L3999

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此页面是作为 2018 年阿尔托大学课程L3999 科学开源硬件 3D 打印的一部分创建的。现在是开放编辑，所以请随意改进它。Read more...

ELEC-L3999：科学开源硬件的 3D 打印

• 第四期会议：每周 2 次 T/TH 12:15 至 2PM 2 月 27 日至 3 月 29 日 R037 TU5
• 工作人员：Joshua M. Pearce 博士，美国密歇根理工大学客座教授、富布赖特阿尔托杰出主席。
• 登记。像往常一样，课程注册是通过 Oodi 进行的。
• 类别：L3999 2018
• 维基学院通用课程 - https://en.wikiversity.org/wiki/3D_Printing_of_Open_Source_Hardware_for_Science

这两个耦合课程将在第四期和第五期运行。

第四期： 科学开源硬件 3D 打印简介。

课程简介

本课程介绍如何在科学和工程应用中使用开源硬件的分布式数字制造。该领域的最新进展从根本上降低了科学设备的成本，同时实现了高质量、最先进的定制实验。

首先，本课程将概述开源硬件和技术发展的理论和实践。将解释许可问题。免费和开源设计和制造软件的使用及其用户社区都将得到强调和演示。接下来，课程将详细介绍工具本身和开源电子产品的设计、使用和维护。特别是，将详细讨论自我复制快速原型（RepRap），包括：用于操作和维护设备的硬件、固件、切片和打印机控制器软件。最后，将讨论 RepRap 技术的材料特性、应用和影响，以及其他开放硬件制造工具的开发。然后，

这将是一门基于项目的课程，学生将学习如何为自己的实验开发开放硬件，作业将通过逐步更复杂的设计挑战来培养学生的技能。最后也是最复杂的挑战将由学生选出来协助他们自己的研究小组，并将利用阿尔托 FabLab来制造该设备。

学分：5.0

先决条件。该课程适用于科学或工程专业的研究生。虽然也欢迎对该主题有浓厚兴趣的其他领域的学生，但他们应该具有基本的科学理解并精通技术。

为什么选择这门课程？

为什么选择 3D 打印？数据公司 Wanted Analytics 最近的一份报告发现，一个月内，生物医学、软件和运输行业等各个领域的工程职位列表中有 35%要求申请人熟悉 3D 打印。[1]福布斯解释了为什么3D 打印如此重要。据ING称，“到 2060 年，50% 的制成品将通过印刷实现”

为什么要开源？你会赚更多的钱，因为操作系统更有价值。最近的分析显示，带有关键字“Microsoft Windows”的工作平均工资为 64,000 美元，而带有关键字“Linux”的工作平均工资为 99,000 美元。[2]

为什么要在科学领域开源硬件？现在大量研究表明，定制科学硬件创造了巨大的价值，使科学能够更快地发展，提供更好的设备，并为科学资助者提供了令人惊叹的投资回报率。[3]

所需课程材料

教科书：JM Pearce，开源实验室（Elsevier，2014）。直接链接到阿尔托保护区，间接链接其他阅读材料将是课堂讲义、在线阅读和通过电子邮件发送的 pdf 文件。请参阅下面的超链接。

所需的免费开源软件：OpenSCAD、FreeCAD、Blender、Lulzbot Edition Cura。

笔记本电脑要带到课堂。

其他有用的书籍

• 构建开源硬件：黑客和创客的 DIY 制造
• 实用的实验室自动化：使用 AutoIt 让一切变得简单
• 实用的 Arduino：开源硬件的酷项目（技术在行动）

课程组织

本课程将以小组形式进行激烈的研讨会。学生应在课前阅读课程材料并积极参与讨论。大部分课堂时间将花在翻转课堂形式的项目上。每个学生将负责设计并在最终项目中构建开源科学硬件。学生将负责在全班面前就每个子主题的项目进行简短的演示。

