[Thai] Course 12: Additive Manufacturing for Industry 4.0

รายวิชา 12: การผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุสำหรับอุตสาหกรรม 4.0

Last Update: October 28,  2020

วัตถุประสงค์ของรายวิชา:

การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุเป็นเทคโนโลยีที่รองรับการพัฒนาต้นแบบอย่างรวดเร็วตอบสนองความต้องการการออกแบบที่ซับซ้อนและการประยุกต์ใช้งานที่หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตอุปกรณ์เครื่องมือทางการแพทย์ รายวิชานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาความสามารถของนักศึกษาในด้านเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ นักศึกษาจะได้เรียนรู้หลักการพื้นฐานของเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุและเทคโนโลยีวิศวกรรมย้อนกลับ รวมถึงการประยุกต์ใช้งานกับการผลิตอุปกรณ์เครื่องมือทางด้านการแพทย์และด้านอื่นๆ นอกจากนี้นักศึกษายังสามารถฝึกฝนเพื่อให้เกิดความเชี่ยวชาญในด้านการออกแบบสำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุอีกด้วย

ผลลัพธ์ของรายวิชา: เมื่อเรียนจบในรายวิชานี้ นักศึกษาสามารถ:

    • CLO1: ประยุกต์ใช้องค์ความรู้ด้านการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุและวิศวกรรมย้อนกลับกับผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายได้ (ประยุกต์ใช้)
    • CLO2: ค้นหาเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (คิดค้น);
    • CLO3: วิเคราะห์ความแตกต่างภูมิหลักของหลักการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุและวิศวกรรมย้อนกลับ (วิเคราะห์);
    • CLO4: เลือกเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุที่เหมาะสมโดยคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ เช่น ต้นทุน คุณภาพ เวลา และทรัพยากรที่มีอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ (ประมวลผล);
    • CLO5: ประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุกับการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ (ประยุกต์ใช้);
    • CLO6: สื่อสารกับเพื่อนร่วมงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ (ประยุกต์ใช้)

Prerequisite: Computer Aided Design

 Course Outline:

สัปดาห์ หัวข้อ ปฏิบัติการ เอกสารประกอบการเรียน เอกสารประกอบการสอน หมายเหตุ
1 M1.1. Additive Manufacturing Basic Concepts and processes
2 M1.2. Solid- Based Additive Manufacturing Technologies [Thai] MSIE-12-L-M1S2-L01
3 M1.3. Powder-Based Additive Manufacturing Technologies
4 M1.4. Liquid-Based Additive Manufacturing Technologies
5 M2.1. STereoLithography (STL) Models [Thai] MSIE-12-L-M2S1-L01
6 M2.2. Slicing Techniques [Thai] MSIE-12-L-M2S2-L01
7 M2.3. Reverse Engineering for Additive Manufacturing Application [Thai] MSIE-12-L-M2S3-L01
8 M3.1. Optimization of 3D printing process parameters [Thai] MSIE-12-L-M3S1-L01
9 M3.2. Influences, complementarity and Synergy in AM and conventional technologies [Thai] MSIE-12-L-M3S2-L01
10 M3.3. Macro environment of AM
11 M3.4. AM Business models and reshaping production [Thai] MSIE-12-L-M3S4-L01
12-15 M3.5. Case Studies/Group Projects

ปฏิบัติการ:

ในแต่ละปฏิบัติการ นักศึกษาจะได้ทำกิจกรรมต่างดังนี้:

ระบุความต้องการ การพัฒนาแบบจำลองด้วยโปรแกรมช่วยในการออกแบบผลิตภัณฑ์ จำลองการทำงานในโปรแกรมช่วยในการออกแบบในสภาวะการณ์ต่างๆ หาเงื่อนไขที่เหมาะสมในการพิมพ์ 3 มิติ พิมพ์ 3 มิติของชิ้นส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์ ประกอบชิ้นงานเป็นผลิตภัณฑ์เพื่อแสดงการทำงานตามฟังก็ชั่นที่กำหนด

