Old Dominion University gebruikt Ultimaker 3D-printers om een nieuw niveau van innovatie en zelfvertrouwen te realiseren voor engineeringstudenten.
Toen engineeringstudent Aric Veatch in 2017 ging helpen bij het nieuwe Engineering Makerspace and Invention Center (EMIC) van de universiteit, was hij geïntrigeerd door de 3D-printers van Ultimaker. "De langetermijn operationele gegevens van de Ultimaker-systemen waren veel beter dan die van de naaste concurrent en de aanschafkosten waren uitzonderlijk", zegt Veatch. "Het eerste wat ik wilde doen was kijken of ze aan al onze verwachtingen voldeden."
In 2017 had de dean van het Frank Batten College of Engineering & Technology aan de Old Dominion University in Norfolk, Virginia, een visioen. Hij wilde een geavanceerde makerspace creëren die het eigendom was van en beheerd werd door de studenten zelf. Dit leidde tot de stichting van het Engineering Makerspace and Invention Center (kosten: 1,5 miljoen dollar), waar elke student nieuwe ontwerpideeën kan uitproberen. Het centrum biedt een hele reeks hulpmiddelen, waaronder het ontwikkelen en testen van CAD-software, elektronicaproductie, de bewerking van metaal, hout en composietmaterialen, lassen, afwerking en 3D-printen.
"Het centrum is gebouwd om engineers op te leveren die kritisch denken, leiding kunnen geven en problemen kunnen oplossen", zegt Rafael E. Landaeta, Ph.D, Associate Engineering Makerspace and decaan Invention aan het Frank Batten College of Engineering & Technology. "Ons doel is om student-ingenieurs middels inzetbare vaardigheden de voorsprong te geven die ze nodig hebben om succes te hebben op de markt."
In het ODU Engineering Makerspace and Invention Center
De Ultimaker 3D-printer aan het werk
De bedoeling van de 3D-printers was snel prototypen te maken, zodat de studenten afgewerkte onderdelen konden produceren in de belendende werkruimte, waar zich een hele reeks traditionele productietools bevindt. Maar volgens Veatch is de kwaliteit van de 3D-printers en materialen zo goed, dat van de meeste ontwerpen inmiddels niet alleen de prototypen, maar ook de eindproducten worden geprint in de makerspace.
"We wilden een reeks verschillende printers aanschaffen, maar we hebben scherp gelet op de reputatie van de fabrikant, de langdurige, betrouwbare service en de gebruiksvriendelijkheid van de producten", zegt Orlando Ayala, directeur van EMIC. "Ultimaker voldeed overduidelijk aan alle criteria."
Een evolutie in leren
Het EMIC is ontwikkeld om het bedenken van dergelijke ideeën en het maken van prototypen mogelijk te maken. Veel studenten hebben die kans aangegrepen. De drie Ultimaker 3D-printers, twee S3-printers en één S5-desktopprinter, maakten al snel deel uit van de syllabus van de engineeringafdeling. Veatch werd benoemd tot Student Operations Manager als onderdeel van zijn afstudeertraject. Het was zijn taak om de 3D-printers en andere engineeringsystemen in het EMIC te bedienen.
"Het gebruik van de 3D-printers nam snel toe", zegt hij. "In November 2019 waren alle printers constant in gebruik en bestelden we een extra Ultimaker S3 om aan de vraag te kunnen voldoen."
De Ultimaker-systemen maken gebruik van Fused Filament Fabrication-technologie (FFF) en zijn zo compact dat ze gemakkelijk op een bureau passen, terwijl ze niettemin objecten afleveren van een behoorlijke omvang: de S3 tot 230 x 190 x 200 mm met dubbele materiaalfusie en de S5 tot 330 x 240 x 300 mm – beide met laagdikten tot slechts 20 micron.
Dankzij deze specificaties kunnen de studenten groot denken. De ideeën en de onderdelen die werden gemaakt, bereikten al snel het punt waarop studenten niet alleen onderdelen ontwierpen en produceerden in het kader van hun studie, maar ook experimenteerden met onderdelen voor andere engineeringuitdagingen en deze ook produceerden.
De onderdelen variëren van fidget spinners en maskers voor fictieve personages tot moeilijk te vinden onderdelen voor voertuigen.
Testprints omvatten een 4-taktmotor geprint in wit PLA, een tensegrity-tafel (geel ABS), een spiraalvormige putafsluiter (wit en blauw ABS) en een scharnierende hand (grijs PLA)
Ultimaker levert zijn klanten ook meer dan 150 materialen. De engineeringstudenten concentreerden zich al snel op hun favorieten.
"De materialen die Ultimaker levert, vooral TPU en PLA, zijn heel geschikt voor de levering van onderdelen voor eindgebruik in bepaalde engineeringscenario's, bijvoorbeeld hulzen voor een versnellingspook", zegt Veatch. "De toepassingen waarvoor studenten gebruikmaken van 3D-printen hebben zich verbluffend snel ontwikkeld. Ze gaan razendsnel van de basis naar zeer geavanceerde projecten."
Uiteindelijk, zegt hij, groeit dankzij 3D-printen een hele generatie ingenieurs op die ruimtelijk denkt en zich sneller ontwikkelt.
