Аддитивное производство:как инженеры с высшим образованием лидируют в внедрении в отрасли

Как университеты готовят инженеров для будущего производства

Зайдите на любой аэрокосмический, автомобильный или оборонный завод, который недавно внедрил аддитивное производство, и спросите, кто инициировал эти изменения. Почти всегда ответом является недавний выпускник — тот, кто печатал детали для своей команды FSAE, запускал проекты на композитном принтере в университетской лаборатории и пришел в первый же день, уже свободно разбираясь в том, что представляет собой эффективное применение добавок.

Эта закономерность более чем анекдотична; это сигнализирует о явном преимуществе. Инженеры, получившие в школе практический опыт аддитивных технологий, работают быстрее, вносят свой вклад раньше и берут на себя заметное лидерство в программах, над которыми все еще работают их более опытные коллеги. Они не ждут институциональной поддержки — у них уже есть аддитивное мышление.

Что касается инженерных программ, вопрос стоит прямо:приходят ли ваши выпускники на свою первую работу с таким мышлением, или они учатся этому на работе, отставая на годы в аддитивных знаниях?

Производство находится в переломном моменте. Это случалось раньше.

Переход к цифровому производству и аддитивным технологиям является частью давней тенденции в истории промышленности, и признание этой закономерности подчеркивает как неотложность, так и возможности.

Вторая промышленная революция предлагает наиболее четкую параллель. Когда заводы перешли от паровых двигателей к электродвигателям, технология появилась задолго до того, как материализовался рост производительности. Отставание касалось не самих машин, а рабочей силы. Потребовались десятилетия, чтобы совместными усилиями промышленности, образования и исследований появились инженеры, которые могли бы перепроектировать целые заводы с использованием электродвигателей.

Как только этот сдвиг в мышлении стал масштабным, производительность производства резко выросла, создав больше возможностей и более высокую прибыль во всей экосистеме, в том числе для входящих в нее инженеров.

Индустрия 4.0 теперь является операционной реальностью для производителей в аэрокосмической, автомобильной, оборонной и промышленной автоматизации. Хотя аддитивное производство лежит в основе этой реальности, продолжающиеся инновации означают, что ограничивающими факторами теперь являются образование и внедрение AM, а не сама технология.

Инженерные программы, которые признают это на ранней стадии, выпускают выпускников, уже свободно владеющих новой парадигмой.

Меняет способ обучения студентов аддитивное производство

Влияние аддитивного производства неодинаково в рамках инженерной программы. Он создает различные возможности обучения в разных контекстах, каждый из которых имеет свои собственные цели и результаты для учащихся.

В исследованиях:устранение производственных барьеров

Для аспирантов-исследователей постоянной точкой разногласий является производственное узкое место. Переход от цифрового проекта к физической детали обычно требует навыков механической обработки, бронирования механического цеха или сотрудника, обладающего и тем, и другим. Для исследователей, чей опыт работы связан с материалами, биологией, информатикой или другими областями, смежными с машиностроением или производством, это узкое место может определять темп всего проекта.

Доступное аддитивное производство устраняет этот барьер. Исследователь, который может напрямую перейти от САПР к функциональной металлической или композитной детали — без посредника в механическом цехе — сохраняет фокус на самом исследовании.

За пределами класса:где развивается инженерное суждение

Некоторые утверждают, что наиболее формирующее инженерное образование происходит вне формального обучения. Команды FSAE, проекты солнечных автомобилей, клубы робототехники и студенческие мастерские подвергают студентов реальным ограничениям, реальным ошибкам под давлением и суждениям, которые возникают из-за необходимости заставить что-то работать. Подобные программы часто вызывают интерес к 3D-печати, который затем проявляется в учебных аудиториях и, в конечном итоге, в профессиональном опыте.

Команда Baja колледжа Олин

Почему недавние выпускники лидируют в области внедрения аддитивных технологий в отрасли

Эта закономерность сохраняется в аэрокосмической, автомобильной, оборонной и промышленной автоматизации:когда производитель приступает к серьезной программе внедрения аддитивного производства, движущей силой часто является начинающий инженер. Те, кто пришел из школы с дополнительным опытом, уже знают, как найти хорошее приложение, спроектировать процесс и проверить функциональные части. Их не нужно убеждать в жизнеспособности технологии.