ปฏิบัติการที่ 1: ออกแบบและพิมพ์ 3 มิติ ชิ้นงานต้นแบบ ผลิตแม่พิมพ์ซิลิโคนสำหรับการหล่อวัสดุ อิพ็อกซี่เรซิน

ปฏิบัติการที่ 2: ออกแบบและพิมพ์ 3 มิติ ชิ้นงานประกอบที่ไม่สามารถถอดออกจากกันได้ (เช่น นกหวีด)

ปฏิบัติการที่ 3: ออกแบบและพิมพ์ 3 มิติ ชิ้นงานเกียร์

ปฏิบัติการที่ 4: วิศวกรรมย้อนกลับสำหรับชิ้นส่วนเครื่องจักรกล

ปฏิบัติการที่ 5: ออกแบบและพิมพ์ 3 มิติ ชิ้นงานที่เชื่อมต่อกัน 3 จุด

ปฏิบัติการที่ 6: ออกแบบและพิมพ์ 3 มิติ สำหรับทำรูปบนแผ่นวัสดุกึ่งโปร่งแสง

ปฏิบัติการที่ ึ7: ออกแบบและพิมพ์ 3 มิติ ชิ้นงานประกอบที่มีความซับซ้อนที่มีชิ้นส่วนประกอบอย่างน้อย 8 ชิ้นที่สามารถเคลื่อนไหวได้

แหล่งการเรียนรู้:

Textbooks: No designated textbook, but class notes and handouts will be provided.

Laboratory: PPT handouts, necessary equipment, tools and consumables

Reference Books:

  1. ISO/ ASTM DIS 52900:2018 (E), (2018), Additive manufacturing – General principles – Terminology, ISO/ ASTM International 2018.
  2. Wohlers T., (2018), Wohlers Report 2018, 3D Printing and Additive Manufacturing State of the Industry: Annual Worldwide Progress Report, Wohlers Associates, ISBN ISBN 978-0-9913332-4-0.
  3. Redwood B., Schöffer F., Garret B., (2017), The 3D Printing Handbook: Technologies, design and applications, Editura 3D Hubs, ISBN 978-90-827485-0-5.
  4. Zhang J., Jung Y.G., (2018), Additive Manufacturing: Materials, Processes, Quantifications and Applications, Elsevier, ISBN 978-0-12-812155-9
  5. Gibson I., Rosen D., Stucker B., (2015), Additive Manufacturing Technologies – 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing, Editura Springer, ISBN 978-1-4939-2112-6.
  6. Page T., (2012), Design for Additive Manufacturing: Guidelines for Cost Effective Manufacturing, LAP Lambert Academic Publishing, ISBN 384732294X.
  7. Barnatt C., (2013), 3D Printing: The Next Industrial Revolution, CreateSpace Independent Publishing Platform, ISBN-13: 978-1484181768.
  8. Marchese K., Gorham R., Joyce J., Sniderman B., Passaretti M., (2017), 3D opportunity for business capabilities – Additive manufacturing transforms the organization, Deloitte Insights, Available at: https://www2.deloitte.com/content/dam/insights/us/articles/3256_3D-opportunity_AM-capabilities/DUP_3D-opportunity_business-capabilities.pdf,
  9. Öberg C., Shams T., Asnafi N., (2018), Additive Manufacturing and Business Models: Current Knowledge and Missing Perspectives, Technology Innovation Management Review, Available at: https://timreview.ca/sites/default/files/article_PDF/Öberg_et_al_TIMReview_June2018.pdf

Journals and Magazines:

  • Rapid Prototyping Journal, Emerald
  • Additive Manufacturing, Elsevier
  • Virtual and Physical Prototyping, Taylor and Francis
  • Journal of Materials Processing Technology, Elsevier
  • Computer Aided Design, Elsevier
  • Computer and Industrial Engineering, Elsevier
  • International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Springer
  • International Journal of Computer Integrated Manufacturing, Taylor and Francis
  • Robotics and Computer Integrated Manufacturing, Elsevier

Teaching and Learning Methods:

The teaching is done via lectures, laboratories and project sessions by the instructor. Tutorial sessions are conducted on the use of tools in each subject. The learning methods include group discussion, individual/group assignment and group project/case study.