学习目标

• 了解增材制造 (AM) 和聚合物 3D 打印的基础知识，以及新兴材料（例如金属、陶瓷、柔性材料、纳米复合材料、生物材料）和复杂结构的基础知识。
• 了解免费开源硬件 (FOSH) 设计、许可和文化的基础知识。
• 了解自我复制快速原型 (RepRap) 3D 打印机的维护、故障排除和操作。
• 了解基于熔丝制造 (FFF) 的 3D 打印的操作原理、功能和限制。
• 了解“3D 打印设计”的原理，并在速率、质量、成本、环境影响、社会控制和灵活性方面对增材制造工艺与传统制造进行比较和对比。
• 获得 RepRap 3D 打印机的实践经验；使用这些机器来制造复杂性不断增加的示例零件，对零件进行后处理并研究结果。
• 熟悉开源增材制造的完整工作流程，包括计算设计工具、固件、软件、文件格式、刀具路径生成和表征。
• 了解如何为定制应用的 RepRap 3-D 打印制作新零件和更改现有零件。
• 研究使用 3D 打印特别是科学设备的分布式制造的应用
• 了解设计开源科学硬件的要求
• 了解在开源科学硬件领域发布所需的文档
• 将开源 3D 打印置于不断发展的分布式制造基础设施的背景下。

等级

评分： 评分将基于 5 个日益复杂的项目。

1. OpenSCAD 晶体结构项目 15%
2. 工具定制 15%
3. L3999 最终项目
   1. 新颖设计：CAD 20%
   2. 新颖设计：演示 10%
   3. 新颖的设计：文档 40%

迟到的作业

每天扣10%，最多5个工作日，则0级。唯一的例外是有记录的疾病。错过的项目将受到总数百分比负平方的处罚。

课程政策

在小组作业中，您应该有适当的行为、出勤、参与和与同伴的协作。合作/剽窃规则 鼓励团队项目合作，但单个项目必须单独完成。遵守阿尔托大学的所有规则。

课程安排

OSL=开源实验室教科书

班级	日期	话题	去做
1	2-27	课程简介、课程组织、开放许可 - 高级共享	OSL 第 1,2 章，分配的最终项目
2	3-1	操作系统法律问题，Wiki 教程	带上笔记本电脑，OSL 第 3 章
3	3-6	OpenSCAD教程：	将您的用户页面发布到组类别：L3999 2018，已分配 OpenSCAD 项目
4	3-8	RepRap for Science：如何使用、设计自我复制 3D 打印机并排除故障：	OSL 第 5 章，Reprap.org
5	3-13	用于科学的操作系统微控制器：如何使用、设计和故障排除，3D 打印以增强强度	OSL 第 4 章，OpenSCAD 项目到期，定制项目分配。stl 转 scad
6	3-15	仅在线课程：FreeCAD 和 Blender 教程视频	Bram de Vries FreeCAD 视频教程（从8 中的 1开始）、在 FreeCAD 中使用 OpenSCAD 技巧、使用 Blender 进行 3D 打印建模、Blender 中的 2D 到 3D、使用 Blender 创建用于打印的 3D 模型：高级技巧
7	3-20	数字设计和科学硬件 I	OSL 6，L3999 最终项目分配
8	3-22	数字设计和科学硬件 II	致力于确定最终项目，示例
9	3-27	量化开源硬件的价值	OSL 7，定制到期
10	3-29	演讲	演示文稿到期
	4-13	新颖的设计文件已发布并已编辑 Appropedia 页面	最终项目到期

笔记：

• 4.19 FIRPA（芬兰快速原型协会）20周年大会将于2018年4月18日至19日在芬兰埃斯波奥塔涅米著名的迪波利会议中心举行。
• 中国中山免费金属3D打印培训
• >90% 金属 pla 丝https://www.thevirtualfoundry.com/

阿尔托大学的核心制作资源

• Aalto FabLab - 核心课程合作伙伴 7 个供课堂使用的 Lulzbots - 以及许多其他 3DP 和资源：可以通过 Aalto takeout、位置 Aalto fablab、数字制造方便地预订机器https://takeout.aalto.fi/fablab
• 阿尔托设计工厂- 资源丰富，定制 3DP 专业领域包括 ABS、机械加工、PCB 和硅胶等。
• A Space - 主要是设计、纺织品，但也有一些 3DP、培训和使用消耗品的成本
• ADD 实验室- 高级 AM