Когда начинающий инженер возглавляет проект по внедрению аддитивных технологий, демонстрируя экономию средств, сокращение времени выполнения заказов или решения проблем цепочки поставок, он создает послужной список, который ускоряет все последующее. Отдача от практического дополнительного опыта в школе ощутима и проявляется в успехе проекта и заметности лидерства в течение первых двух лет.

Для инженерных программ это практический пример включения аддитивного производства в учебную программу. Речь идет не об обучении конкретному инструменту, а о подготовке выпускников, которые сразу же пригодятся в производственной среде, в которую они попадают, и которые смогут руководить по мере развития этой среды.

Команда Baja колледжа Олин использует Mark Two и Onyx, чтобы предотвратить перегрев трансмиссии.

Что цифровая кузница делает возможным в академической лаборатории

Практический вопрос для академических учреждений заключается не только в том, какой принтер купить, но и в том, как эта технология интегрируется в лабораторную работу:ротация пользователей-студентов, переменный уровень квалификации, ограниченная техническая поддержка и потребность в надежных деталях.

Digital Forge — интегрированная платформа оборудования, программного обеспечения и материалов Markforged — была разработана с учетом именно этих ограничений, хотя ее основная клиентская база — промышленные предприятия. Функции, которые позволяют ему работать в производственной среде, одинаково ценны и в университетской лаборатории:

Оборудование с самокалибровкой: Лазерный микрометр и система визуальной калибровки FX10 повторно калибруют печатную платформу перед каждым заданием. Модель FX10 также оснащена камерой печати с подогревом и автоматической сменой катушек, что позволяет изготавливать крупные детали с точными размерами без ручного вмешательства, а также печатать как на металле, так и на композитах. В общей лаборатории с большим количеством пользователей отклонение калибровки часто является основным источником неудачных отпечатков и ненужного расхода материала. Удаление этой переменной меняет профиль надежности всей лаборатории.

Библиотека деталей, управляемая из облака: Детали и файлы печати находятся в контролируемой цифровой среде. Преподаватели могут управлять доступом, обеспечивать контроль версий, отслеживать историю печати и обеспечивать работу студентов с утвержденными файлами — те же возможности аудита, на которые полагаются оборонные подрядчики, применительно к управлению лабораторией.

Доступная инфраструктура обучения: Университет Маркфоргед предлагает структурированное обучение в индивидуальном темпе, которое любой студент или преподаватель может пройти самостоятельно, что устраняет необходимость в специальном инструкторе по аддитивным технологиям.

Печать металлом без опасности: В металлической системе FX10 используется связанная металлическая нить — металлический порошок в полимерном связующем, — которая не требует специальных средств индивидуальной защиты во время печати. Простая замена двигателя переводит FX10 из композитного режима в полностью металлический, предоставляя одной машине доступ к материалам, включая нержавеющую сталь 17-4PH, нержавеющую сталь 316L и инструментальную сталь H13. Университеты уже печатают металл в общих студенческих лабораториях, что делает 3D-печать металлом доступной для студентов, которые в противном случае никогда бы не столкнулись с ней за пределами строго контролируемой промышленной среды.

Как преподавать аддитивный дизайн:начните с проблемы, а не с технологии

Использование технологий — одна из самых распространенных ошибок в обучении аддитивному производству и их внедрении в отрасли.

«Что мы можем напечатать на 3D-принтере?»

Такая формулировка дает длинный список потенциальных приложений, но мало ясности относительно того, какие из них имеют значение.

Более продуктивный подход начинается с другого направления:выявление наиболее дорогостоящих или неприятных проблем в производственном процессе. Справляется ли уникальный набор преимуществ аддитивного производства с какой-либо из них?

Эта структура лежит в основе университета Markforged и применяется непосредственно в классе. Если научить студентов сначала выявлять серьезные проблемы, то получится инженер, который будет применять технологию эффективно, а не с энтузиазмом. Они оценивают, соответствуют ли преимущества аддитивного производства (свобода геометрии, производство по требованию, сокращение времени выполнения заказа, характеристики материала) требованиям проблемы.