Time Distribution and Study Load:

Lectures: 15 hours

Laboratories: 45 hours

Group project/Tutorials/Assignments/Self-study: 70 hours

Workshops for Group project preparation: 30 hours

Evaluation Scheme:  The final grade will be computed according to the following weight distribution: Mid-semester examination 20%, assignments, workshops and group projects 50%, final examination 30%. In final grading,

An “A” would be awarded if a student shows a deep understanding of the knowledge learned through home assignments, project works, and exam results.

A “B” would be awarded if a student shows an overall understanding of all topics.

A “C” would be given if a student meets below average expectation in understanding and application of basic knowledge.

A “D” would be given if a student does not meet expectations in both understanding and application of the given knowledge.

Developers: Mihaela-Elena ULMEANU (UPB), Pisut KOOMSAP (AIT), Dorota KLIMECKA (CUT), Thanate Ratanawilai (PSU), Chukree Daesa (PSU)

Course 12: Additive Manufacturing for Industry 4.0

Course 12: Additive Manufacturing for Industry 4.0

(Syllabus)

Last Update: February 1,  2020

Course Objective:

Additive Manufacturing (AM) is a technology supporting the sustainable rapid development of personalized complex design in various disruptive applications, especially in manufacturing and medical. This course aims to build student competence in AM and related technology. The students will learn fundamental knowledge of Additive Manufacturing and Reverse Engineering (RE) and their applications in manufacturing, medical and other sectors. Besides, the students will be proficient in practice design for additive manufacturing.

Learning Outcomes: The students on the completion of this course would be able to:

    • CLO1: Apply knowledge on additive manufacturing, and reverse engineering in a variety of domains (apply);
    • CLO2: Investigate process parameters for effective additive manufacturing (create);
    • CLO3: Differentiate principles behind additive manufacturing and reverse engineering technologies available in the market (analyze);
    • CLO4: Select an appropriate AM technology based on preset optimisation criteria (eg. cost, quality, time/ available resources) (evaluate);
    • CLO5: Apply design for additive manufacturing (DfAM) in practice for the development of new products (apply);
    • CLO6: Communicate effectively and work in a team environment (apply).

Prerequisite:  Computer Aided Design

 Course Outline:

Week Topic Workshop Learning Materials Teaching Materials Note
1 M1.1. Additive Manufacturing Basic Concepts and processes

1. Additive Manufacturing workflow
2. Benefits & Limitations of Additive Manufacturing
3. Applications of 3D printing (Aerospace, Automotive, Robotics, Tooling, Healthcare,
Design, Education etc.)
4. Main technologies (ISO/ ASTM DIS 52900:2018)

 MSIE-12-L-M1S1-W01 MSIE-12-T-M1S1-Le01
2 M1.2. Solid- Based Additive Manufacturing Technologies

1. Material Extrusion
Fused Deposition Modelling (FDM)
Fused Filament Fabrication (FFF)
Freeform Fabrication (FF)
2. Sheet lamination
Laminated Object Manufacturing (LOM)

 MSIE-12-L-M1S2-W01

MSIE-12-T-M1S2-W01

 MSIE-12-L-M1S2-L01

MSIE-12-L-M1S2-L01-W

 MSIE-12-T-M1S2-Le01

MSIE-12-T-M1S2-L01
3 M1.3. Powder-Based Additive Manufacturing Technologies

1. Powder Bed Fusion
Multi Jet Fusion (MJF)
Selective Laser Sintering (SLS)
Direct Metal Laser Sintering (DMLS)
Selective Laser Sintering (SLS)
Electron Beam Melting (EBM)
2. Direct Energy Deposition
Laser Engineering Net Shape (LENS)
Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM)

 MSIE-12-T-M1S3-Le01
4 M1.4. Liquid-Based Additive Manufacturing Technologies

1.  Vat photopolymerization
Stereolithography (SLA)
Digital Light Processing (DLP)
Continuous Digital Light Processing (CDLP)
2.   Material Jetting
Material Jetting (MJ)
NanoParticle Jetting (NPJ)
Drop on Demand (DOD)
3.  Binder Jetting

