Entrevista:Dr. Billy Wu del Imperial College London

Hoy en el blog, nos sentamos con el Dr. Billy Wu del Imperial College para discutir las aplicaciones de la impresión 3D en investigación y educación, cómo los estudiantes de Imperial están convirtiendo sus prototipos impresos en 3D en oportunidades comerciales y el nuevo y revolucionario método de impresión en metal de su equipo.

¿Hubo un momento específico en el que decidió que la impresión 3D era algo que deseaba seguir?

Soy profesor en la Escuela de Ingeniería de Diseño Dyson aquí en Imperial. De hecho, he estado aquí durante 12 años, desde mi licenciatura. Ahora estoy en ingeniería de diseño, pero comencé en ingeniería mecánica, por lo que mi capacitación consistió en aprender a hacer cosas en el molino, el torno y tecnologías similares. Aprendimos la alegría de los buenos dibujos de ingeniería, tolerancias, etc.

Cuando estaba haciendo mi doctorado, era bastante experimental, así que tuve que hacer muchos componentes para plataformas y demás. Si bien podía hacerlos de metal, era mucho más fácil imprimirlos en 3D. Fue en esa época cuando el precio de las impresoras 3D había bajado y no siempre necesitaba que las cosas fueran de metal, así que para mí, era una tecnología mucho más fácil de usar en términos de velocidad de producción. Eso es algo que se me quedó grabado, y ahora que llevamos a cabo un curso de diseño aquí en Imperial, el énfasis está en la fabricación lo más rápido posible.

¡El espíritu de "fallar rápido" es bueno! Puede pasar varias semanas fabricando un componente solo para descubrir que no es el que desea, por lo que ser capaz de fabricarlo con extrema rapidez resultó extremadamente atractivo para la investigación y la enseñanza.

Desde entonces, hemos aumentado nuestras capacidades de impresión 3D. Tenemos una gama de impresoras 3D de plástico que utilizamos con los estudiantes, incluidas FDM y máquinas de inyección de polímeros, junto con impresoras más exóticas, como impresoras 3D compuestas que pueden imprimir en fibra de carbono. También gestionamos una instalación de fabricación de aditivos metálicos para investigación de alto nivel, como la fabricación de componentes para implantes médicos ortopédicos, componentes aeroespaciales, etc.

¿Cómo pasó de utilizar la impresión 3D únicamente para su propia investigación a utilizarla con estudiantes de toda la universidad?

Una de las cosas que ayudo a ejecutar aquí en Imperial es el Imperial College Advanced Hackspace. Uno de los problemas iniciales con la impresión 3D para los estudiantes fue la barrera de entrada. Si un estudiante tenía una idea y quería crear un prototipo, era muy difícil ingresar al taller si no estaba programado o no formaba parte de su plan de estudios. Queríamos romper esas barreras, así que iniciamos nuestro Hackspace, que permitía a cualquier estudiante de Imperial acceder a nuestras capacidades de fabricación, totalmente gratis. Desde entonces, realmente ha despegado. La universidad ha contribuido a ello y nos está permitiendo desarrollar nuestras capacidades, ya que han visto el resultado.

También llevamos a cabo un Máster conjunto con el Royal College of Art llamado Ingeniería de Diseño de Innovación (IDE). En ese curso, alrededor del 60% de los estudiantes comienzan a crear sus propias empresas derivadas. Se les ocurre una idea genial, la hacen un prototipo y luego la lanzan en lugares como el Venture Capitalist Challenge, que es como una competencia de Dragons ’Den, o hacen un proyecto de Kickstarter.

La universidad realmente ha visto el valor de la fabricación rápida y es por eso que han invertido cada vez más en ella.

¿Cómo es la curva de aprendizaje cuando los estudiantes prueban esto por primera vez, especialmente cuando se trata de hacer que sus archivos se puedan imprimir?

Depende de con quién hables. Algunos estudiantes tienen mucha experiencia con CAD, pero todavía están diseñando componentes con la fabricación tradicional en mente. Lo que me frustra es cuando los alumnos se me acercan y quieren imprimir, por ejemplo, un cubo. No se han dado cuenta del todo de que pueden hacer todas estas otras cosas con la tecnología. Por el momento, se considera un reemplazo similar de la fabricación tradicional, lo que significa que no estamos aprovechando al máximo la tecnología.

Si desea un avance real en la fabricación aditiva, debe diseñar para la fabricación aditiva. Puede utilizar algoritmos de optimización, donde podría decir “Necesito un componente para mantener estas dos cosas juntas en estos dos puntos. Créame una estructura que soporte la carga y sea lo más ligera posible ”. Hacemos mucho diseño asistido por computadora como ese aquí, donde dejamos que la computadora decida qué forma debe tener un componente, en lugar de decir (por ejemplo), "Voy a tener un borrador de 10 grados en este componente porque creo que se ve bien ”. Una computadora puede llegar a una solución que no es intuitiva, porque prueba millones de opciones antes de identificar la óptima.

A menudo decimos que la impresión 3D acelera el proceso de fabricación. Si bien acelera la fabricación real, el preprocesamiento en realidad puede llevar bastante tiempo, por lo que si puede conseguir una computadora que lo haga por usted, es más barato y mucho más efectivo.

