Das ODU Engineering Makerspace-Team

Old Dominion University

Ein Makerspace für Studenten, der die Erwartungen übertrifft

Schulung

Die Old Dominion University nutzt Ultimaker 3D-Drucker, um den Ingenieuren ein neues Maß an Innovation und Selbstvertrauen zu bieten.

Als Ingenieurstudent Aric Veatch 2017 mit der Unterstützung des neuen Engineering Makerspace and Invention Center (EMIC) der Universität begann, war er sogleich von den Ultimaker 3D-Druckern des Zentrums fasziniert. „Die langfristigen und operativen Daten auf den Ultimaker-Systemen waren weit besser als der nächstbeste Konkurrent, und die Anschaffungskosten waren außergewöhnlich“, sagte Veatch. „Ich wollte sogleich herausfinden, ob sie die in sie gesetzten Erwartungen erfüllen.“

Im Jahr 2017 hatte der Dekan des Frank Batten College of Engineering & Technology an der Old Dominion University in Norfolk, Virginia, die Vision, ein modernes Lern- und Arbeitsumfeld namens „Makerspace“ zu schaffen, das sich im Besitz von Studenten befindet und von ihnen betrieben wird. Im Ergebnis wurde das 1,5 Millionen Dollar teure Engineering Makerspace and Invention Center gegründet, das jedem Studenten die Möglichkeit bietet, neue Designideen auszuprobieren. Das Zentrum bietet eine Reihe von Ressourcen, darunter CAD-Design und ‑Tests, Elektronikproduktion, Metall-, Holz- und Verbundstoffbearbeitung, Schweißen, Endbearbeitung und 3D-Druck.

„Das Zentrum wurde mit der Mission gebaut, Ingenieure als kritische Denker, Führungskräfte und Problemlöser auszubilden“, sagte Rafael E. Landaeta, Ph.D., Associate Engineering Makerspace und Dekan für Erfindungen am Frank Batten College of Engineering & Technology. „Unser Ziel ist es, studentischen Ingenieuren den nötigen Vorsprung zu verschaffen und sie für den Markt zu qualifizieren.“

Verwenden von Ultimaker 3D-Druckern im Makerspace
Das Innere des ODU Engineering Makerspace und Invention Center
Ultimaker 3D-Druckteile für Studentenprojekt
Der Ultimaker 3D-Drucker im Einsatz

Mit den 3D-Druckern wollte man erreichen, dass die Studenten Zugang zu schnellen Prototyping-Werkzeugen erhalten, sodass sie im angeschlossenen Arbeitsbereich mit einer Reihe von herkömmlichen Fertigungswerkzeugen fertige Teile erstellen können. Laut Veatch war die Qualität der 3D-Drucker und der Materialien jedoch so hoch, dass die meisten Entwürfe im Makerspace nicht nur als Prototypen hergestellt werden, sondern als 3D-gedruckte Endnutzungsteile.

„Wir wollten eine Vielzahl von verschiedenen Druckern haben, aber wir haben sehr auf den Ruf des Herstellers geachtet, auf die langjährige Zuverlässigkeit seines Kundendienstes und auf die einfache Bedienung der Produkte“, sagt Dr. Orlando Ayala, der Direktor des EMIC. „Unbestreitbar hat Ultimaker alle Kriterien erfüllt.“

Eine Evolution des Lernens

Das EMIC wurde konzipiert, um die Ideenfindung und das Prototyping dieser Ideen zu ermöglichen, und es gab eine Menge Studenten, die diese Gelegenheit gerne nutzten. Die beiden Ultimaker S3 und ein S5 Desktop-3D-Drucker wurden schnell Teil des Lehrplans der Ingenieurabteilung. Veatch wurde im Rahmen seiner Abschlussstudien zum Betrieb der 3D-Drucker sowie anderer Ingenieursysteme im EMIC zum Betriebsleiter für die Belange der Studenten ernannt.

„Die Nutzung der 3D-Drucker stieg schnell an“, sagte er. „Im November 2019 waren alle Drucker im Dauereinsatz und wir haben einen weiteren Ultimaker S3 bestellt, um die Nachfrage zu decken.“

Die Ultimaker-Systeme nutzen die FFF-Technologie (Fused Filament Fabrication) und sind kompakt genug, um auf einen Schreibtisch zu passen, während sie gleichzeitig großzügige Baugrößen bieten: Der S3 hat eine Baugröße von bis zu 230 x 190 x 200 mm, und der S5 kann bis zu 330 x 240 x 300 mm drucken – beide mit dualer Materialextrusion und Schichtstärken von nur 20 Mikrometern.

Diese technischen Daten ermöglichen es den Studenten, groß zu denken. Die entstandenen Ideen und Teile entwickelten sich schnell bis zu einem Punkt, an dem die Studenten nicht nur Teile für Kursarbeiten entwarfen und produzierten, sondern auch mit Teilen für andere technische Herausforderungen experimentierten und diese produzierten.

Die produzierten Teile reichen vom Fidget Spinner und Theatermasken bis hin zu schwer zu beschaffenden Teilen für Fahrzeuge oder andere Fortbewegungsmittel.

3D-gedruckte Teile aus dem ODU-Makerspace
Testdrucke, darunter ein 4-Takt-Motor, gedruckt in weißem PLA, ein Tensegrity-Tisch (gelbes ABS), ein spiralförmiger Weihnachtsbaum (weißes und blaues ABS) und eine gelenkige Hand (graues PLA)

Ultimaker bietet auch mehr als 150 Materialien für seine Kunden an, und die Ingenieurstudenten haben sich schnell auf ihre Favoriten konzentriert.