 MSIE-12-T-M1S4-Le01
5 M2.1. STereoLithography (STL) Models

1. ASCII STL
2. Binary STL
3. Color in binary STL
4. Facet normal
5. Use in 3D printing
6. Use in other fields
7. STL processing software

 MSIE-12-L-M2S1-W01 MSIE-12-L-M2S1-L01

MSIE-12-L-M2S1-L01-W

 MSIE-12-T-M2S1-Le01

MSIE-12-T-M2S1-L01
6 M2.2. Slicing Techniques

1. STL-based Slicing
2. Direct Slicing
3. Slicing Software

 MSIE-12-L-M2S2-L01

MSIE-12-L-M2S2-L01-W

 MSIE-12-T-M2S2-Le01

MSIE-12-T-M2S2-L01
7 M2.3. Reverse Engineering for Additive Manufacturing Applications

1. Reverse Engineering Technologies
2. Reverse Engineering Workflow
3. From Physical to Digital: Meshes and Solids

 MSIE-12-L-M2S3-W01

MSIE-12-L-M2S3-W02

 MSIE-12-L-M2S3-L01 MSIE-12-T-M2S3-Le01

MSIE-12-T-M2S3-L01
8 M3.1. Optimization of 3D printing process parameters

1. Machine preparation and settings
2. Design rules for 3D printing
3. Part quality (layer height, line width etc.)
4. Part shell (wall thickness, top/bottom thickness, bottom pattern initial layer etc.)
5. Part infill (infill density, infill pattern, infill support etc.)
6. Material characteristics (printing temperature, flow rate, diameter etc)
7. Printing speed and travel
8. Post-processing
9. Technology specific parameters

 MSIE-12-L-M3S1-L01

MSIE-12-L-M3S1-L01-W

 MSIE-12-T-M3S1-Le01

MSIE-12-T-M3S1-L01
9 M3.2. Influences, complementarity and Synergy in AM and conventional technologies

1. CNC manufacturing
2. Injection molding
3. Laser cutting & engraving
4. Stamping & cold plastic deformation

MSIE-12-L-M3S2-L01

MSIE-12-L-M3S2-L01-W

 MSIE-12-T-M3S2-Le01

MSIE-12-T-M3S2-L01
10 M3.3. Macro environment of AM

1. Workforce of the future
2. Intellectual property issues
3. Standards
4. Quality assurance
5. Manufacturing and Supply chain
6. Product design
7. Digital thread & Industry 4.0
8. European policies

 MSIE-12-L-M3S3-W01 MSIE-12-T-M3S3-Le01
11 M3.4. AM Business models and reshaping production

1. Cloud manufacturing
SHAPEWAYS (www.shapeways.com)
3D HUBS (www.3dhubs.com/)
SCULPTEO (www.sculpteo.com)
MATERIALISE (www.materialise.com/)
3D PRINT (www.3dprint.com)
3 x 3D – 3DPBM (https://www.3dpbm.com/),
PULSE (www.3dprintingmedia.network/),
INDEX (https://www.3dprintingbusiness.directory/)
FAB LAB (www.fablabconnect.com)

 MSIE-12-L-M3S4-L01

MSIE-12-L-M3S4-L01-W

 MSIE-12-T-M3S4-Le01

MSIE-12-T-M3S4-L01
12 – 15 M3.5. Case Studies/Group Projects MSIE-12-L-M3S5-W01

MSIE-12-L-M3S5-W02


Laboratory Sessions:

During each laboratory students undertake the following activities:

identify a need, design & develop a CAD model of a product, simulate the working movements in the CAD environment, optimize the 3D printing parameters for the function of the product, 3D print the product components, post process each component, assembly the product and demonstrate functionality.

Laboratory 1: Design and 3D print a master part; manufacture a silicone mold for rapid casting of epoxy resin.