附加读物和媒体

模块 1：职业安全与卫生简介

1. OSL 第 1 章 2 OSH 简介、大教堂和集市、Microsoft OSH、OSH 介绍视频、TEDxBoulder - Nathan Seidle (Sparfun)- 开放硬件将如何接管世界、Jeff Moe 的 Lulzbot 工厂参观和 OSH 业务讨论、加速回报法则Ray Kurzweil，创客是否提出了更加开源的未来？- Idea Channel，PBS Digital Studios，2015 年 OSS 走向核化，开源能否改变电子硬件？
2. OSL 第 1 章 3 操作系统许可证操作系统许可证、知识共享版权许可证、GNU-Linux 操作系统软件、3D 打印的未来：更智能的知识产权策略、更少的诉讼

模块 2：开源 CAD

1. OpenSCAD、OpenSCAD 手册、用于 3D 打印的 OpenSCAD Kindle 版、Github 上的 MOST SCAD 库、面向对象的 OpenSCAD、RapCAD、Aaltoblock
2. FreeCAD、Bram de Vries FreeCAD 视频教程（从第 1 个开始，共 8 个）在 FreeCAD 中使用 OpenSCAD 技巧
3. Blender、使用 Blender 进行 3D 打印建模、Blender 中的 2D 到 3D、使用 Blender 创建用于打印的 3D 模型：高级技巧

1. 技巧 -多色、增强 3D 打印零件的几种方法、McMaster-Carr 的 3D 打印、3DHubs - 如何优化 FFF 设计
2. 使用开源软件将 2D 图像转换为 3D 进行打印，通过 Inkscape 将图像转换为 OpenSCAD、Celtic Knot SCAD、Bezier 曲线和 Blender 的结脚本
3. 开源摄影测量、开源 3D 扫描仪

第 3 单元：RepRap

再现说唱

1. OSL 第 1 章 5
2. 观看RepRap 视频，RepRap 项目 - Ranellucci
3. RepRap 构建 OSL 第 1 章 5，Delta构建概述：MOST，Athena构建概述，需要帮助请转到这里https://groups.google.com/a/mtu.edu/forum/?hl=en#!forum/most-delta-users-l然后使用电子邮件：most-delta-users-l@mtu.edu
4. MOST Delta mods - 另请参阅：Github MTU-MOST 存储库、开源注射泵、开源金属 3D 打印机、MOST mods（不完整但已实现）、PCB 设计的另一种方法
5. 机械强度：在现实环境条件下使用开源 3D 打印机制造的组件的机械性能、PLA 颜色对 3D 打印组件材料性能的影响、所有材料的预打印

鲁兹博特

1. 塔兹6
2. 鲁兹机器人迷你
3. TAZ 6 指南
4. 塔兹迷你指南
5. Lulzbot Cura 快速打印配置文件
6. 八字印

软件工具链

1. 软件 - 切片器RepRap Magazine 1、Slic3r、Cura、RepRapPro Slicer、调整 AtoZ Cura 插件、Matter Control
2. 打印机控制器 - Printrun、Franklin -如何在 777 打印机上安装 Franklin、Franklin 使用视频、使用 Franklin（长）、黑客 Franklin

1. OSL 第 1 章 4 个操作系统微控制器Arduino 教程、Makershed 比较、Jeremy Blum TED 演讲、Nathan Seidle-SparkFun

模块 2：操作系统社区

1. RepRap IRC、RepRap 论坛、RepRap 小组
2. Arduino 论坛、Arduino 谷歌小组
3. 免费开放的设计存储库，http://www.yeggi.com/ http://www.stlfinder.com/
4. 技巧：支撑、筏、零件、方向、填充、切片机选择、问题图解指南、重新打印故障排除图解指南、校准照片、RichRap Slic3r 更好、活动铰链、后期处理
5. Appropedia , 777 演示页面

