インタビュー：インペリアルカレッジロンドンのビリーウー博士

今日のブログでは、ImperialCollegeのDrBilly Wuと話し合い、研究と教育における3D印刷のアプリケーション、Imperialの学生が3D印刷されたプロトタイプをビジネスチャンスに変える方法、そして彼のチームの革新的な新しい金属印刷方法について話し合います。

3D印刷を追求したいと思った特定の瞬間はありましたか？

私はここインペリアルのダイソンデザインエンジニアリングスクールの講師です。私は学部生から実際に12年間ここにいます。私は現在、設計工学を専攻していますが、機械工学を始めたので、ミル、旋盤、および同様の技術で物を作ることを非常に学びました。優れた設計図や公差などの喜びを学びました。

博士号を取得しているときはかなり実験的だったので、リグなどのコンポーネントをたくさん作らなければなりませんでした。金属で作ることもできましたが、3Dプリントする方がはるかに簡単でした。 3Dプリンターの価格が下がったのはその頃で、必ずしも金属製である必要はなかったので、私にとっては、生産速度の点ではるかに使いやすいテクノロジーでした。それは私にこだわったことであり、今ここインペリアルでデザインコースを運営しているので、できるだけ早く製造することに重点が置かれています。

「早く失敗する」という精神は良いものです！コンポーネントの製造に数週間を費やすと、必要なコンポーネントではないことがわかります。そのため、非常に迅速に製造できることは、研究と教育にとって非常に魅力的でした。

それ以来、3Dプリント機能を強化してきました。 FDMやポリマー噴射機などのプラスチック製3Dプリンターのほか、炭素繊維で印刷できる複合3Dプリンターなど、よりエキゾチックなプリンターもあります。また、医療用整形外科用インプラントのコンポーネント、航空宇宙コンポーネントなどの製造など、高度な研究のための金属積層造形施設も運営しています。

3D印刷を自分の研究のためだけに使用することから、大学全体の学生に使用することへとどのように移行しましたか？

ここインペリアルで実行するのに役立つものの1つは、Imperial College AdvancedHackspaceです。学生の3D印刷に関する最初の問題のひとつは、参入障壁でした。学生がアイデアを持っていて、プロトタイプを作成したい場合、それがスケジュールされていなかったり、カリキュラムの一部でなかったりすると、ワークショップに参加するのは非常に困難でした。私たちはそれらの障壁を打ち破りたかったので、ハックスペースを開始しました。これにより、Imperialのすべての学生が私たちの製造能力に完全に無料でアクセスできるようになりました。それ以来、それは本当に離陸しました。大学はそれに持ち込み、彼らが成果を見てきたように、私たちの能力を成長させることを可能にしています。

また、イノベーションデザインエンジニアリング（IDE）と呼ばれる王立芸術大学との共同マスターを運営しています。そのコースでは、学生の約60％が独自のスピンオフ会社を立ち上げます。彼らはクールなアイデアを思いつき、それをプロトタイプ化してから、ドラゴンズデンの競争のようなベンチャーキャピタリストチャレンジのような場所で売り込むか、キックスタータープロジェクトを行います。

大学はラピッドプロトタイピングの価値を実際に認識しており、それが彼らがそれにますます投資している理由です。

生徒がこれを初めて試すとき、特にファイルを印刷可能にするときの学習曲線はどのようなものですか？

それはあなたが誰と話すかによります。一部の学生はCADの経験が豊富ですが、従来の製造を念頭に置いてコンポーネントを設計しています。私を苛立たせているのは、生徒が私のところに来て、たとえば立方体を印刷したいときです。彼らは、テクノロジーを使って他のすべてのことができることに完全には気づいていません。現時点では、これは従来の製造業に代わるものと見なされているだけです。つまり、テクノロジーを最大限に活用していないということです。

アディティブマニュファクチャリングの真のブレークスルーが必要な場合は、アディティブマニュファクチャリング用に設計する必要があります。最適化アルゴリズムを利用すると、次のように言うことができます。「これら2つのポイントでこれら2つをまとめるコンポーネントが必要です。負荷をサポートし、可能な限り軽量な構造を作成してください。」ここでは、このようなコンピュータ支援設計を数多く行っています。ここでは、たとえば、「このコンポーネントのドラフトは10度になるので、コンポーネントの形状をコンピュータに決定させます。正しく見えると思います。」コンピューターは、最適なオプションを特定する前に何百万ものオプションを試行するため、直感的ではないソリューションに到達する可能性があります。

3Dプリントは製造プロセスをスピードアップするとよく言われます。実際の製造は高速化されますが、前処理には実際にはかなりの時間がかかる可能性があるため、コンピューターにそれを実行させることができれば、より安価ではるかに効果的です。

