La fabrication additive dans l'enseignement :UMass Amherst ADDFab

Dave Follette est à la tête de l'installation ADDFab (Advanced Digital Design and Fabrication Core Facility) à UMass Amherst.

L'industrie de la fabrication additive a radicalement changé au cours de la dernière décennie, tout comme l'éducation additive. Maintenant, les élèves, y compris mes propres enfants, sont exposés à l'impression 3D dès l'école primaire. Cependant, la plupart des premières opportunités éducatives mettent les étudiants en contact avec des imprimantes grand public. Mon objectif est de partager les capacités de fabrication de l'impression 3D au niveau industriel avec les étudiants afin qu'ils puissent apprendre à l'appliquer dans le monde réel et comprendre les applications commerciales de l'additif.

De plus en plus d'entreprises utilisent des additifs pour la production, et alors que le reste du monde commence à comprendre que les imprimantes 3D ne sont pas uniquement destinées aux jouets, nous avons travaillé à la construction d'une installation qui offre aux étudiants une expérience pratique avec des imprimantes qui produisent de hautes performances. des pièces de qualité industrielle.

Je dirige l'Advanced Digital Design and Fabrication Core Facility (ADDFab) dans les laboratoires des sciences de la vie d'UMass Amherst. ADDFab est un laboratoire de conception entièrement numérique et de fabrication additive avec plusieurs imprimantes et technologies d'impression.

La plupart des imprimantes d'ADDFab sont exploitées par du personnel étudiant de premier cycle ou par des étudiants diplômés faisant de la recherche. Les imprimantes ont toutes été achetées grâce à une subvention du Commonwealth du Massachusetts’s Life Sciences Council (MLSC). Nous ne sommes liés à aucun fabricant d'imprimantes en particulier et nous travaillons avec une grande variété d'entreprises et d'organisations sans conflit d'intérêts, pour faire avancer l'éducation et la technologie additives.

Compte tenu du vaste potentiel d'un laboratoire d'imprimantes 3D haut de gamme, nous essayons de concentrer nos efforts dans trois domaines principaux :

Concevoir et imprimer de superbes pièces

Notre service le plus courant consiste à concevoir et à imprimer des pièces de qualité industrielle. Nous utilisons une variété de matériaux d'impression 3D, y compris le nylon-12, les aciers inoxydables, les polymères renforcés de fibres et les matériaux mélangés durcis aux UV. Avec une telle variété d'options, nous pouvons répondre à presque tous les besoins de fabrication additive sur le campus et dans la région.

Notre gamme d'imprimantes comprend les Markforged Onyx One et Mark Two. Cela m'a ouvert les yeux lorsque j'ai rejoint le laboratoire pour utiliser cinq interfaces logicielles différentes pour travailler avec chacune des imprimantes. L'Eiger basé sur le Web de Markforged est de loin mon préféré. L'autre chose que j'aime beaucoup à propos de nos imprimantes Markforged, c'est qu'elles "préchauffent" et commencent à imprimer très rapidement. D'autres imprimantes ont des procédures de configuration compliquées, ou des heures pour réchauffer les têtes, ou construire des volumes ou des plateaux. Cela en fait une excellente imprimante pour le prototypage rapide. Parce qu'il est également facile à utiliser, je suis à l'aise avec un large éventail d'étudiants qui utilisent les imprimantes Markforged seuls. Ainsi, s'ils veulent travailler sur un projet à deux heures du matin, ils peuvent prototyper une pièce en quelques heures sans avoir besoin m'attendre.

Recherche en fabrication additive

Le deuxième domaine d'intervention d'ADDFab est la recherche fondamentale en fabrication additive, qui se divise généralement en deux catégories. Le premier se concentre sur les matériaux, généralement les métaux, pour déterminer quels nouveaux alliages pourraient fonctionner le mieux pour l'impression 3D. Les alliages métalliques traditionnels ont été optimisés pour d'autres procédés de fabrication, et si vous deviez optimiser un alliage pour les procédés de fabrication additive ?

Le deuxième domaine de recherche concerne l'impression de nouvelles géométries. Les treillis sont un objectif majeur dans cette recherche et il y a tellement de concepts différents à l'étude. Notre contribution est d'aider les entreprises à comprendre comment utiliser la technologie d'impression disponible pour obtenir la géométrie qu'elles souhaitent. Ce travail est à la fois une science et un art et implique généralement de développer quelques astuces pour obtenir l'impression parfaite.

Enseignement

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Le troisième axe majeur d'ADDFab est l'enseignement. Nous soutenons les cours de premier cycle et des cycles supérieurs sur la fabrication additive et montrons aux étudiants comment utiliser ces machines. En tant qu'ingénieur moi-même, je pense qu'il est essentiel de comprendre le processus de fabrication lorsque vous concevez des pièces, et je souhaite aider les étudiants à comprendre les capacités (et les limites) des outils de fabrication additive commerciaux.

Nous organisons également des ateliers pratiques pour un public industriel, offrant une expérience pratique de l'utilisation de ces imprimantes haut de gamme. Nous avons souvent des étudiants qui aident beaucoup avec certaines parties des cours, offrant des opportunités de nouer des liens avec des membres de l'industrie. Une grande partie des anciens d'ADDFab ont mis à profit leur expérience et ont continué à travailler dans l'industrie des additifs.

Projets ADDFab récents

Le soutien d'ADDFab aux entreprises locales s'est poursuivi pendant la pandémie de COVID-19. Récemment, nous avons travaillé avec le projet Open Source Respirator pour développer un respirateur qui peut être produit en masse et réutilisé pour aider avec la pandémie de COVID-19. Nous avons aidé à prototyper des cavités de moulage, des modèles de visage et divers composants pour ces respirateurs. Dans ce projet, le personnel étudiant a fait fonctionner toutes les imprimantes et a livré les pièces imprimées en 3D.

Côté académique, nous avons été récemment chargés de créer des capteurs non électroniques pour un projet de recherche en informatique. Au fur et à mesure que les commandes de séjour à domicile sont entrées en vigueur, j'ai pu ramener à la maison un Markforged Onyx One et un Makerbot pour réduire mon temps sur le campus. La combinaison des deux a très bien fonctionné. Le matériau Markforged Onyx était excellent, mais pas assez élastique pour les spiraux dont nous avions besoin, où le PLA était juste la bonne rigidité. J'ai préféré le Markforged pour la qualité générale et la finition des pièces, mais je n'aurais pas pu terminer le projet sans les deux imprimantes.

L'avenir d'ADDFab

Je suis toujours surpris, étant donné le peu de recrutement d'étudiants que je dois faire, de voir combien d'étudiants me trouvent par eux-mêmes et veulent rejoindre le laboratoire. Ils sont tous très intéressés par l'additif, veulent s'impliquer, et ils savent que l'additif est l'avenir de la fabrication. Notre objectif est de montrer aux étudiants, au campus et à la communauté les choses incroyables que vous pouvez faire avec l'impression 3D. Bien sûr, nous aimons aussi beaucoup fournir de superbes pièces aux gens, faire avancer la recherche et aider les étudiants à trouver de grandes opportunités dans l'industrie des additifs.

Pour plus d'informations, vous pouvez contacter Dave à [email protected] ou visiter umass.edu.ials/addfab