인터뷰:Imperial College London의 Billy Wu 박사

오늘 블로그에서는 Imperial College의 Billy Wu 박사와 함께 연구 및 교육 분야에서 3D 인쇄의 응용 프로그램, Imperial의 학생들이 3D 인쇄된 프로토타입을 비즈니스 기회로 전환하는 방법 및 그의 팀의 혁신적인 새로운 금속 인쇄 방법에 대해 논의합니다.

3D 프린팅이 추구하고 싶은 일이라고 결정한 특별한 순간이 있었나요?

저는 임페리얼에 있는 다이슨 디자인 엔지니어링 스쿨의 강사입니다. 저는 사실 학부 때부터 12년 동안 이곳에 있었습니다. 저는 지금 디자인 엔지니어링에 있지만 기계 공학에서 시작했기 때문에 제 훈련은 밀, 선반 및 이와 유사한 기술에서 물건을 만드는 방법을 배우는 것이 었습니다. 우리는 좋은 엔지니어링 도면, 공차 등의 즐거움을 배웠습니다.

제가 박사과정을 하고 있을 때 실험적인 부분이 많아서 리그 등의 부품을 많이 만들어야 했습니다. 금속으로 만들 수도 있지만 3D 인쇄하는 것이 훨씬 쉬웠습니다. 그때쯤 3D프린터의 가격이 내려갔고, 금속으로 된 물건이 꼭 필요한 것은 아니어서, 생산 속도 면에서 훨씬 사용하기 쉬운 기술이었습니다. 그것이 저를 사로 잡았고 이제 Imperial에서 디자인 과정을 운영하고 있으므로 가능한 한 빨리 제조하는 데 중점을 둡니다.

'빨리 실패'의 정신은 좋은 것입니다! 구성 요소를 제조하는 데 몇 주를 보내야 원하는 구성 요소가 아님을 알 수 있으므로 매우 빠르게 제조할 수 있다는 것은 연구 및 교육에 매우 매력적이었습니다.

그 이후로 우리는 3D 프린팅 능력을 향상시켰습니다. 우리는 FDM 및 폴리머 분사 기계를 포함하여 학생들과 함께 사용하는 다양한 플라스틱 3D 프린터와 탄소 섬유로 인쇄할 수 있는 복합 3D 프린터와 같은 보다 이국적인 프린터를 보유하고 있습니다. 우리는 또한 의료 정형 외과용 임플란트, 항공 우주 부품 등의 제조 부품과 같은 높은 수준의 연구를 위한 금속 적층 제조 시설을 운영합니다.

3D 프린팅을 자신의 연구에만 사용하던 것에서 어떻게 대학 전체의 학생들과 함께 사용하게 되었나요?

내가 Imperial College에서 운영하는 데 도움이 되는 것 중 하나는 Imperial College Advanced Hackspace입니다. 학생들의 3D 프린팅 초기 문제 중 하나는 진입 장벽이었습니다. 어떤 학생이 아이디어가 있고 프로토타입을 만들고 싶어도 시간표나 커리큘럼의 일부가 아니면 워크숍에 참여하기가 매우 어려웠습니다. 우리는 이러한 장벽을 허물고자 Hackspace를 시작했으며, 이를 통해 Imperial의 모든 학생은 완전히 무료로 우리의 제조 능력에 액세스할 수 있었습니다. 그 이후로, 그것은 정말로 벗어났습니다. 대학은 그 결과를 보았듯이 우리가 우리의 능력을 키울 수 있도록 지원하고 있습니다.

또한 IDE(Innovation Design Engineering)라고 하는 Royal College of Art와 공동 석사를 운영합니다. 그 과정에서 약 60%의 학생들이 계속해서 자신의 분사 회사를 시작합니다. 멋진 아이디어를 생각해내고 프로토타입을 만든 다음 Dragons' Den 대회와 같은 Venture Capitalist Challenge와 같은 장소에서 발표하거나 Kickstarter 프로젝트를 수행합니다.

