听麻省理工说 3D打印职业教育如何开展

产品原型设计变得越来越容易（越来越快），更好的软件工具通过增材制造的方式推动制造业革命。工程师和设计师必须保持获取最新的设计概念，以保持他们公司的技术前沿地位。

那么3D打印职业教育如何开展？激光、机械、仿真、建模、材料…从何处入手？本期，3D科学谷与谷友一起来领域麻省理工的3D打印职业教育课程的设置出发点。

图片：MIT CSAIL打印的感应器组件

麻省理工学院的3D打印职业教育是新开展的课程，麻省理工学院的教授Wojciech Matusik和Justin Solomon正在打造面向未来工作所需的3D打印和设计技巧。

这个职业课程的上课地点在今年六月的麻省理工学院的校园里，课程将探讨新兴的计算机辅助设计工具的广泛使用，增材制造技术不仅可以让CAD系统设计的新形状被直接创造出来，还有助于加快概念设计，缩短设计迭代过程。随着新的基于云的协同CAD软件发展趋势，将允许在云中直接进行开发和设计。

图片：MIT带机器视觉的复合材料打印系统

根据麻省理工学院教授的说法，“制造业正在经历一个重大转变”，具体来说，“除了大批量制造外，现代制造业正变得数字化和按需定制。”

麻省理工一周的职业教育课程核心内容是先进的CAD系统，包括如何建立内部协作体系以及如何在实践中使用这些技巧。几十年来，设计、制造和成本都“住在一个屋檐下”，理解这三者之间的关联十分重要。对于增材制造来说，尤其需要考虑这三者的相互影响因素。传统的设计需要几个星期或几个月才能实现和制造。增材制造周期有时很快，设计故障有时候隔夜就可以立即识别。这些设计、制造和成本的迭代发生的那么快，可以相互借鉴和融合成一种优化设计的方法论。

麻省理工的培训还突出了各种材料的虚拟仿真，自动设计的数值优化，并考虑到与制造硬件接口。培训课程从CAD模型的不同类型开始，包括对需要制造的模型进行仿真模拟。培训课程针对汽车行业、机器人、航空航天、国防、机械工程、产品设计、船舶制造、生物医学工程、制造和修复领域的设计者。

设计周期不是线性的，在每个设计阶段你都面临很多选择。设计迭代取决于哪些参数必须优化。例如，当交货时间紧迫的时候，你可能需要降低产品高度，且考虑多光束的加工条件，并通过独特的设计减少后处理步骤的需要。

增材制造需要考虑两种类型的CAD模型，一种是最终的几何形状，包括基准的确定、加工尺寸公差要求、表面光洁度要求等。另一个同样重要的CAD模型是供3D打印设备识别加工的模型，这个模型中可补孔、可增加支撑结构、增加加工余量。

此外，不同的后处理步骤取决于所使用的材料和技术。例如，电子束熔化（EBM）技术，则不需要消除应力或机械分离零件与基台，但确实需要去除部分烧结粉末。激光粉末床融化（LPBF）技术则需要消除应力，并通常需要通过电火花线切割或锯带过程将零件从基台板上拆卸下来。所有金属3D打印的热处理通常包括热等静压（HIP）工艺，以减少材料内的空隙和孔隙率。另外，有些材料可能需要热处理以达到所需的微观结构要求。

增材制造技术在加速发展并成为一种强大的生产技术，一个明显的差距是大多数的设计工程师是在传统的减材制造教育中成长的，转换这一思维模式将需要花费很多努力。不仅仅是调整一些规则，而是完整的教育和实践的演变。当设计师被要求通过3D打印实现创造性和创新性时，全新的设计思路就需要围绕着符合产品功能的要求以及满足增材制造技术的特点来展开。

麻省理工的培训课程或许可以为国内的增材制造培训带来启示，那就是3D打印教育的核心之一：为增材制造而设计。设计师需要认识到，虽然增材制造的“复杂性是免费的”，仍然有很多限制因素需要考虑，这就需要增材制造的指导方针，包括对成本、时间和质量的考虑。