模块 5：操作系统科学

1. OSL 第 1 章 1 个3D 打印科学设备示例
2. OSL 第 1 章 6
3. OSL 第 1 章 7

• 政策：量化 FOSH 的价值、投资回报率、全民科学：如何制作免费的开源实验室硬件、《科学美国人》、美国国家工程院关于开源硬件的特刊

其他

1. 后处理https://www.3dhubs.com/knowledge-base/post-processing-fdm-printed-parts
2. Recyclebot，开源生态 TED 演讲
3. 《经济学人》——第三次工业革命，我们的未来——OS3DP开源金属3D打印机的类型
4. 第一届“低成本 3D 打印促进科学、教育和可持续发展”国际研讨会，25. 希望与恐惧，27. 开放硬件和 Arduino，31. 史前藏品：将泄露的藏品数字化以及对数字版权和专有博物馆藏品的有趣观点, 33. 将 CAD 模型带入物理对象：Ranelucci 视频，54. 3D 打印的未来：另一个 Ranelucci 视频。

第五阶段：科学开源硬件的先进 3D 打印

第五期： 科学开源硬件的高级 3D 打印（仅限受邀者）第 1 期的最佳学生项目将被选出来，在课程的第 2 期进一步完善。这将侧重于文档、设计优化、验证、技术规范评估、经济分析和同行评审文献的写作。课程成果将是一份经过同行评审的出版物，提交给诸如 HardwareX（Elsevier 的新期刊 HardwareX）之类的期刊，以鼓励科学硬件的开放设计。

先决条件：ELEC-L3999 第 V 期和讲师的邀请。

学分：5.0

第五期会议：每周 1 次：4 月 17 日星期二至 5 月 25 日。

工作人员： Joshua M. Pearce 博士，美国密歇根理工大学客座教授，2017-2018 年富布赖特阿尔托杰出主席。

评分：评分将基于开源硬件文章的准备情况以供同行评审。

上学期班级：L3999-Fall2018

日程

发送电子邮件至 joshua.pearce@aalto.fi

1. 4 月 17 日出版的重要性，算法简介：MOST 论文写作，Lit。评论，佐特罗
2. 4月24日OS Research ,期刊精选, 影响因子, h-index
3. 5 月 1 日方法和HardwareX 模板 Lit 审核到期（公众假期）
4. 5 月 8 日结果/数据、如何制作要发布的数据、审稿流程、大纲、审稿人、期刊选择到期
5. 5 月 15 日讨论、未来工作和结论、倒数第二个设计/实验到期
6. 5 月 22 日草稿 1 到期 陈述
7. 5 月 29 日最终项目完整文档将于午夜截止

美国的机会

• ASLA-富布赖特研究生助学金旨在资助芬兰研究生前往美国学习一学年（学习或推进博士研究）：http://www.fulbright.fi/fi/stipendiohjelmat-maisteri-ja-tohtoritason-opintoihin -ja-tutkimukseen/asla-fulbright-graduate-grants（该项目的申请轮现已开放，申请截止日期为 5 月 20 日！）
• 此外，该项目现已开放，与研究生补助金类似，但特别针对技术领域：http://www.fulbright.fi/fi/stipendiohjelmat-maisteri-ja-tohtoritason-opintoihin-ja-tutkimukseen/fulbright-科技行业（DL 5 月 20 日！）
• 博士前学生的另一个选择是我们的 ASLA-富布赖特博士前研究员计划，该计划仅适用于博士生：http://www.fulbright.fi/fi/stipendiohjelmat-maisteri-ja-tohtoritason-opintoihin-ja- tutkimukseen/博士前（2018 年 12 月 DL）

潜在目标期刊

科学期刊的核心开放硬件

• 硬件X
• 开放硬件杂志

传统的

• PloS 1 IF=2.806
• 《实验室自动化杂志》(JALA) 现已更名为 SLAS 技术
• 仪器和实验技术，IF 0.437
• IEEE 自动化科学与工程汇刊
• 科学仪器审查
• 测量科学与技术
• 您所在领域的专业期刊