Laboratory 2: Design and 3D print a non-demountable assembly (ex.: a whistle with the pellet inside);

Laboratory 3: Design and 3D print a functional gear assembly (use cylindrical, helical, conical or rack gears);

Laboratory 4: Reverse engineering of a mechanical part (engine cover and) and of an amorphous part (body part – hand, wrist)

Laboratory 5: Design and 3D print three joint types – cylindrical, spherical/ toroidal, universal joints (recommended application omni wheel)

Laboratory 6: Design and 3D print a Lithophane application (used pictures must be taken during the laboratory; a support must be designed for the 3D printed picture in order to incorporate the light source)

Laboratory 7: Design and 3D print a complex assembly with at least 8 moving parts (choose between: a mechanical iris or an adaptable phone/ camera mount)

 

Learning Resources:

Textbooks: No designated textbook, but class notes and handouts will be provided.

Laboratory: PPT handouts, necessary equipment, tools and consumables

Reference Books:

  1. ISO/ ASTM DIS 52900:2018 (E), (2018), Additive manufacturing – General principles – Terminology, ISO/ ASTM International 2018.
  2. Wohlers T., (2018), Wohlers Report 2018, 3D Printing and Additive Manufacturing State of the Industry: Annual Worldwide Progress Report, Wohlers Associates, ISBN ISBN 978-0-9913332-4-0.
  3. Redwood B., Schöffer F., Garret B., (2017), The 3D Printing Handbook: Technologies, design and applications, Editura 3D Hubs, ISBN 978-90-827485-0-5.
  4. Zhang J., Jung Y.G., (2018), Additive Manufacturing: Materials, Processes, Quantifications and Applications, Elsevier, ISBN 978-0-12-812155-9
  5. Gibson I., Rosen D., Stucker B., (2015), Additive Manufacturing Technologies – 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing, Editura Springer, ISBN 978-1-4939-2112-6.
  6. Page T., (2012), Design for Additive Manufacturing: Guidelines for Cost Effective Manufacturing, LAP Lambert Academic Publishing, ISBN 384732294X.
  7. Barnatt C., (2013), 3D Printing: The Next Industrial Revolution, CreateSpace Independent Publishing Platform, ISBN-13: 978-1484181768.
  8. Marchese K., Gorham R., Joyce J., Sniderman B., Passaretti M., (2017), 3D opportunity for business capabilities – Additive manufacturing transforms the organization, Deloitte Insights, Available at: https://www2.deloitte.com/content/dam/insights/us/articles/3256_3D-opportunity_AM-capabilities/DUP_3D-opportunity_business-capabilities.pdf,
  9. Öberg C., Shams T., Asnafi N., (2018), Additive Manufacturing and Business Models: Current Knowledge and Missing Perspectives, Technology Innovation Management Review, Available at: https://timreview.ca/sites/default/files/article_PDF/Öberg_et_al_TIMReview_June2018.pdf

Journals and Magazines:

  • Rapid Prototyping Journal, Emerald
  • Additive Manufacturing, Elsevier
  • Virtual and Physical Prototyping, Taylor and Francis
  • Journal of Materials Processing Technology, Elsevier
  • Computer Aided Design, Elsevier
  • Computer and Industrial Engineering, Elsevier
  • International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Springer
  • International Journal of Computer Integrated Manufacturing, Taylor and Francis
  • Robotics and Computer Integrated Manufacturing, Elsevier

Teaching and Learning Methods:

The teaching is done via lectures, laboratories and project sessions by the instructor. Tutorial sessions are conducted on the use of tools in each subject. The learning methods include group discussion, individual/group assignment and group project/case study.

Time Distribution and Study Load:

Lectures: 15 hours

Laboratories: 45 hours

Group project/Tutorials/Assignments/Self-study: 70 hours

Workshops for Group project preparation: 30 hours

Evaluation Scheme:  The final grade will be computed according to the following weight distribution: Mid-semester examination 20%, assignments, workshops and group projects 50%, final examination 30%. In final grading,

An “A” would be awarded if a student shows a deep understanding of the knowledge learned through home assignments, project works, and exam results.

A “B” would be awarded if a student shows an overall understanding of all topics.

A “C” would be given if a student meets below average expectation in understanding and application of basic knowledge.

A “D” would be given if a student does not meet expectations in both understanding and application of the given knowledge.

Developers: Mihaela-Elena ULMEANU (UPB), Pisut KOOMSAP (AIT), Dorota KLIMECKA (CUT)