Wawancara:Dr Billy Wu dari Imperial College London

Hari ini di blog, kami duduk bersama Dr Billy Wu dari Imperial College untuk membahas aplikasi pencetakan 3D dalam penelitian dan pendidikan, bagaimana siswa Imperial mengubah prototipe cetakan 3D mereka menjadi peluang bisnis, dan metode pencetakan logam baru yang revolusioner dari timnya.

Apakah ada momen tertentu saat Anda memutuskan bahwa pencetakan 3D adalah sesuatu yang ingin Anda kejar?

Saya seorang dosen di Dyson School of Design Engineering di Imperial. Saya sebenarnya sudah di sini selama 12 tahun, sejak saya sarjana. Saya sekarang berada di bidang teknik desain, tetapi saya memulai di bidang teknik mesin, jadi pelatihan saya sangat banyak belajar membuat sesuatu di penggilingan, mesin bubut, dan teknologi serupa. Kami mempelajari kegembiraan gambar teknik yang baik, toleransi, dll.

Ketika saya melakukan PhD saya, itu cukup eksperimental, jadi saya harus membuat banyak komponen untuk rig dan sebagainya. Meskipun saya bisa membuatnya dari logam, jauh lebih mudah untuk mencetaknya secara 3D. Sekitar waktu itulah harga printer 3D turun, dan saya tidak selalu membutuhkan bahan logam, jadi bagi saya, itu adalah teknologi yang jauh lebih mudah digunakan dalam hal kecepatan produksi. Itu adalah sesuatu yang melekat pada saya, dan sekarang kami menjalankan kursus desain di sini di Imperial, penekanannya adalah pada manufaktur secepat mungkin.

Etos 'gagal cepat' bagus! Anda dapat menghabiskan beberapa minggu untuk membuat komponen hanya untuk menemukan bahwa itu bukan yang Anda inginkan, jadi dapat memproduksi dengan sangat cepat sangat menarik untuk penelitian dan pengajaran.

Sejak itu, kami telah meningkatkan kemampuan pencetakan 3D kami. Kami memiliki berbagai printer 3D plastik yang kami gunakan dengan siswa, termasuk FDM dan mesin jetting polimer, bersama dengan printer yang lebih eksotis, seperti printer 3D komposit yang dapat mencetak dalam serat karbon. Kami juga menjalankan fasilitas manufaktur aditif logam untuk penelitian tingkat tinggi, seperti pembuatan komponen untuk implan ortopedi medis, komponen aerospace, dan sebagainya.

Bagaimana Anda beralih dari menggunakan pencetakan 3D hanya untuk penelitian Anda sendiri menjadi menggunakannya dengan mahasiswa di seluruh universitas?

Salah satu hal yang saya bantu untuk dijalankan di Imperial adalah Imperial College Advanced Hackspace. Salah satu masalah awal dengan pencetakan 3D untuk siswa adalah hambatan masuk. Jika seorang siswa memiliki ide dan ingin membuat prototipe, sangat sulit untuk masuk ke bengkel jika tidak sesuai dengan jadwal atau bagian dari kurikulum mereka. Kami ingin mendobrak penghalang itu, jadi kami memulai Hackspace kami, yang memungkinkan siswa mana pun di Imperial mengakses kemampuan manufaktur kami — benar-benar gratis. Sejak itu, itu benar-benar lepas landas. Perguruan tinggi telah membawanya dan memungkinkan kami untuk mengembangkan kemampuan kami, sebagaimana mereka telah melihat hasilnya.

Kami juga menjalankan Master bersama dengan Royal College of Art yang disebut Innovation Design Engineering (IDE). Dalam kursus itu, sekitar 60% siswa melanjutkan untuk memulai perusahaan spin-off mereka sendiri. Mereka datang dengan ide keren, mereka membuat prototipe, dan kemudian meluncurkannya di tempat-tempat seperti Venture Capitalist Challenge, seperti kompetisi Dragons' Den, atau melakukan proyek Kickstarter.

Perguruan tinggi telah benar-benar melihat nilai manufaktur yang cepat, dan itulah sebabnya mereka semakin banyak berinvestasi di dalamnya.