"Dankzij de ervaringen met Ultimaker in de makerspace hebben onze engineeringstudenten onze verwachtingen ruimschoots overtroffen", aldus Dr. Landaeta. "We zijn enorm onder de indruk van de kwaliteit van hun werk."
Bedieningsgemak
Veatch noemt de volgende voordelen van productie met Ultimaker-platforms: gebruiksgemak, eenvoudig onderhoud, hoogwaardige materialen, uitgebreide software en lage eigendomskosten.
"Toen ik de 3D-printer eenmaal had uitgepakt, had ik hem in een half uurtje klaar voor gebruik", zegt Veatch. "Omdat je eindeloos van print cores kunt wisselen, kun je gemakkelijk met één printer werken, terwijl je een andere repareert."
Hij roemt de hoogwaardige materialen die bij de Ultimaker worden geleverd, inclusief PLA en TPU, maar ook de vrijheid om zonder beperkingen materialen van andere herkomst te gebruiken.
Alle Ultimaker-systemen worden geleverd met de Cura-software: een gratis, hoogwaardige softwareoplossing voor het voorbereiden van een 3D-print. Het is compatibel met alle belangrijke CAD-bestandsformaten en het is open source, zodat het voor iedereen beschikbaar is.
"De Cura-software is fantastisch voor printvoorbereiding", zegt hij. "Je kunt ook printgegevens direct wijzigen tijdens het printen, wat handig is om een probleem op te lossen zonder weer helemaal opnieuw te beginnen met een build."
Engineering in een virtuele klas
Dat studenten en docenten van onderwijsinstellingen in het hele land thuis moesten blijven, heeft veel lessen verstoord. Dr. Landaeta en Dr. Ayala hebben dit echter opgevat als een snelle en onverwachte pilotstudie in het geven van technisch onderwijs in een virtuele omgeving.
"Virtuele engineeringprocessen zijn met succes geïmplementeerd in veel commerciële organisaties", zegt Dr. Landaeta. "Maar daarvoor waren wel investeringen in tijd en technologie nodig. De laatste drie maanden is een proces waarvan we dachten dat jaren zou duren, plotseling het nieuwe normaal in engineering geworden."
Dr. Landaeta wijst erop dat een groot deel van engineering handwerk is voor de productie van onderdelen en producten. Dit betekent dat de ontwerpfase weliswaar in een virtuele ruimte kan plaatsvinden, maar er voor het maken van prototypen, de test- en productiefasen en het onderhoud nog steeds een uitgebreid team nodig is dat in een fysieke omgeving werkt. 3D-printen kan er echter aan bijdragen om deze beperkingen te overwinnen.
Voor het komende Summer Bridge-programma, dat het engineeringprogramma van de universiteit introduceert bij afstuderende middelbare scholieren, waren 3D-geprinte onderdelen een kostenbesparende optie om de opleiding voort te zetten in een virtuele omgeving. Het team heeft complete transmissiemodellen tegen lage kosten 3D-geprint en geleverd aan de studenten, zodat ze hun programma in een virtuele omgeving kunnen voortzetten.
"Low-fidelity 3D-printtechnologieën zijn betaalbaar genoeg om thuis toe te passen", zegt Landaeta. "Er gaat niets boven het fysiek aanraken, vasthouden en verplaatsen van een prototype, het in perspectief plaatsen van een prototype ten opzichte van andere objecten, het fysiek voelen van het oppervlak."
Om de theorie te bewijzen, werden de 3D-printers naar het huis van Veatch gebracht bij het begin van de lockdown. De printers bleken daar dankzij hun geringe footprint op het bureau gemakkelijk te hanteren.
"De 3D-printers waren gemakkelijk en snel te verplaatsen", zegt Veatch. "Het is veel moeilijker om de grotere traditionele machines te verplaatsen. Bovendien vragen die veel meer ruimte. De Ultimakers zijn klein en schoon genoeg om in mijn huis te gebruiken."
3D-ontwerpgegevens werden verstuurd naar Veatch via het intranet van de universiteit, de onderdelen werden geprint en vervolgens weer naar de studenten verzonden voor analyse en tests.
"Het Batten College of Engineering & Technology is van plan om dit 'nieuwe normaal' in engineeringonderwijs te ondersteunen. We moeten onze studenten nu leren hoe ze succesvolle engineers kunnen zijn in virtuele engineeringomgevingen", zegt Dr. Landaeta. "3D-printtechnologieën spelen een hoofdrol bij deze inspanningen, die studenten de mogelijkheid bieden om prototypen te maken en te testen vanuit de campus of vanuit hun huis."
Het EMIC plant nu om de hoeveelheid beschikbare 3D-printers verder uit te breiden. Ze hopen er in de toekomst zo'n 12 tot 20 in gebruik te kunnen nemen. Ze zijn ook van plan de toepassing van 3D-printen te ondersteunen met de Ultimaker Digital Factory-software voor het beheer van het groeiende 3D-printerpark.
"We zijn erg blij met de 3D-printers van Ultimaker. De studenten hebben zonder problemen aan fantastische projecten kunnen werken", zegt Dr. Ayala. "We plannen om meer Ultimaker 3D-printers te kopen in de toekomst."
