Dijital Kumaş Laboratuarları Nedir?
Dijital üretim laboratuvarları, sıklıkla fab laboratuvarları olarak adlandırılır, dijital modelleri somut bir fiziksel nesneler haline getirmek için bir araya getirir (CAD) ve bilgisayar destekli üretim (CAM) teknolojiler, Profesör Neil Gershenfeld, 2001 yılında dijital modelleri somut bir fiziksel nesnelere dönüştürmeye izin veren ilk fab laboratuvarı ile donatılmıştır.
Tamamen donanımlı bir dijital üretim laboratuvarı genellikle metal ve ahşap, vinil makineler ile çalışmak için füzyon makineleri ve stereolithografi (SLA) 3D yazıcılar, katkı maddeleri üretimi, CO2 ve fiber lazer kesiciler için hassas çıkarma işlemleri, bilgisayar sayısal kontrol (CNC) makineleri, SolidWorks, Autodeskler ve test için kullanılan betonlar ve elektronik iş istasyonları oluşturmak için dijital yazılımlar ile başlar.
Dijital Kumaşlama Laboratuvarlarının Arkasında Eğitim Felsefesi
Dijital üretim laboratuvarlarının pedagojik temeli, inşaat ve deneyimsel öğrenme teorileri üzerine geri dönüyor., üretim süreçleri üzerinde pasif bir şekilde ders almak yerine, başarısız, iterating ve başarılı olmak, fiziksel eserlerle ilgili olarak, bu yaklaşım, John Dewey ve proje bazlı öğrenme çerçevesi gibi eğitim reformcular tarafından yanlış bir şekilde ortaya çıkıyor.
Dijital üretim laboratuarları ayrıca inşaatçı öğrenmenin ilkelerine de sahiptir, MIT'de Seymour Papert tarafından geliştirilen bir teoridir. İnşaatcılık, öğrencilerin birbirlerinin ve #8217'den öğrendikleri ve başarısızlıkları, öğretmen ve öğrenmeleri arasındaki çizgi, özellikle makineler veya tekniklerle uzmanlaşarak, birçok farklı eğitim modeliyle birlikte, birçok öğrenci tarafından öğrenilen ve geliştirilmiş bir sosyal öğrenme ortamı yaratır.
Mühendislik Öğrencileri için Anahtar Faydaları
Dijital üretim laboratuvarlarının mühendislik eğitimine entegrasyonu, öğrenci gelişiminin birçok boyutu boyunca ölçülebilir faydalar sağlar. Bu avantajlar, modern mühendislik uygulamasının karmaşıklığı için mezunlar hazırlamak için teknik becerilerin ötesine uzanır.
Hands-On Learning and Spatial Reasoning
Mühendislik eğitimi, soyut matematiksel modeller ve fiziksel gerçeklik arasındaki ayrımla uzun süredir mücadele etti. Öğrenciler, tahmini yük için diferansiyel denklemleri çözmüş durumda, 3D baskılı bir braketin uygulanabilir olup olmadığını tahmin etmek için, bu boşluğu fiziksel olarak test etmek için uygularlar.Bu beton deneyimi, sonlu bir element analizi kullanarak, zihinsel olarak 3D-printed braketli para birimlerinde ve gerçek dünya materyali davranışının nasıl düzeltildiğini tahmin etmek için zihinsel olarak karmaşık bir şekilde yapılanması gereken 3 boyutlu bir şekilde çözülür.
Yaratıcılık ve İnovasyonu Geliştirmek
Hızlı prototipleme araçları, fikir ve test arasındaki bariyeri azaltır. Geleneksel bir programda, tasarım konsepti haftalar veya aylar boyunca varsayımsal kalabilir, çizimler sipariş edilir ve mağaza zamanında planlanan bir dijital üretim laboratuvarında, bir öğrenci, bir CAD modelinden fiziksel prototipe kadar hareket edebilir: Bu efekt döngüsü, son derece yüksek çözünürlükte ve yaratıcı araştırmalarda gerekli olan birçok tasarım biçimini benimsemekten daha fazla teşvik eder.
Gerçek Dünya Teknik Becerileri
Endüstri, üretim süreçlerinin pratik bilgi eksikliğini, malzeme seçimi ve üretim ekonomilerini doğrudan deneyimleyerek, hızlı prototipleme departmanlarında kullanılan aynı teknolojilerle ilgili olarak daha dijital olarak entegre hale geldi. İşverenler, yeni mezunların üretim süreçleri, malzeme seçimi ve üretim ekonomisi hakkında pratik bilgi eksikliğini sürekli olarak rapor ediyor.