纯OA期刊

• 设计
• 仪器
• 发明
• 技术

3D打印专用期刊

• 国际先进制造技术杂志(JIF=1.205) http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00170-012-4605-2
• Rapid Prototyping Journal。增材制造和 3D 打印研究的国际期刊。http://web.archive.org/web/20131225171042/http://www.emeraldinsight.com/products/journals/journals.htm?id=rpj (JIF=1.02)
• 3D 打印和增材制造期刊（Mary Ann Liebert, Inc.，出版商） http://www.liebertpub.com/new
• 制造技术管理杂志。http://web.archive.org/web/20140525064253/http://www.emeraldinsight.com:80/journals.htm?articleid=1810508
• 增材制造- Elsevier 新的编号参考文献
• 3D 打印材料和系统- Springer 全新、完全开放的访问
• 增材制造的进展- Springer，新的开放获取 APC 编号
• International Journal of Precision Engineering and Manufacturing Springer，IF 1.0，付费 315 美元，6 页，模板，编号
• 国际增材制造技术杂志- 新 - 尚未接受论文 出版商 - 印度增材制造协会 (AMSI)

协议期刊可能有兴趣

• 自然协议IF=10
• 方法X

影响因子

学术期刊的影响因子（IF）是反映该期刊最近发表的文章的年平均引用次数的指标。它经常被用来衡量期刊在其领域内的相对重要性。在任何给定年份，期刊的影响因子是该期刊前两年发表的文章在该年收到的引用次数除以该期刊前两年发表的文章总数。该杂志上的文章在发表后很快就被引用了。* 由于引用计数的分布高度倾斜，因此如果用于衡量期刊中文章的典型影响而不是期刊本身的总体影响，则平均引用次数可能会产生误导。例如，

• 自从文章开始以数字方式提供以来，期刊影响因子与其中论文的引用率之间的关系强度一直在稳步下降。[4]
• 开放获取提高了引用率。[5]，普林斯顿

列表：

• http://www.scimagojr.com/journalrank.php
• http://www.scijournal.org/
• https://jcr.incites.thomsonreuters.com/JCRJournalHomeAction.action？

20 多种顶级期刊（《自然》和《科学》~40），高选择性期刊在十几位（Proceedings NAS 为 9），专业期刊 >1（例如 APL 3.4），新的或未知期刊 <1。

根据主题的受欢迎程度，随着时间的推移会发生很大的变化。

h指数

指数的定义是指数为h的学者发表了h篇论文，每篇论文至少被其他论文引用了h次。因此，h 指数既反映了出版物的数量，也反映了每份出版物的引用次数。该指数旨在改进更简单的衡量标准，例如引用或出版物的总数。该指数仅适用于比较同一领域的科学家；不同领域之间的引用约定差异很大。

输入数据来自基于订阅的数据库，例如Scopus和提供自动计算器的Web of Knowledge 。Harzing 的 Publish or Perish程序根据Google Scholar条目计算 h 指数。

强烈建议在所有 3 个网站上声明您的个人资料并进行管理，并在以下网站上设置帐户： 帮助确保作者身份

• 兰花,
• 研究ID，

为了传播您的作品开放获取

• 学术.edu ,
• 研究门，

用于网络和工作

• 领英,

您还可以在某种程度上预测您未来的 hindex。您可以控制的变量包括文章数量、不同期刊的数量以及顶级期刊中的文章数量。

与老同事比较：m指数定义为h/n，其中n是自该科学家首次发表论文以来的年数；也称为 m 商。您还可以从他们的 Google Scholar 个人资料中减去起始年份的差异。

h指数：（主要研究型大学教师的目标）

h≈18：晋升正教授15≤h≤20：美国物理学会的研究员通常可能出现在这个级别h≥45：美国国家科学院院士资格通常与这样的值相关，除非在特殊情况下。