Seperti apa kurva belajar ketika siswa mencoba ini untuk pertama kalinya, terutama dalam hal membuat file mereka dapat dicetak?

Itu tergantung pada siapa Anda berbicara. Beberapa siswa sangat berpengalaman dengan CAD, tetapi masih merancang komponen dengan mempertimbangkan manufaktur tradisional. Yang membuat saya frustrasi adalah ketika siswa datang kepada saya dan ingin mencetak, misalnya, sebuah kubus. Mereka belum cukup menyadari bahwa mereka dapat melakukan semua hal ini dengan teknologi. Saat ini, ini hanya dilihat sebagai pengganti yang sama untuk manufaktur tradisional, yang berarti bahwa kami tidak mendapatkan hasil maksimal dari teknologi.

Jika Anda menginginkan terobosan nyata dalam manufaktur aditif, Anda perlu merancang untuk manufaktur aditif. Anda dapat menggunakan algoritme pengoptimalan, di mana Anda dapat mengatakan, “Saya memerlukan komponen untuk menyatukan kedua hal ini pada dua titik ini. Buatkan saya struktur yang menopang beban dan seringan mungkin”. Kami melakukan banyak desain berbantuan komputer seperti itu di sini, di mana kami membiarkan komputer memutuskan apa bentuk komponen yang seharusnya, daripada mengatakan (misalnya), “Saya akan memiliki draf 10 derajat pada komponen ini karena saya pikir itu terlihat benar”. Komputer mungkin sampai pada solusi yang tidak intuitif, karena komputer mencoba jutaan opsi sebelum mengidentifikasi yang optimal.

Kami sering mengatakan bahwa pencetakan 3D mempercepat proses manufaktur. Meskipun mempercepat pembuatan yang sebenarnya, pra-pemrosesan sebenarnya bisa memakan waktu cukup lama, jadi jika Anda bisa membuat komputer melakukannya untuk Anda, itu lebih murah dan jauh lebih efektif.

Sejak pencetakan 3D diluncurkan di Imperial, apa saja kisah sukses nyata yang Anda lihat?

Salah satu proyek yang sangat keren melibatkan pengembangan proses pencetakan 3D baru. Konsepnya adalah jika Anda pergi ke tempat yang jauh (misalnya, bulan!) dan ingin membuat sesuatu, Anda tidak ingin mengangkut batu bata — Anda ingin memanfaatkan sumber daya lokal. Salah satu siswa IDE kami, Markus Kayser, merancang apa yang disebut 'sinterer surya' untuk tujuan ini ketika dia pergi ke Sahara. Printer ini pada dasarnya adalah sebuah kotak dengan lensa optik besar yang memfokuskan cahaya matahari ke titik tertentu yang dapat digunakan untuk melelehkan pasir. Dengan memindahkan titik itu, dia bisa menggunakan pasir untuk mencetak kaca 3D secara efektif, memungkinkan dia membuat benda seperti mangkuk, karya seni… Anda bahkan bisa membuat bangunan darinya!

Orang sering berbicara tentang ekonomi sirkular, di mana kami menggunakan kembali produk limbah kami, dan pencetakan 3D memiliki peran besar dalam hal itu, terutama dengan penggunaan sumber daya lokal. Jika Anda sedang mengembangkan tambang, misalnya, dan Anda mencetak 3D bangunan yang Anda butuhkan, itu lebih masuk akal daripada mengirimkan material ke lokasi yang jauh. Ini juga tentang menggunakan kembali bahan yang tersedia. Saya menjalankan grup riset di sini di mana kami mencoba mengembangkan jenis pencetakan 3D baru dengan ini sebagai salah satu tujuan jangka panjang. Kami melakukan banyak hal dengan sintering laser logam langsung, menggunakan Renishaw AM250, tetapi kami ingin pencetakan logam menjadi tingkat konsumen yang lebih tinggi, sehingga diperlukan jenis teknologi yang berbeda.