Teknik makine operasyonunun ötesinde, öğrenciler, manufacturability (DFM) için tasarım (DFA) ve sürdürülebilirlik için tasarım gibi daha geniş mühendislik uygulamaları ile maruz kalıyorlar.Bir öğrenci, iş piyasasında 3D-printed olmayan bir bölüm tasarlıyor veya bir lazer-kesinme meclisi.
Disiplinlerarası İşbirliği ve İletişim
Dijital üretim laboratuarları, öğrenciler birden fazla mühendislik disiplininden ve #8212; Mekanik, elektrik, sivil, biyomedikal ve endüstriyel ve #8212; endüstri tasarımı, mimarlık, sanat ve iş gibi endüstri dışı alanlardan da yararlanıyor. Bu işbirliği, disiplinler arası işbirliği için gerçek bir şekilde çeşitli fırsatlar yaratıyor. Bir elektrik mühendisliği öğrencisi, devreleri ile birlikte bir drone takdirine sahip bir tasarıma sahip olabilir, bir işletme öğrencisi, diğer mühendislik programlarında bir pazarlama planı geliştirirken, diğer yandan da diğer mühendislik derslerine entegre eder.
Mühendislik Curricula'ya Entegrasyon
Dünyadaki mühendislik programları, periferik ekserler olarak değil, temel eğitim ortamları olarak dijital üretim laboratuvarlarını dahil etmek için yeniden yapılandırılır. Bütünleşme çeşitli formlar alır, her biri farklı pedagojik hedefler ve lojistik düşüncelerle.
Vakfı ve Introductory Dersler
Birçok program, dijital üretime ilk yıl mühendislik derslerini tasarım ve üretim için erken maruz kalma sağlamak için tanıttı.Bu girişli deneyimler genellikle mühendislik çalışmalarının somut sonuçlarını göstererek kısa, yapılandırılmış projeler içerir. Erken üretim deneyimleri, özellikle de kapalı gruplar arasında, özellikle de alışveriş veya üretim ortamları için önce sahip olmayan basit bir mekanizmayı geliştirmek için gösterilmiştir.
Proje bazlı ve tasarım-Build Dersler
Çoğu ortak ve pedagojik zengin entegrasyon, proje bazlı öğrenme kurslarında meydana gelir ve bir dönem boyunca işlevsel prototipler inşa eder.Bu dersler genellikle yapısal bir tasarım süreci takip eder: problem tanımı, araştırma, konsept, embodiment tasarımı, ayrıntılı tasarım, prototipleme, test ve iterasyon.Prototyping ve test aşamalarının son dönemleri için sorunlarını sağlar.
Mühendislik ve #8217 Olin Koleji gibi programlar; bu yaklaşım için mühendislik tasarımı, ancak pedagojik altyapının ayrılmaz bir parçası değil, özel personel bakımı, bakım bütçeleri ve müfredatı gerektiren bir tasarım dersi haline geldi.
Capstone ve Senior Design Projects
Capstone tasarım dersleri, öğrencilerin tam ürün geliştirme hayatı ile deneyim kazanmalarını sağlamak için lisans mühendisliği eğitiminin zorunlu hale getirilmesini ve öğrencilerin eğitimdeki en gelişmiş malzemeleri ve öğretim elemanlarının en ileri eğitim ve öğretim elemanlarının en gelişmiş hale gelmesini sağlamak için gerekli olan birçok kapak projesini gerektirdiğini göstermektedir.
Lisansüstü Araştırma ve Gelişmiş Üretim
Yüksek lisans düzeyinde, dijital üretim laboratuvarı, araştırma yayınları ve önerileri için gelişmiş üretim teknikleri ile araştırma araştırmalarını destekler. Laboratuvar ortamı ayrıca dijital biyomimik, bilgisayar tasarımı ve basılı elektronik sistemler için de üretim tesisleri ile ilgili olarak, endüstriyel tasarım ve uygulama alanları arasında işbirliğini kolaylaştırır.
Kurumsal Modeller ve Operasyonel Tahminler
Üniversiteler dijital üretim laboratuarlarını yürütmek için çeşitli organizasyon modelleri benimsemiştir, her biri erişim, maliyet, pedagoji ve idari karmaşıklık için etkiler.
Merkezileştirilmiş Üniversite Fab Laboratuvarları
Birçok büyük üniversite, ekipmanlarını koruyan, eğitim materyalleri geliştiren ve proje danışmanlığını sunan merkezi bir yapım laboratuvarı işletiyor. Merkezleştirilmiş laboratuvarlar, ekipman satın alma ve personellemede ölçeklendirmede ölçekler elde ediyor, önceliklendirmede zorluklarla karşı karşıya kalabilirler ve MIT Media Lab ’ Fab Lab ve Texas Üniversitesi'nde, özellikle de özel dersler için özel konularla uyumlu olarak açıklanmaktadır.