대학은 신속한 제조의 가치를 실제로 확인했으며 이것이 그들이 그것에 점점 더 많은 투자를 하는 이유입니다.

학생들이 처음으로 이 작업을 시도할 때, 특히 파일을 인쇄할 수 있게 만들 때 학습 곡선은 어떻습니까?

그것은 당신이 누구와 이야기하는지에 달려 있습니다. 일부 학생은 CAD에 대한 경험이 풍부하지만 여전히 전통적인 제조 방식을 염두에 두고 구성 요소를 설계합니다. 나를 좌절시키는 것은 학생들이 나에게 와서 예를 들어 큐브를 인쇄하려고 할 때입니다. 그들은 이 기술로 다른 모든 일을 할 수 있다는 것을 깨닫지 못했습니다. 현재로서는 전통적인 제조 방식을 대체하는 것으로만 여겨져 기술을 최대한 활용하지 못하고 있습니다.

적층 제조의 진정한 돌파구를 원한다면 적층 제조를 위한 설계가 필요합니다. 최적화 알고리즘을 활용할 수 있습니다. "이 두 지점에서 이 두 가지를 함께 유지하기 위한 구성 요소가 필요합니다. 하중을 지지하고 가능한 한 가벼운 구조를 만들어 주십시오.” 우리는 여기에서 이와 같은 컴퓨터 지원 설계를 많이 합니다. 여기서 컴퓨터가 구성 요소의 모양을 결정하도록 하는 것입니다. 예를 들어, "나는 이 구성 요소에 대해 10도 구배를 가질 것입니다. 왜냐하면 저는 맞는 것 같다”고 말했다. 컴퓨터는 최적의 옵션을 식별하기 전에 수백만 가지 옵션을 시도하기 때문에 직관적이지 않은 솔루션에 도달할 수 있습니다.

우리는 종종 3D 프린팅이 제조 공정의 속도를 높인다고 말합니다. 실제 제조 속도는 빠르지만 사전 처리는 실제로 꽤 오랜 시간이 걸릴 수 있으므로 컴퓨터를 통해 이를 수행할 수 있다면 더 저렴하고 훨씬 효율적입니다.

Imperial에서 3D 프린팅이 시작된 이후로 실제로 본 성공 사례는 무엇입니까?

매우 멋진 프로젝트 중 하나는 새로운 3D 프린팅 프로세스를 개발하는 것이었습니다. 개념은 당신이 먼 곳(예를 들어, 달!)에 가서 무언가를 제조하고 싶다면 벽돌을 운반하고 싶지 않고 지역 자원을 활용하기를 원한다는 것입니다. IDE 학생 중 한 명인 Markus Kayser는 사하라 사막에 갔을 때 이 목적을 위해 '태양열 소결기'라고 불리는 것을 설계했습니다. 이 프린터는 본질적으로 모래를 녹이는 데 사용할 수 있는 특정 지점에 태양 빛을 집중시키는 큰 광학 렌즈가 있는 상자였습니다. 그 지점을 이동함으로써 그는 모래를 사용하여 유리를 효과적으로 3D 프린트할 수 있었고, 이를 통해 그릇, 예술 작품 등을 만들 수 있었습니다. 심지어 건물을 만들 수도 있습니다!

사람들은 종종 우리가 폐기물을 재사용하는 순환 경제에 대해 이야기하며 3D 프린팅은 특히 지역 자원의 사용과 관련하여 큰 역할을 합니다. 예를 들어 광산을 개발 중이고 필요한 건물을 3D 프린팅하는 경우 자재를 원격 위치로 배송하는 것보다 더 합리적입니다. 또한 사용 가능한 재료를 재사용하는 것입니다. 저는 이곳에서 연구 그룹을 운영하고 있으며 이를 장기적인 목표 중 하나로 새로운 유형의 3D 프린팅을 개발하려고 합니다. 우리는 Renishaw AM250을 사용하여 직접 금속 레이저 소결로 많은 작업을 수행하지만 금속 인쇄가 보다 소비자 수준이 되기를 원하므로 다른 종류의 기술이 필요합니다.