Kami baru saja menerbitkan makalah tentang jenis baru printer 3D logam yang mirip dengan mesin FDM, sehingga dapat menjadi unit desktop. Prosesnya mirip dengan elektroplating, di mana tegangan diterapkan dalam larutan pelapisan, memindahkan logam dalam bak ke suatu objek. Proses ini telah ada selama beberapa dekade, jadi kami tahu cara menurunkan logam pada suhu kamar dengan sangat mudah. Apa yang kami lakukan adalah mengambil jarum suntik, mengisinya dengan larutan pelapis (dalam hal ini tembaga sulfat), dan menggunakannya sebagai printer 3D, memanipulasi logam ke dalam struktur yang diinginkan. Keuntungan dari ini adalah aditif — karena Anda dapat mencetak struktur logam dengan menghidupkan dan mematikan potensial — tetapi juga subtraktif, karena dengan mengalihkan potensial dari positif ke negatif, Anda benar-benar dapat menimbulkan korosi kembali pada logam ke dalam larutan. bentuk bagiannya.

Saya selalu menggunakan contoh bahwa jika Anda pernah pergi ke luar angkasa, Anda ingin mencetak kunci pas 3D, tetapi Anda juga ingin dapat menggunakan kembali materi itu. Dengan metode kami, dengan membalikkan potensi, bahan hanya masuk kembali ke dalam larutan, sehingga dapat digunakan kembali. Itu menciptakan ekonomi sirkular, di mana produk limbah dapat digunakan kembali.

Proses ini juga memungkinkan kita untuk menggunakan banyak bahan (tembaga, nikel, dll.) sehingga kita dapat mulai mencetak sirkuit elektronik, atau perangkat seperti sensor. Saya pikir dengan pencetakan 3D, langkah selanjutnya adalah menambahkan beberapa kecerdasan ke dalamnya. Sebagai contoh, saya pikir kita akan melihat orang-orang mencetak komponen dengan hal-hal seperti sensor regangan di dalamnya, jadi jika Anda tidak yakin bagaimana suatu komponen dimuat, sensor akan memberi tahu Anda saat hampir rusak dan perlu diganti. Contoh lain adalah katup yang dirancang untuk mengalirkan air ke ruang seperti rumah kaca, yang terbuka secara otomatis jika suhu menjadi terlalu panas. Dengan kata lain, kami membangun fungsionalitas ke dalam materi, dan komponen mulai menjadi pintar!

Saya pikir ketika alat desain menjadi lebih maju, kita akan mulai mendesain tidak hanya untuk objek 3D, tetapi objek 4D seperti ini yang berkembang seiring waktu.

Dengan semua teknologi baru yang sedang dikembangkan ini, bagaimana Anda melihat berbagai hal berkembang di industri ini selama beberapa tahun ke depan?

Salah satu risiko dengan pencetakan 3D adalah bahwa orang menyatukan semua teknologi, padahal sebenarnya ada keragaman yang cukup besar. Jika kami mempertimbangkan teknologi pencetakan 3D yang lebih baru dalam kaitannya dengan Gartner Hype Cycle, kami masih berada di 'puncak ekspektasi yang meningkat' di mana semua orang bersemangat tentang kemungkinannya, tepat sebelum kami memasuki 'paling kekecewaan'.

FDM dan SLS melalui proses ini, di mana orang ingin mencetak semuanya secara 3D, hanya untuk menyadari bahwa teknologinya tidak dapat bersaing dengan cetakan injeksi. Tetapi akhirnya kami menyadari bahwa kami dapat mencetak alat dan perlengkapan cetakan, yang masuk akal, karena itu membutuhkan banyak uang untuk pembuatannya. Ketika ini terjadi, kita mencapai 'dataran tinggi produktivitas', di mana teknologi menjadi sangat berguna.

Saya pikir teknologi pencetakan 3D yang berbeda berada pada titik yang berbeda pada kurva itu. Teknologi seperti FDM, SLS, dan DMLS sudah mendekati 'dataran produktivitas' itu, tetapi saya merasa yang lain, seperti bioprinting, terlalu digembar-gemborkan. Namun, saya pikir mereka pada akhirnya akan menemukan aplikasi khusus di mana mereka dapat memberikan nilai asli dan benar-benar membuat perbedaan nyata.

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