Fabricación aditiva en la educación:UMass Amherst ADDFab

Dave Follette es el director de la instalación ADDFab (Centro de fabricación y diseño digital avanzado) en UMass Amherst.

La industria de fabricación aditiva ha cambiado drásticamente en la última década, al igual que la educación aditiva. Ahora, los estudiantes, incluidos mis propios hijos, están expuestos a la impresión 3D desde la escuela primaria. Sin embargo, la mayoría de las oportunidades educativas tempranas conectan a los estudiantes con impresoras de nivel de consumidor. Mi objetivo es compartir las capacidades de fabricación a nivel industrial de la impresión 3D con los estudiantes para que aprendan a aplicarla en el mundo real y comprendan las aplicaciones comerciales de los aditivos.

Cada vez más empresas utilizan aditivos para la producción y, a medida que el resto del mundo comienza a comprender que las impresoras 3D no son solo para juguetes, hemos trabajado en la construcción de una instalación que brinde a los estudiantes experiencia práctica con impresoras que producen alta piezas de calidad industrial.

Dirijo las instalaciones básicas de fabricación y diseño digital avanzado (ADDFab) en los laboratorios de ciencias biológicas de UMass Amherst. ADDFab es un laboratorio de fabricación aditiva y diseño completamente digital con múltiples impresoras y tecnologías de impresión.

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La mayoría de las impresoras en ADDFab son operadas por personal de estudiantes de pregrado o estudiantes de posgrado que realizan investigaciones. Todas las impresoras se compraron con una subvención del Consejo de Ciencias de la Vida de la Commonwealth de Massachusetts (MLSC). No estamos vinculados a ningún fabricante de impresoras específico y trabajamos con una amplia variedad de empresas y organizaciones sin conflicto de intereses, para promover la educación y la tecnología adicionales.

Dado el amplio potencial que ofrece un laboratorio de impresoras 3D de alta gama, intentamos centrar nuestros esfuerzos en tres áreas principales:

Diseñe e imprima piezas excelentes

Nuestro servicio más común es diseñar e imprimir piezas de grado industrial. Utilizamos una variedad de materiales de impresión 3D, que incluyen nailon-12, aceros inoxidables, polímeros reforzados con fibra y materiales mezclados curados con UV. Con una variedad tan amplia de opciones, podemos satisfacer casi todas las necesidades de fabricación aditiva en el campus y en el área local.

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Nuestra línea de impresoras incluye Markforged Onyx One y Mark Two. Me abrió los ojos cuando me uní al laboratorio para usar cinco interfaces de software diferentes para trabajar con cada una de las impresoras. El Eiger basado en web de Markforged es, con mucho, mi favorito. La otra cosa que realmente me gusta de nuestras impresoras Markforged es que se "calientan" y comienzan a imprimir muy rápido. Otras impresoras tienen procedimientos de configuración complicados, u horas para calentar cabezales, o construir volúmenes o bandejas. Esto la convierte en una excelente impresora para la creación rápida de prototipos. Debido a que también es fácil de operar, me siento cómodo con una amplia gama de estudiantes que utilizan las impresoras Markforged por su cuenta, por lo que si quieren trabajar en un proyecto a las dos de la mañana, pueden crear un prototipo de una pieza en horas y no necesitar esperarme.

Investigación en fabricación aditiva

La segunda área de enfoque en ADDFab es la investigación básica en fabricación aditiva, que generalmente se divide en dos categorías. El primero se centra en los materiales, generalmente metales, para determinar qué nuevas aleaciones podrían funcionar mejor para la impresión 3D. Las aleaciones de metales tradicionales se optimizaron para otros procesos de fabricación, entonces, ¿qué pasaría si optimizara una aleación para los procesos de fabricación aditiva?

La segunda área de investigación consiste en imprimir geometrías novedosas. Las celosías son un enfoque importante en esta investigación y se están considerando muchos conceptos diferentes. Nuestra contribución es ayudar a las empresas a comprender cómo utilizar la tecnología de impresión disponible para obtener la geometría que desean. Este trabajo es tanto una ciencia como un arte y generalmente implica desarrollar algunos trucos para obtener la impresión perfecta.

Enseñanza

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El tercer enfoque principal de ADDFab es la enseñanza. Apoyamos las clases de pregrado y posgrado sobre fabricación aditiva y mostramos a los estudiantes cómo usar estas máquinas. Como ingeniero, creo que es esencial comprender el proceso de fabricación al diseñar piezas y quiero ayudar a los estudiantes a comprender las capacidades (y limitaciones) de las herramientas comerciales de fabricación aditiva.

También dirigimos talleres prácticos para una audiencia de la industria, brindando experiencia práctica en el uso de estas impresoras de alta gama. A menudo, los estudiantes ayudan ampliamente con partes de las clases, brindando oportunidades para establecer conexiones con miembros de la industria. Una gran fracción de los alumnos de ADDFab han aprovechado su experiencia y han trabajado en la industria de los aditivos.

Proyectos recientes de ADDFab

El apoyo de ADDFab a las empresas locales continuó durante la pandemia de COVID-19. Recientemente, trabajamos con el proyecto Open Source Respirator para desarrollar un respirador que se pueda producir en masa y reutilizar para ayudar con la pandemia de COVID-19. Ayudamos a crear prototipos de cavidades de moldes, modelos faciales y varios componentes para estos respiradores. En este proyecto, el personal estudiantil ejecutó todas las impresoras y entregó las piezas impresas en 3D.

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En el aspecto académico, recientemente se nos encomendó la tarea de crear sensores no electrónicos para un proyecto de investigación en ciencias de la computación. Cuando entraron en vigor las órdenes de quedarse en casa, pude llevarme a casa un Markforged Onyx One y un Makerbot para reducir mi tiempo en el campus. La combinación de los dos funcionó muy bien. El material Markforged Onyx era excelente, pero no lo suficientemente elástico para las espirales que necesitábamos, donde el PLA tenía la rigidez justa. Preferí Markforged por la calidad general y el acabado de las piezas, pero no podría haber completado el proyecto sin ambas impresoras.

El futuro de ADDFab

Siempre me sorprende, dado el escaso reclutamiento de estudiantes que tengo que hacer, la cantidad de estudiantes que me encuentran por su cuenta y quieren unirse al laboratorio. Todos están realmente interesados ​​en los aditivos, quieren participar y saben que los aditivos son el futuro de la fabricación. Nuestro objetivo es mostrar a los estudiantes, el campus y la comunidad las cosas increíbles que puede hacer con la impresión 3D. Por supuesto, también disfrutamos mucho entregando piezas excelentes para las personas, avanzando en la investigación y ayudando a los estudiantes a encontrar grandes oportunidades en la industria de la aditivación.

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Para obtener más información, puede comunicarse con Dave en [email protected] o visitar umass.edu.ials / addfab

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