빌리 우 박사 인터뷰: 임페리얼 칼리지 런던에서 3D 프린팅 혁신, 연구와 교육

이 인터뷰에서 임페리얼 칼리지 런던의 빌리 우(Billy Wu) 박사는 3D 프린팅이 연구, 교육, 기업가정신을 어떻게 변화시키는지 탐구하고 팀의 획기적인 금속 프린팅 기술을 공개합니다.

3D 프린팅을 추구하기로 결심한 결정적 순간이 있었나?

저는 현재 임페리얼의 다이슨 디자인 공학 학교에서 가르치며 지난 12년(학부부터 현재까지)을 보냈습니다. 배경은 기계 공학으로, 가공, 선반, 정밀 엔지니어링 기술을 연마하며 정확한 도면과 타이트한 공차를 강조했습니다.

박사 과정 중 실험적 작업이 수많은 맞춤형 구성 요소의 신속한 프로토타이핑을 요구했습니다. 금속 가공이 가능했지만 프린터 비용이 하락하면서 3D 프린팅이 더 빠르고 유연한 솔루션을 제공했습니다. 이 경험은 적층 제조의 속도와 적응성에 대한 인식을 굳혔으며, 이는 이제 임페리얼 디자인 커리큘럼의 핵심 원칙입니다.

'빠르게 실패하기(Fail fast)' 철학은 신속 반복의 가치를 강조합니다: 전통적 가공의 시간 소모적 리드타임 없이 설계를 며칠 내 평가, 수정, 재프린팅할 수 있어 연구와 교육 모두에 이상적입니다.

우리 시설은 이제 FDM, 폴리머 젯팅, 탄소섬유 강화 가능한 복합 시스템, 정형외과 임플란트, 항공우주 응용 등을 위한 고성능 부품을 생산하는 전용 금속 적층 제조 랩을 포함한 다양한 프린터 포트폴리오를 포함합니다.

자신 연구용 3D 프린팅에서 대학 전체 학생들로 확대하게 된 계기는?

저는 임페리얼 칼리지 어드밴스드 핵스페이스(Advanced Hackspace) 관리에 핵심 역할을 합니다. 이는 접근 장벽을 제거하는 캠퍼스 전체 리소스입니다. 임페리얼 학생 누구에게나 무료 주문형 3D 프린팅을 제공함으로써 신속 프로토타이핑을 민주화하고 학생 주도 프로젝트 급증을 촉진했습니다.

로열 칼리지 오브 아트와 공동 운영하는 MSc 혁신 디자인 공학 과정은 졸업생 약 60%가 자체 스타트업을 창업합니다. 이 학생들은 아이디어 프로토타이핑, 벤처 캐피탈리스트 챌린지 같은 이벤트에서 피칭, 킥스타터로 크라우드펀딩까지 합니다.

대학은 신속 제조의 가치를 인식하여 이러한 역량에 추가 투자를 촉진했습니다.

학생들이 처음 시도할 때 학습 곡선은 어떤가, 특히 프린팅 가능 파일 만들기 측면에서?

학생들은 다양한 CAD 경험 수준으로 오지만 많은 이들이 여전히 3D 프린팅을 전통적 가공의 직접적 대체로 접근합니다. 이 사고방식은 기술 잠재력을 제한합니다. 진정한 혁신을 열려면 설계자는 '적층 제조를 위한 설계(DfAM)' 원칙을 채택해야 합니다. 예를 들어 자동으로 경량 하중 지지 구조를 생성하는 최적화 알고리즘 등입니다.

3D 프린팅이 빌드 단계를 가속화하지만, 모델 수리, 서포트 생성, 슬라이싱을 포함한 전처리는 시간 소모적일 수 있습니다. 컴퓨터 지원 설계를 통해 이 단계들을 자동화하면 비용을 줄이고 추가 효율을 열 수 있습니다.

임페리얼에서 3D 프린팅 출범 이후 본 실제 성공 사례들은?

두드러진 프로젝트 중 하나는 학생 마르쿠스 카이저(Markus Kayser)의 '솔라 신터러(solar sinterer)' 설계입니다. 원격 환경용으로 태양광을 모래에 집중시켜 재료를 녹여 유리 같은 구조물(그릇부터 건축 요소까지)을 오직 현지 자원만으로 만들 수 있게 했습니다.

이 혁신들은 순환 경제 원칙을 보여줍니다: 현장에서 부품 생산으로 운송 비용과 폐기물 감소, 미래 채굴 및 건설 프로젝트의 핵심 개념입니다.

내 연구 그룹은 새로운 적층 제조 공정을 개척하고 있습니다. 최근 FDM을 모방하는 데스크톱 규모 금속 프린터에 대한 논문을 발표했습니다. 이 방법은 전기도금(금속 욕조에서 전압 적용)을 사용하여 금속을 레이어별로 증착하고, 전위를 역전시켜 선택적 부식을 가능하게 하여 적층 및 절삭 성형 모두를 가능하게 합니다.

예를 들어 우주 비행 시나리오에서 이 가역 공정으로 스패너를 3D 프린팅한 후 금속을 회수해 재사용함으로써 진정한 폐쇄형 제조 사이클을 만들 수 있습니다.

이 기술은 다중 금속도 지원하여 전자 회로와 스마트 센서 프린팅의 문을 엽니다. 미래 부품에 변형 센서나 자동 밸브를 내장하여 구성 요소를 지능형 장치로 바꾸는 것을 예상합니다.

설계 도구가 성숙함에 따라 정적 3D 객체에서 시간에 따라 적응하는 동적 4D 구조로의 전환을 예상합니다.

이 모든 신기술 개발로 향후 몇 년간 업계 전반이 어떻게 진화할지 전망은?

3D 프린팅은 광범위한 기술 스펙트럼을 포괄한다는 것을 인식하는 것이 중요합니다. 가트너 하이프 사이클에 따르면 우리는 여전히 과도한 기대의 정점 직전, 환멸의 골짜기 전입니다. FDM, SLS, DMLS는 생산성 고원에 접근 중이고, 바이오프린팅 같은 틈새 분야는 여전히 높은 과대광고 상태지만 점차 특수 역할을 찾아가고 있습니다.

신속 툴링, 복잡한 기하학, 소재 최적화 등 적층 제조가 독보적 이점을 제공하는 응용 분야에 집중함으로써 업계는 계속 성숙하여 가시적 가치를 제공할 것입니다.

임페리얼 디자인 공학 이니셔티브에 대한 자세한 정보는 임페리얼 칼리지 디자인 공학을 방문하세요.