Не менее важно объяснить, что 3D-печать не заменяет механическую обработку, сварку или другие процессы, а работает параллельно с ними. Инженеры, которые приносят наибольшую пользу с помощью добавок, — это те, кто знает, когда их использовать, а когда нет.

Создание программы аддитивного производства в вашем учреждении

Markforged сотрудничает с академическими учреждениями по всему спектру — от общественных колледжей и программ CTE до исследовательских университетов — чтобы интегрировать аддитивное производство в учебные программы, лаборатории и внеклассные программы.

В команду входят инженеры по приложениям и консультанты по решениям с промышленным и образовательным опытом, которые могут спроектировать лабораторную среду, соответствующую тому, как на самом деле учатся ваши студенты. Широкая сеть учреждений, уже работающих в Digital Forge, — от студенческих творческих пространств до исследовательских лабораторий — дает ценные ориентиры.

Общие вопросы по академическим программам

Нужны ли студентам опыт работы в САПР или 3D-печати, чтобы использовать оборудование Markforged?

Нет. Университет Маркфоргед предлагает структурированное обучение для самостоятельного обучения, которое позволяет пользователям перейти от нулевого опыта к печати функциональных деталей. Более важным требованием является изменение образа мышления:научиться определять, где аддитивное производство увеличивает ценность, а не просто учиться управлять машиной. Такое мышление развивается в процессе использования, а не как необходимое условие.

Как принтер Markforged впишется в лабораторию, где уже есть станки с ЧПУ, лазерные резаки и другие производственные инструменты?

В качестве дополнения, а не замены. Сильные академические лаборатории рассматривают принтер как один из инструментов в интегрированной среде быстрого прототипирования. Аддитивное производство отличается сложной геометрией, мелкосерийным производством и быстрой итерацией проектирования. Обработка на станках с ЧПУ отличается жесткими допусками, базовой геометрией и крупносерийным производством. Обучение учащихся тому, когда использовать каждый из них и почему, само по себе является ценной частью учебной программы.

Подходит ли это оборудование для общественных колледжей и программ CTE или оно в первую очередь предназначено для четырехлетних университетов?

Оба. Университет Маркфоргед был специально спроектирован так, чтобы быть доступным без четырехлетнего инженерного образования. Учебная программа сосредоточена на выявлении практических возможностей и разработке присадок — навыках, непосредственно применимых к техникам-производителям, инженерам по техническому обслуживанию и операторам предприятий.

Могут ли студенты работать с 3D-печатью металлов в общей лабораторной среде?

Да. В металлической системе FX10 используется связанная металлическая нить — металлический порошок в полимерном связующем, — для работы с которой не требуются специальные средства индивидуальной защиты. Для этапов удаления связующих и спекания требуются промывочная станция и печь, но общий уровень безопасности можно контролировать в стандартной университетской лаборатории.

Как контроль версий и управление файлами работают среди учащихся с большим количеством пользователей?

Детали хранятся в цифровой библиотеке с облачным управлением на программной платформе Eiger. Преподаватели контролируют доступ к файлам, обеспечивают соблюдение утвержденных версий и имеют полный доступ к истории печати на каждом компьютере в лаборатории. Та же самая прослеживаемость, на которую полагаются оборонные подрядчики для соблюдения требований, непосредственно полезна для управления общей академической лабораторией.

Все блоги и информация, содержащаяся в этих блогах, защищены авторским правом Markforged, Inc. и не могут быть скопированы, изменены или использованы каким-либо образом без нашего письменного разрешения. Наши блоги могут содержать наши знаки обслуживания или товарные знаки, а также знаки обслуживания наших аффилированных лиц. Использование вами наших блогов не дает вам никаких прав или лицензий на использование наших знаков обслуживания или товарных знаков без нашего предварительного разрешения. Подделанная информация, представленная в наших блогах, не должна рассматриваться как профессиональный совет. Мы не обязаны обновлять или исправлять блоги на основе новой информации, последующих событий или иным образом.

Никогда не пропустите ни одной статьи

Подпишитесь, чтобы получать новый контент Markforged на свой почтовый ящик