„Die von Ultimaker bereitgestellten Materialien, insbesondere TPU und PLA, machen es möglich, Endnutzungsteile für bestimmte Entwicklungsszenarien zu liefern, wie z. B. Lagerbuchsen für eine Gangschaltung“, sagte Veatch. „Es war erstaunlich zu beobachten, wie die Studenten immer mehr erkannten, was mit 3D-Druck möglich ist, und sie gingen sehr schnell von einfachen zu sehr fortschrittlichen Projekten über.“

Letztendlich, so sagt er, bringt der 3D-Druck eine Generation von besseren Ingenieuren hervor, die im 3D-Raum denken und sich schneller weiterentwickeln.

„Die Erfahrung des Makerspace mit Ultimaker hat bewirkt, dass unsere studierenden Ingenieure die Erwartungen an das, was erreicht werden könnte, vollständig übertroffen haben“, sagte Dr. Landaeta. „Wir waren von der Arbeit der Studenten völlig überwältigt.“

Leichte Bedienbarkeit

Veatch nannte folgende Vorteile bei der Produktion mit den Ultimaker-Plattformen: einfache Bedienung, einfache Wartung, hochwertige Materialien, umfassende Software und niedrige Betriebskosten.

„Nachdem ich den 3D-Drucker ausgepackt hatte, dauerte es gerade einmal eine halbe Stunde, bis er einsatzbereit war“, so Veatch. „Da man die Print Cores leicht austauschen kann, ist es ganz einfach, einen Drucker in Betrieb zu haben, während man einen anderen repariert.“

Er verweist auch auf die hochwertigen Materialien, die mit dem Ultimaker geliefert werden, einschließlich der PLA- und TPU-Materialien, und darauf, dass Filamente aus anderen Quellen ohne Einschränkungen erhältlich und einsetzbar sind.

Alle Ultimaker-Systeme werden mit der Cura-Software geliefert – einer kostenlosen, leistungsstarken Softwarelösung zur Vorbereitung des 3D-Drucks. Sie arbeitet mit allen gängigen CAD-Dateiformaten und ist Open Source, so dass sie für alle verfügbar ist.

„Die Cura-Software ist einfach großartig für die Druckvorbereitung“, sagte er. „Sie können auch während eines Drucks Änderungen an den Druckdaten vornehmen, was großartig ist, um ein Problem zu beheben, ohne den Build komplett neu starten zu müssen.“

Engineering in einer virtuellen Klasse

Die Lockdown-Anordnungen für Studenten und Lehrkräfte an Bildungseinrichtungen im ganzen Land haben viele Klassen stark beeinträchtigt. Dr. Landaeta und Dr. Ayala haben es jedoch direkt als Aufgabe aufgefasst und schnell und spontan eine Pilotstudie durchgeführt, wie das Engineering in einem virtuellen Umfeld erlernbar gemacht werden kann.

„Virtuelle Engineering-Prozesse wurden in allen kommerziellen Organisationen erfolgreich implementiert“, sagte Dr. Landaeta. „Dies hat jedoch eine hohe Investition in Zeit und Technologien erfordert. In den letzten drei Monaten wurden Vorgänge beim Engineering beschleunigt, von denen wir glaubten, dass sie Jahre dauern würden, bis sie normal werden würden."

Dr. Landaeta weist darauf hin, dass ein großer Teil des Ingenieurwesens praktische Arbeit für die Herstellung von Teilen und Produkten erfordert. Das bedeutet, dass das 3D-Design zwar leicht in einem virtuellen Raum durchgeführt werden kann, die Phasen der Prototypenerstellung, des Testens, der Produktion und der Wartung aber immer noch ein erweitertes Team in einem physischen Raum benötigen. Der 3D-Druck hilft jedoch, einige dieser Einschränkungen zu überwinden.

ODU Makerspace Logo als 3D-Druck

For the upcoming Summer Bridge program, which introduces graduating high school students to the university’s engineering program, 3D printed parts became a cost-effective option to continue the class in a virtual environment. The team has cost-effectively 3D printed and delivered entire transmission models to the students so they can continue the program in a virtual setting.

“Low-fidelity 3D printing technologies are affordable enough to have them at home,” said Landaeta. “Nothing replaces touching and holding a prototype, moving it, placing it in perspective against other objects, and feeling its surface.”

To help prove the theory, the 3D printers were taken to Veatch’s home when the lockdown started, where the small desktop footprint remained easy to handle.

“Moving the 3D printers around is fast and easy,” said Veatch. “It is less easy to move the bigger traditional manufacturing machines plus you have to have space for them. The Ultimakers are clean and small enough to be used in my house.”

3D design data is sent to Veatch across the university’s intranet, the parts are printed, and then shipped back to the student for analysis and testing.

“The Batten College of Engineering & Technology plans to support the education of this new engineering normal. We now need to teach our students how to be successful engineers in virtual engineering environments,” said Dr. Landaeta. “3D printing technologies are at the forefront of these efforts, allowing students to prototype from campus or from home.”

The EMIC is now planning to further expand the amount of 3D printers available, hoping to operate between 12 to 20 in the future. They are also looking to expand the operation of the 3D printing with the Ultimaker Digital Factory software to help manage the 3D printer fleet as it grows.

“We are very happy with the Ultimaker 3D printers. The students have been able to work on amazing projects with ease,” said Dr Ayala. “We are planning on buying more Ultimaker 3D printers in the future.”

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