ビリー・ウー博士（インペリアル・カレッジ・ロンドン）インタビュー：研究・教育における3Dプリント革新

このインタビューでは、インペリアル・カレッジ・ロンドンのビリー・ウー博士が、3Dプリントがいかに研究、教育、起業家精神を変革しているかを探り、チームのブレークスルー金属プリント技術を明かします。

 

3Dプリントを追求しようと決めた具体的な瞬間はありましたか？

私は現在、インペリアルのダイソン・スクール・オブ・デザイン・エンジニアリングで教鞭を執っており、学部時代から現在の役職まで過去12年間をここで過ごしてきました。私のバックグラウンドは機械工学で、旋盤、精密加工、正確な図面と厳しい公差を重視するスキルを磨きました。

博士課程中、実験的な研究には多数のカスタムコンポーネントのラピッドプロトタイピングが必要でした。金属加工も可能でしたが、プリンター価格の低下もあり、3Dプリントがより速く柔軟なソリューションを提供しました。この経験が、アディティブ・マニュファクチャリングの速度と適応性への理解を深め、今やインペリアルのデザインカリキュラムの中心原則となっています。

「早期失敗」の哲学は、迅速な反復の価値を強調します。従来の機械加工のような時間のかかるリードタイムなしで、設計を評価、修正、再プリントでき、研究と教育の両方に理想的です。

現在、私たちの施設には多様なプリンターポートフォリオがあります：FDM、ポリマージェッティング、カーボンファイバー強化可能なコンポジットシステム、そして整形外科インプラント、航空宇宙用途など向けの高性能部品を生産する専用金属アディティブ・マニュファクチャリングラボ。

 

自身の研究での3Dプリント利用から、大学全体の学生への活用へどう移行したのですか？

私はインペリアル・カレッジ・アドバンスト・ハックスペースの運営で鍵を握っています。これはアクセス障壁を取り除くキャンパス全体のリソースです。あらゆるインペリアル学生に無料・オンデマンドの3Dプリントを提供することで、ラピッドプロトタイピングを民主化し、学生主導プロジェクトの急増を促しました。

ロイヤル・カレッジ・オブ・アートとの共同MScイノベーション・デザイン・エンジニアリングは、卒業生の約60%が自分のスタートアップを立ち上げています。これらの学生はアイデアをプロトタイピングし、ベンチャーキャピタリスト・チャレンジなどのイベントでピッチし、Kickstarterでクラウドファンディングさえ行っています。

大学はラピッドマニュファクチャリングの価値を認識し、これらの能力への更なる投資を促しました。

 

学生が初めてこれを試すとき、特にファイルをプリント可能にする際の学習曲線はどうですか？

学生のCAD経験レベルは様々ですが、多くはまだ3Dプリントを従来の機械加工の直接的代替と見なしています。このマインドセットは技術のポテンシャルを制限します。真のイノベーションを解き放つには、設計者は「アディティブ・マニュファクチャリング向け設計」原則を採用しなければなりません。例えば、軽量で荷重を支える構造を自動生成する最適化アルゴリズムなどです。

3Dプリントがビルド段階を加速する一方で、モデル修復、サポート生成、スライシングを含む前処理は時間がかかります。コンピュータ支援設計でこれらのステップを自動化することで、コスト削減と更なる効率化が可能になります。

 

インペリアルで3Dプリントが始まって以来、見られたリアルな成功事例は？

際立ったプロジェクトの一つは、学生マークス・カイザーによる「ソーラーシンター」の設計です。遠隔環境での使用を想定し、太陽光を砂に集中させ、材料を溶かしてガラスのような構造物（ボウルから建築要素まで）を、現地調達資源のみで作成できます。

これらの革新は循環型経済の原則を示しています：現地で部品を生産することで、輸送コストと廃棄物を削減。これは将来の採掘と建設プロジェクトの中心概念です。

私の研究グループは新しいアディティブ・マニュファクチャリングプロセスを先導しています。最近、FDMを模倣したデスクトップスケール金属プリンターに関する論文を発表しました。この手法は電気メッキ（金属浴での電圧印加）で金属を層ごとに析出させ、電位を反転させることで選択的腐食を可能にし、アディティブとサブトラクティブの両方の成形を実現します。

例えば、宇宙飛行シナリオでは、この可逆プロセスでスパナを3Dプリントし、その後金属を回収して再利用でき、真のクローズドループ製造サイクルを創出します。

この技術は複数金属にも対応し、電子回路やスマートセンサーのプリントへの扉を開きます。将来の部品に歪みセンサーや自動バルブを埋め込み、コンポーネントをインテリジェントなデバイスへと変えることを予見しています。

設計ツールが成熟するにつれ、静的な3Dオブジェクトから、時間とともに適応する動的な4D構造へのシフトを予期しています。

 

これらすべての新技術が開発中であることを踏まえ、今後数年で業界全体がどう進化すると見ていますか？

3Dプリントは広範な技術スペクトルを含むことを認識することが重要です。ガートナーのハイプサイクルによれば、私たちはまだ過度な期待のピーク近くにあり、幻滅の谷の直前です。FDM、SLS、DMLSは生産性の高原に近づいていますが、バイオプリントのようなニッチ分野は依然として高度にハイプされつつ、徐々に専門的な役割を見出しています。

ラピッドツーリング、複雑形状、材料最適化など、アディティブ・マニュファクチャリングが明確な利点を提供するアプリケーションに焦点を当てることで、業界は成熟し続け、具体的な価値を提供し続けるでしょう。

インペリアルのデザイン工学イニシアチブの詳細については Imperial College Design Engineering をご覧ください。