詳細な読み物 | 大学学生 3D プリンティングイノベーションセンターでクラスター管理を実現する方法

出典: Ultimaker

オールドドミニオン大学は、工学部の学生のイノベーション能力を向上させ、自信を高めるために、Ultimaker 3D プリンターを導入しました。工学部の学生、アリック・ヴィーチさんは、2017年から同校のエンジニアリング・メーカースペース・アンド・インベンター・センター（EMIC）で手伝いをしています。彼はセンターの Ultimaker 3D プリンターに非常に興味を持っています。「Ultimaker システムの長期データと運用データは競合製品よりもはるかに優れており、購入コストも比較的リーズナブルです」と Veatch 氏は言う。「最大の懸念は、ユーザーの期待に応えられるかどうかです。」

△オールドドミニオン大学エンジニアリングメーカースペース＆発明センター

2017年、バージニア州ノーフォークにあるオールドドミニオン大学工学技術学部の学部長は、学生が所有し運営する最先端のメーカースペースの創設に着手しました。こうして、150万ドルのエンジニアリングメーカースペースと発明センターが設立されました。学生に新しいデザインのアイデアを試すためのリソースを提供します。センターでは、CAD 設計とテスト、電子機器製造、金属、木材、複合材の加工、溶接、仕上げ、3D 印刷などのリソースを提供しています。

「私たちは、エンジニアの批判的思考力、リーダーシップ、問題解決能力を養うためにこのセンターを設立しました」と、工学技術学部のエンジニアリングメーカースペースおよび発明センターの副所長であるラファエル E. ランダエタ博士は述べています。「私たちの目標は、エンジニアリング専攻の学生に就職市場で必要となるスキルを身につけさせることです。」

△稼働中のUltimaker 3Dプリンター

エンジニアリングメーカースペースと発明センターには 3D プリンターが装備されており、学生はラピッドプロトタイピングツールにアクセスして、追加のワークスペースで従来の製造ツールを使って完成部品を作成できます。また、Veatchによれば、3Dプリンターと材料の優れた印刷効果により、設計試作のほとんどをメーカースペースで行うだけでなく、端末部品の製造にも3Dプリンターを使用しているとのこと。

「私たちはさまざまなモデルのプリンターに対応できることを楽しみにしていますが、機器メーカーの評判、提供されるサービスの長期的な信頼性、機器の安定性と使いやすさも重視しています」と、エンジニアリングメーカースペースおよび発明センターのオーランドアヤラ博士は述べています。「Ultimaker が当社のすべての基準を満たしていることは否定できません。」

学習の進化<br /> エンジニアリングメーカースペースと発明センターの設立は、アイデアを現実のものにし、アイデアのプロトタイプを作成することを目的としています。多くの学生がこの貴重な機会をつかみたいと考えています。すぐに、2 台の Ultimaker S3 と 1 台の Ultimaker S5 デスクトップ 3D プリンターがエンジニアリング部門のカリキュラムの一部になりました。 Veatch 氏は大学院研究課題の一環として学生オペレーションマネージャーに任命され、EMIC の 3D プリンターやその他のエンジニアリングシステムの操作を担当しています。

「3Dプリンターの使用頻度が急速に増加しました」と彼は言います。「2019年11月までに、すべてのプリンターが継続的に動作するようになり、学生の需要に応えるためにもう1台のUltimaker S3を注文しました。」

Ultimaker は、熱溶解積層法 (FFF) 技術を使用しており、デスクトップに置けるほど小型でありながら、大きなオブジェクトの構築にも対応できます。 Ultimaker S3 は最大 230 x 190 x 200 mm のデュアル押し出し造形体積を提供し、一方 Ultimaker S5 は最大 330 x 240 x 300 mm の造形サイズのオブジェクトを 20 ミクロンまでの最大精度で実現できます。

これらの仕様は、学生の大胆な想像力を満足させるのに十分です。学生の創造性とデザインは、コースの設計要件と部品製造のニーズを満たすだけでなく、他のエンジニアリング部品を製造するための実験や挑戦にもすぐに最適化されます。

生徒たちが作った部品は、ハンドスピナーや架空のキャラクターのマスクから、入手困難な乗り物のアクセサリーまで多岐にわたりました。

△ テストプリントには、白い PLA で印刷された 4 ストロークエンジン、テンセグリティテーブル (黄色の ABS で印刷)、スパイラルクリスマスツリー (白と青の ABS で印刷)、およびロボット (灰色の PLA で印刷) が含まれます。