Desde que se lanzó la impresión 3D en Imperial, ¿cuáles han sido algunas de las historias de éxito reales que ha visto?

Un proyecto que fue muy bueno involucró el desarrollo de un nuevo proceso de impresión 3D. El concepto era que si vas a un lugar distante (¡por ejemplo, la luna!) Y quieres fabricar algo, no querrás estar arrastrando ladrillos contigo, querrás hacer uso de los recursos locales. Uno de nuestros estudiantes del IDE, Markus Kayser, diseñó lo que se llama un "sinterizador solar" con este propósito cuando salió al Sahara. Esta impresora era esencialmente una caja con una gran lente óptica que enfocaba la luz del sol en un punto específico que podía usar para derretir la arena. Al mover ese punto, podría usar la arena para imprimir vidrio en 3D de manera efectiva, lo que le permite hacer cosas como cuencos, obras de arte ... ¡Incluso podrías hacer edificios con él!

La gente suele hablar de la economía circular, en la que reutilizamos nuestros productos de desecho, y la impresión 3D tiene un papel importante que desempeñar en eso, especialmente con el uso de recursos locales. Si está desarrollando una mina, por ejemplo, e imprime en 3D el edificio que necesita, tiene más sentido que enviar los materiales a una ubicación remota. También se trata de reutilizar los materiales disponibles. Dirijo un grupo de investigación aquí donde intentamos desarrollar nuevos tipos de impresión 3D con este como uno de los objetivos a largo plazo. Hacemos mucho con la sinterización directa por láser de metales, utilizando una Renishaw AM250, pero queremos que la impresión de metales esté más al nivel del consumidor, por lo que se necesita un tipo diferente de tecnología.

Acabamos de publicar un artículo sobre un nuevo tipo de impresora 3D de metal que es similar a una máquina FDM, por lo que puede ser una unidad de escritorio. El proceso es similar a la galvanoplastia, donde se aplica voltaje en una solución de enchapado, moviendo el metal en el baño sobre un objeto. Este proceso ha existido durante décadas, por lo que sabemos cómo depositar metales a temperatura ambiente con mucha facilidad. Lo que hicimos fue tomar una jeringa, llenarla con la solución de enchapado (sulfato de cobre en este caso) y usarla como impresora 3D, manipulando el metal en la estructura deseada. La ventaja de esto es que es aditivo, ya que puede imprimir estructuras metálicas encendiendo y apagando el potencial, pero también es sustractivo, ya que al cambiar el potencial de positivo a negativo, puede corroer el metal de nuevo en la solución para más dar forma a la pieza.

Siempre uso el ejemplo de que si alguna vez subiste al espacio, querrías imprimir en 3D una llave inglesa, pero también querrías poder reutilizar ese material. Con nuestro método, al invertir el potencial, el material simplemente vuelve a la solución, por lo que se puede reutilizar. Eso crea una economía circular, donde los productos de desecho se pueden reutilizar.

Este proceso también nos permite utilizar múltiples materiales (cobre, níquel, etc.) para que podamos empezar a imprimir circuitos electrónicos o dispositivos como sensores. Creo que con la impresión 3D, el siguiente paso es agregarle algo de inteligencia. Por ejemplo, creo que veremos personas imprimiendo piezas con cosas como sensores de tensión en el interior, por lo que si no está seguro de cómo se carga una pieza, el sensor le dirá cuándo está cerca de fallar y necesita ser reemplazado. Otro ejemplo sería una válvula diseñada para dejar salir el agua en espacios como un invernadero, donde se abre automáticamente si la temperatura sube demasiado. En otras palabras, incorporamos la funcionalidad a los materiales y los componentes comienzan a volverse inteligentes.

Creo que cuando las herramientas de diseño se vuelvan más avanzadas, comenzaremos a diseñar no solo para objetos 3D, sino para objetos 4D como este que evolucionan con el tiempo.

Con toda esta nueva tecnología en desarrollo, ¿cómo cree que evolucionarán las cosas en la industria durante los próximos años?

Uno de los riesgos de la impresión 3D es que las personas agrupan todas las tecnologías, cuando en realidad existe una diversidad considerable. Si consideramos las tecnologías de impresión 3D más nuevas a la luz del Ciclo Hype de Gartner, todavía estamos en la 'cima de las expectativas infladas' donde todos están entusiasmados con las posibilidades, justo antes de entrar en la 'depresión de la desilusión'.

FDM y SLS pasaron por este proceso, donde la gente quería imprimir todo en 3D, solo para darse cuenta de que las tecnologías no podían competir con el moldeo por inyección. Pero finalmente nos dimos cuenta de que podíamos imprimir las herramientas y los accesorios de moldeo, lo cual tiene sentido, porque cuesta mucho dinero fabricarlos. Cuando esto sucede, llegamos a la "meseta de la productividad", donde la tecnología se vuelve realmente útil.

Creo que las diferentes tecnologías de impresión 3D se encuentran en diferentes puntos de esa curva. Tecnologías como FDM, SLS y DMLS ya se están acercando a esa "meseta de productividad", pero creo que otras, como la bioimpresión, están demasiado publicitadas. Sin embargo, creo que eventualmente encontrarán aplicaciones de nicho donde puedan brindar un valor genuino y realmente marcar una diferencia real.

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