우리는 방금 FDM 기계와 유사한 새로운 유형의 금속 3D 프린터에 대한 논문을 발표했습니다. 따라서 데스크탑 장치가 될 수 있습니다. 이 과정은 전기도금과 유사하며, 여기서 전압이 도금액에 가해지면 욕조의 금속이 물체 위로 이동합니다. 이 과정은 수십 년 동안 진행되어 왔기 때문에 우리는 금속을 실온에 매우 쉽게 내리는 방법을 알고 있습니다. 우리가 한 것은 주사기를 가져와 도금 용액(이 경우 구리 황산염)으로 채우고 3D 프린터로 사용하여 금속을 원하는 구조로 조작하는 것이었습니다. 이것의 장점은 전위를 켜고 끔으로써 금속 구조를 인쇄할 수 있기 때문에 가산적이라는 점입니다. 그러나 전위를 양극에서 음극으로 전환하면 실제로 금속을 용액으로 다시 부식시켜 더 많은 부품을 형성합니다.

나는 항상 우주에 갔다면 스패너를 3D 인쇄하고 싶지만 해당 재료를 재사용할 수 있기를 원한다는 예를 사용합니다. 우리의 방법을 사용하면 잠재력을 뒤집음으로써 재료가 용액으로 되돌아가서 재사용할 수 있습니다. 이는 폐기물을 재사용할 수 있는 순환 경제를 창출합니다.

이 프로세스를 통해 여러 재료(구리, 니켈 등)를 사용할 수 있으므로 전자 회로 또는 센서와 같은 장치 인쇄를 시작할 수 있습니다. 제 생각에 3D 프린팅의 다음 단계는 여기에 지능을 추가하는 것입니다. 예를 들어, 사람들이 내부에 스트레인 센서와 같은 것으로 부품을 인쇄하는 것을 보게 될 것이라고 생각합니다. 따라서 부품이 어떻게 로드되고 있는지 확실하지 않은 경우 센서가 고장에 가까워지고 교체해야 할 때 알려줄 것입니다. 또 다른 예는 온도가 너무 뜨거워지면 자동으로 열리는 온실과 같은 공간에서 물을 배출하도록 설계된 밸브입니다. 즉, 재료에 기능을 추가하면 구성 요소가 스마트해지기 시작합니다!

디자인 도구가 더 발전하면 3D 개체뿐만 아니라 시간이 지남에 따라 진화하는 이와 같은 4D 개체도 디자인하기 시작할 것이라고 생각합니다.

이 모든 새로운 기술이 개발 중인 상황에서 향후 몇 년 동안 업계 전반에 걸쳐 발전할 것으로 보십니까?

3D 프린팅의 위험 중 하나는 사람들이 모든 기술을 하나로 묶지만 실제로는 상당한 다양성이 있다는 것입니다. Gartner Hype Cycle에 비추어 최신 3D 프린팅 기술을 고려한다면, 우리는 '환멸의 저점'에 들어가기 직전에 모두가 그 가능성에 대해 흥분하는 '부풀려진 기대의 정점'에 있습니다.

FDM과 SLS는 사람들이 모든 것을 3D 프린팅하기를 원했지만 기술이 사출 성형과 경쟁할 수 없다는 것을 깨닫는 이 과정을 거쳤습니다. 그러나 결국 우리는 성형 도구와 고정구를 인쇄할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 이는 제조에 많은 비용이 들기 때문입니다. 이 때 우리는 기술이 정말 유용한 '생산성의 고원'에 도달합니다.

저는 다른 3D 프린팅 기술이 그 곡선의 다른 지점에 있다고 생각합니다. FDM, SLS 및 DMLS와 같은 기술은 이미 '생산성의 정점'에 접근하고 있지만 바이오프린팅과 같은 다른 기술은 지나치게 과장되어 있다고 생각합니다. 하지만 결국에는 진정한 가치를 제공하고 실질적인 차이를 만들 수 있는 틈새 애플리케이션을 찾게 될 것이라고 생각합니다.

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