Ultimaker は顧客に 150 種類以上の材料を提供しており、工学部の学生は必要な材料をすぐに特定できます。

「Ultimaker が提供する素材、特に TPU と PLA は、ギアシフトのブッシングなど、特定のエンジニアリングシナリオの最終用途部品を作成するのに最適です」と Veatch 氏は言います。「学生の 3D プリントのアイデアが、基本的なプロジェクトから非常に高度なプロジェクトまで、驚くほど急速に進化しています。」最終的には、3D プリントによって、新世代の優れたエンジニアが 3D で考え、はるかに速いペースで作業できるようになると彼は言います。

「Ultimaker Makerspace での経験は、私たちの工学部の学生が私たちの予想以上の能力を持っていることを示しました」と Landaeta 博士は述べています。「私たちは学生たちの作品に完全に圧倒されました。」

操作が簡単
Veatch 氏は、Ultimaker プラットフォームを使用する利点として、使いやすさ、メンテナンスのしやすさ、高品質の材料、フル機能のソフトウェア、低コストなどがあると考えています。

「3Dプリンターを箱から出して、わずか30分で稼働させることができました」とVeatch氏は語った。「プリントヘッドは簡単に交換できるので、1台のプリンターを修理している間に、別のデバイスに素早く簡単に切り替えることができます。」

また、Ultimaker は PLA や TPU 材料などの高品質の材料を提供するだけでなく、サードパーティの材料の使用もサポートしていると述べました。

すべての Ultimaker システムには、無料の高性能 3D プリントスライシングソフトウェアソリューションである Ultimaker Cura ソフトウェアが付属しています。すべての主要な CAD ファイル形式をサポートしており、オープンソースなので誰でも使用できます。

「Ultimaker Cura は印刷の準備に最適です」と彼は言います。「また、印刷中に印刷データを動的に変更できるため、印刷を完全にやり直さなくても問題を修正できます。」

バーチャルエンジニアリング教室<br /> 在宅授業は全国の教師と生徒のカリキュラムに混乱をきたしている。ランダエタ博士とアヤラ博士は、これを仮想環境でエンジニアリング研究を実施する方法についての研究を迅速に試行する機会だと捉えました。

「仮想エンジニアリングプロセスは商業組織でうまく実装されています」と Landaeta 博士は述べています。「しかし、このプロセスには多くの時間と技術的投資が必要です。過去 3 か月は、正常化に何年もかかると考えられていたプロセスを加速させたにすぎません。」ランダエタ博士は、ほとんどのエンジニアリングプロジェクトでは部品や製品の製造に手作業が必要であると指摘しました。つまり、設計作業は仮想空間で簡単に実行できますが、試作、テスト、製造、保守には依然として物理空間でチームによる作業が必要です。ただし、3D プリントはこれらの制限の一部を克服するのに役立ちます。

大学が高校卒業生向けに提供する夏期の橋梁工学プログラムでは、3D プリントされた部品が、仮想環境で授業を継続するための費用対効果の高い選択肢となっています。チームは 3D プリント技術を使用して、すべてのトランスミッションモデルを最もコスト効率の高い方法で作成し、学生に配布して、仮想環境でプロジェクトを完了し続けることができるようにしました。

「FDM 3Dプリント技術は低コストで、家庭でも使用できます」とランダエタ氏は語った。「プロトタイプを手で持ち、動かし、他の物体の横に置いて、その表面を感じるという触感に代わるものはありません。」

この理論を証明するために、Veatch 氏はロックダウンの初めに 3D プリンターを自宅に持ち帰りました。このプリンターはデスクのスペースをほとんどとらず、自宅で簡単に操作できます。

「3Dプリンターの移動は迅速かつ簡単です」とVeatch氏は言う。「従来の大型製造機械の移動は難しく、十分なスペースが必要です。Ultimakerは環境に優しくコンパクトなので、自宅でも使用できます。」

学生は大学のイントラネット経由で 3D 設計データを Veatch に送信し、Veatch は部品を印刷して分析とテストのために学生に送り返します。

「バートン工科大学のプログラムは、エンジニアリング教育のこの新しい標準をサポートしています。私たちは今、学生たちに仮想エンジニアリング環境で成功するエンジニアに成長する方法を教える必要があります」とランダエタ博士は述べています。「3D プリント技術は、学生がキャンパス内または自宅でプロトタイプを作成できるようにする第一歩です。」

エンジニアリング・メーカースペース・発明センターでは、3Dプリンターの数をさらに増やし、将来的には12～20台まで増やすことを計画している。また、同社は、より多くの 3D プリンターの管理を容易にするために、Ultimaker Digital Factory ソフトウェアを通じて 3D 印刷業務を拡大する予定です。

「私たちは Ultimaker 3D プリンターに非常に満足しています。学生たちは素晴らしいプロジェクトを簡単に完成させることができました」と Ayala 博士は述べています。「将来的には、Ultimaker 3Dプリンターをさらに購入する予定です。」

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