Bölüm ve Ders-Specific Labs
Bazı mühendislik programları, bireysel bölümlerde veya belirli derslerde daha küçük, özel bir imalat tesisleri işletmeyi tercih eder. Mekanik bir mühendislik bölümü, CNC değirmenleri ve lathes ile kendi makine dükkanını koruyabiliyor, biyomedikal mühendisliği bölümü bir biyoprinting tesisi işletiyor. Bu bölüm laboratuvarları, belirli ihtiyaçları için ekipman ve güvenlik protokolleri tertemiz olabilir, ancak son yıllardaki trendleri kısıtlayabilirler.
Community Makerspaces ile ortak olmak
Küçük kurumlar, topluluk kolejleri ve sınırlı bütçelerle üniversiteler bazen topluluk yapıcı alanları veya fab laboratuvarları ile öğrencilere üretim erişim sağlamak için işbirliği yapabilirler. Bu ortaklıklar, sermaye yatırımını azaltabilir ve öğrencilerin çeşitli kullanıcı topluluğuna maruz kalmalarını sağlar, ancak planlama, sorumluluk ve müfredat entegrasyonunda zorluklar ortaya koyarlar. Bazı kurumlar TechShops gibi ticari üreticilere veya özel sınıf zamanlarını kısıtladılar.
Güvenlik, Eğitim ve Bakım
Dijital bir üretim laboratuvarı güvenlik altyapısında kararlı bir yatırım gerektirir, eğitim programları ve ekipman bakımı. Üniversiteler kimyasal tehlikeleri (resins, çözücüler, vshants), mekanik tehlikeler (örneğin, yüksek güç lazerleri, sıcak yüzeyler), ve elektriksel tehlikeler içerir. Eğitim programları genellikle online bir güvenlik modülü içerir ve manuel olarak yenileme dersleri gerektirir. Birçok kurum temel, orta ve ileri makineli yedekler için tam zamanlı olarak, yüksek çözünürlükte olan bir sertifika sistemi kullanır.
Meydanlar ve Sınırlar
Birçok faydalarına rağmen, mühendislik eğitimindeki dijital üretim laboratuarları, kurumların tam potansiyellerini anlamak için ele alınması gereken birkaç kalıcı zorlukla karşı karşıyadır.
Maliyet ve sürdürülebilirlik
Tamamen donanımlı bir fab laboratuvarı için ilk yatırım, yüzlerce dolardan milyonlarca dolara, merkezi tahsis eden, öğrenci ücretleri, fonlar, endüstri ortaklıkları ve baskı komisyonları gibi hizmetlerden gelen gelirleri hızla gelişmekte olan dijital üretim piyasasında kısadır; 3D yazıcı bugün satın alınan finansal yüke eklenmelidir.
Access of Access of Access of Access of Access of Access of Access of Access of Access of Access of Access of Access of Access of Access of Access of Access
Tüm öğrenci popülasyonları arasındaki üretim tesislerine eşit erişim önemli bir meydan okumadır.Öğrenciler alt kaynak arka planlarından, engellilerden gelenler ve yarı zamanlı çalışan kişiler, laboratuvarda saatlerce zaman geçirmelerine izin veren sistemlere daha az esneklik sağlayabilirler. Lab politikaları, fiziksel engelli öğrenciler için uyarlanabilir ekipman sağlamalıdır ve katılım için bir engel oluşturmazlar. Bazı kurumlarda materyal stipends, açık erişim saatlerini ve uzaktan queuing sistemlerine izin verir.
Mütevazi ve Fakülte Geliştirme
Bir fabrikanın tek varlığı pedagojik entegrasyon garanti etmez. Fakülte üyeleri yeniden tasarım işleri geliştirmeli, öğretimi geliştirmek ve öğretime dahil etmek için yeni değerlendirme yöntemleri geliştirmeli ve birçok mühendislik fakültesi dijital üretimle ilgili tecrübeleri yoksundur ve profesyonel gelişim ve teknik destek gerektirir.İzmiral tasarımcılara yatırım yapan Kurumlar, eğitim amaçlı geliştirme için zaman sağlamalıdır ve fakültelerin en iyi uygulamaları nerede paylaşabileceği konusunda pratik topluluklar oluşturmak zorundadır.
Future Yol Tarifi
Dijital üretim teknolojisi ve mühendislik pedagojisi, önümüzdeki on yıl içinde fab laboratuvarlarının rolünü şekillendirecek birkaç dönüştürücü trende işaret ediyor.