インペリアルで3D印刷が開始されて以来、これまでに見た実際のサクセスストーリーにはどのようなものがありますか？

非常にクールなプロジェクトの1つは、新しい3D印刷プロセスの開発でした。コンセプトは、遠くの場所（たとえば月！）に出かけて何かを製造したい場合、レンガを運ぶのではなく、地元の資源を利用したいというものでした。 IDEの学生の1人であるMarkusKayserは、サハラに出かけたときに、この目的のためにいわゆる「ソーラーシンター」を設計しました。このプリンターは本質的に、砂を溶かすために使用できる特定のポイントに太陽の光を集中させる大きな光学レンズを備えたボックスでした。その点を動かすことで、彼は砂を使ってガラスを効果的に3Dプリントし、ボウルやアート作品などを作ることができました。それから建物を作ることもできます！

廃棄物を再利用するサーキュラーエコノミーについてよく言われますが、その中で3Dプリンティングは、特に地域の資源を活用する上で大きな役割を果たしています。たとえば、鉱山を開発していて、必要な建物を3D印刷する場合は、材料を遠隔地に輸送するよりも理にかなっています。また、利用可能な資料を再利用することも重要です。私はここで研究グループを運営しており、これを長期的な目標の1つとして、新しいタイプの3Dプリントの開発を試みています。私たちはレニショーAM250を使用して直接金属レーザー焼結で多くのことを行いますが、金属印刷をより消費者レベルにしたいと考えているため、別の種類の技術が必要です。

FDMマシンに似た新しいタイプの金属3Dプリンターに関する論文を発表したばかりなので、デスクトップユニットにすることができます。このプロセスは電気めっきに似ており、めっき液に電圧を印加して、浴中の金属を物体上に移動させます。このプロセスは何十年も前から行われているので、私たちは金属を室温で非常に簡単に置く方法を知っています。私たちが行ったのは、注射器を取り、それをめっき液（この場合は硫酸銅）で満たし、それを3Dプリンターとして使用して、金属を目的の構造に操作しました。これの利点は、電位をオン/オフすることで金属構造を印刷できるため、付加的であるということですが、電位を正から負に切り替えることで、実際に金属を溶液に腐食させてさらに進めることができるため、減法混色でもあります。パーツを成形します。

私はいつも、宇宙に行ったことがあれば、スパナを3D印刷したいが、その素材を再利用できるようにしたいという例を使用します。私たちの方法では、ポテンシャルを逆転させることで、材料が溶液に戻るだけなので、再利用できます。これにより、廃棄物を再利用できるサーキュラーエコノミーが生まれます。

このプロセスでは、複数の材料（銅、ニッケルなど）を使用できるため、電子回路やセンサーなどのデバイスの印刷を開始できます。 3D印刷の場合、次のステップはそれにインテリジェンスを追加することだと思います。たとえば、ひずみセンサーなどを内蔵した部品を印刷している人がいると思いますので、部品の装填方法がわからない場合は、故障が近づいて交換が必要になったときにセンサーが教えてくれます。もう1つの例は、温室のようなスペースに水を排出するように設計されたバルブで、温度が高くなりすぎると自動的に開きます。つまり、機能を素材に組み込み、コンポーネントがスマートになり始めます！

デザインツールが高度化すると、3Dオブジェクトだけでなく、時間の経過とともに進化するこのような4Dオブジェクトのデザインも開始されると思います。

これらすべての新しいテクノロジーが開発されている中で、今後数年間で業界全体で物事がどのように進化していくと思いますか？

3D印刷のリスクの1つは、実際にはかなりの多様性があるにもかかわらず、人々がすべてのテクノロジーをひとまとめにすることです。 Gartner Hype Cycleに照らして新しい3D印刷技術を検討すると、「幻滅の谷」に入る直前に、誰もが可能性に興奮している「期待のピーク」にあります。

FDMとSLSはこのプロセスを経て、人々はすべてを3D印刷したいと考えていましたが、テクノロジーが射出成形と競合できないことに気づきました。しかし、最終的には、成形ツールと固定具を印刷できることに気付きました。これは、製造に多額の費用がかかるため、理にかなっています。これが発生すると、テクノロジーが非常に役立つ「生産性のプラトー」に到達します。

さまざまな3D印刷技術が、その曲線のさまざまなポイントにあると思います。 FDM、SLS、DMLSなどのテクノロジーは、すでにその「生産性のプラトー」に近づいていますが、バイオプリンティングなどの他のテクノロジーは過度に誇大宣伝されているように感じます。ただし、最終的には、真の価値を提供し、実際に真の違いを生み出すことができるニッチなアプリケーションを見つけると思います。

http://www.imperial.ac.uk/design-engineering/