruteren, hoeveel studenten me alleen vinden en zich bij het lab willen aansluiten. Ze zijn allemaal erg geïnteresseerd in additieven, willen erbij betrokken zijn en ze weten dat additieven de toekomst van de maakindustrie zijn. Ons doel is om de studenten, de campus en de gemeenschap de geweldige dingen te laten zien die je kunt doen met 3D-printen. Natuurlijk vinden we het ook erg leuk om geweldige onderdelen voor mensen te leveren, onderzoek te bevorderen en studenten te helpen geweldige kansen te vinden in de additievenindustrie.

Voor meer info kun je Dave bereiken op [email protected] of ga naar umass.edu.ials/addfab