Hybrid and Remote Fabrication
Amman-19 salgınları uzaktan üretim iş akışlarının gelişimini hızlandırdı, öğrencilerin evde tasarlayıp laboratuvar personeli tarafından veya otomatik makineler tarafından baskılanıp kesmelerini sağladı. Bulut tabanlı CAD, uzaktan iş queuing ve otomatik bölüm seçicileme (tekleyici kilitleme sistemleri veya kampüs postası) pratik olarak hibrit üretim programları haline getirdi. Üniversitelerin internet üzerinden ve hibrit mühendislik programları, uzaktan öğrencilere üretim erişim sağlama yeteneği rekabetçi bir farklılaştırıcı hale gelecektir. Bazı kurumlar, kompakt üretim kitleri ile deneyerek deneyerek deney yapıyorlar. #8217; evler, sınırlı sayıda ev, yer değiştirme kapasitesine sahip.
AI-Assisted Design and Manufacturing
Yapay zeka, tasarım-to-fabrikasyon boru hattını dönüştürmek için başlıyor. Generative design araçları, yalnızca katkı maddeleri süreçleri aracılığıyla üretilebilir, AI destekli ağlama işlemi yerine, yazılımların baskı parametrelerini güç, hız ve malzeme kullanımı için optimize edebilir. Makine öğrenme algoritmaları, optimizasyonu önceden tahmin edebilir ve otomatik olarak ayarlayabilirler.Bu araçlar, zihinsel olarak daha yüksek düzeyde tasarım kararlarına odaklanmayı sağlar, ancak öğrencilere makine işleme konusunda daha yüksek seviyeli bir şekilde odaklanmalarını sağlar.
Dijital Twins ve IoT ile entegrasyon
Dijital ikiz ve #8212 kavramı; gerçek zamanlı davranışı ve#8212; giderek mühendislik eğitimi ile ilgili olarak, performanslarını dijital ortamda tasarlayabilir, gelişmiş endüstrilerde standart haline getiren, gerçek dünya davranışını simülasyona kıyasla karşılaştırabilir.Bu kapalı-fabricate-test-refine embodies ile birlikte, bu tür bir veri tabanında ve tek bir şekilde entegre edilen veri analizinde, modelleme tabanlı sistemlerin ve tasarım-gerçekten oluşan dijital üretimde standart haline gelen tasarım-tabanları karşılaştırır.
Sürdürülebilir ve Geometrik İmalat
Çevre sürdürülebilirliği üretim eğitimi konusunda acil bir endişedir. Future fab laboratuvarları giderek artan şekilde geri dönüştürüldü ve biyo bazlı malzemeler, enerji verimli süreçler ve recyclability için tasarım. Öğrenciler polilactic asit (PLA) olarak geri dönüştürülebilecek parçalarla baskı yapmayı öğrenecekler ve tasarım beklentilerini karşılamak için mühendislere hazırlamak için üretim müfredatına hazırlayabileceklerdir.
Accessability ve Demokratlarizasyonunu genişletin
Dijital üretim teknolojisinin uzun vadeli yörüngeleri daha düşük maliyetlere, daha küçük ayak izi ve kullanım kolaylığına işaret ediyor. Masaüstü 3D yazıcılar, bir zamanlar on binlerce dolara mal oluyor, ancak hırslı, diğer ekipman kategorilerine erişimin devam ettiğini düşünüyor.Girişimhanelerde ve ekonomik gelişimde daha temel bir kolaylık sağlıyor.
Bu trendlerin yakınlığı, dijital üretim laboratuvarlarının yıllar önce mühendislik eğitimine daha da merkezi hale geleceğini gösteriyor.Onlar, kendi üretim altyapılarına yatırım yapan, kendi fakültelerine ve tasarıma sahip olan karma ortamlara, ancak teknik olarak teşvik edilen disiplinlerden sadece entegre inovasyon alanlarına ve araştırma yapan ekosistemlere, girişimcilik ve topluluk katılımına liderlik edecekleri bir dünyaya liderlik edeceklerini gösteriyorlar.
Yeni veya genişleyen fabrika yatırımlarını dikkate alan fakülte ve yöneticiler, açık eğitim hedefleri ile başlamalı, disiplinler arası paydaşları ve bu temelleri tercih eden uzun vadeli operasyonel ve finansal taahhütler için planlamalıdır. Başarılı fab laboratuvarları ortak özellikleri paylaşır: güçlü liderlik, özel teknik personel, güvenlik ve akran öğrenme kültürü ve bir öğrenme biçimi olarak bütünleştirilmelidir.