Entrevista:Dr. Billy Wu do Imperial College London

Hoje, no blog, conversamos com o Dr. Billy Wu do Imperial College para discutir as aplicações da impressão 3D em pesquisa e educação, como os alunos da Imperial estão transformando seus protótipos impressos em 3D em oportunidades de negócios e o novo método revolucionário de impressão em metal de sua equipe.

Houve um momento específico em que você decidiu que a impressão 3D era algo que queria perseguir?

Sou professor da Dyson School of Design Engineering aqui no Imperial. Na verdade, estou aqui há 12 anos, desde a minha graduação. Estou na engenharia de design agora, mas comecei na engenharia mecânica, então meu treinamento foi muito aprender a fazer coisas na fábrica, no torno e em tecnologias semelhantes. Aprendemos a alegria de bons desenhos de engenharia, tolerâncias, etc.

Quando eu estava fazendo meu PhD, era bastante experimental, então tive que fazer muitos componentes para plataformas e assim por diante. Embora eu pudesse fazer de metal, era muito mais fácil imprimi-los em 3D. Foi nessa época que o preço das impressoras 3D havia caído e eu nem sempre precisava que as coisas fossem de metal, então, para mim, era uma tecnologia muito mais fácil de usar em termos de velocidade de produção. Isso é algo que ficou comigo, e agora que oferecemos um curso de design aqui na Imperial, a ênfase está na fabricação o mais rápido possível.

O ethos de ‘falhar rápido’ é bom! Você pode passar várias semanas fabricando um componente apenas para descobrir que não é o que você deseja, portanto, ser capaz de fabricar com extrema rapidez era extremamente atraente para pesquisa e ensino.

Desde então, aumentamos nossos recursos de impressão 3D. Temos uma variedade de impressoras 3D de plástico que usamos com os alunos, incluindo FDM e máquinas de jato de polímero, junto com impressoras mais exóticas, como impressoras 3D compostas que podem imprimir em fibra de carbono. Também administramos uma fábrica de aditivos de metal para pesquisas de alto nível, como a fabricação de componentes para implantes ortopédicos médicos, componentes aeroespaciais e assim por diante.

Como você deixou de usar a impressão 3D apenas para sua própria pesquisa e passou a usá-la com alunos de toda a universidade?

Uma das coisas que ajudo a administrar aqui no Imperial é o Imperial College Advanced Hackspace. Um dos problemas iniciais com a impressão 3D para os alunos foi a barreira de entrada. Se um aluno tivesse uma ideia e quisesse criar um protótipo, seria muito difícil entrar no workshop se não estivesse programado ou fizesse parte do currículo. Queríamos quebrar essas barreiras, então iniciamos nosso Hackspace, que permitia a qualquer aluno da Imperial acessar nossos recursos de manufatura - totalmente gratuito. Desde então, realmente decolou. A faculdade contribuiu para isso e está nos permitindo aumentar nossas capacidades, visto que eles viram o resultado.

Também realizamos um mestrado conjunto com o Royal College of Art, denominado Innovation Design Engineering (IDE). Nesse curso, cerca de 60% dos alunos passam a abrir suas próprias empresas spin-off. Eles têm uma ideia legal, fazem um protótipo e depois a lançam em lugares como o Venture Capitalist Challenge, que é como uma competição Dragons ’Den, ou fazem um projeto Kickstarter.

A faculdade realmente viu o valor da fabricação rápida e é por isso que eles investiram cada vez mais nela.

Como é a curva de aprendizado quando os alunos tentam fazer isso pela primeira vez, especialmente quando se trata de tornar seus arquivos imprimíveis?

Depende de com quem você fala. Alguns alunos têm muita experiência com CAD, mas ainda estão projetando componentes com a manufatura tradicional em mente. O que me frustra é quando os alunos vêm até mim e querem imprimir, por exemplo, um cubo. Eles ainda não perceberam que podem fazer todas essas outras coisas com a tecnologia. No momento, é visto apenas como um substituto igual para a manufatura tradicional, o que significa que não estamos aproveitando ao máximo a tecnologia.

Se você deseja um avanço real na manufatura aditiva, precisa projetar para a manufatura aditiva. Você pode utilizar algoritmos de otimização, onde pode dizer “Eu preciso de um componente para manter essas duas coisas juntas nesses dois pontos. Crie para mim uma estrutura que suporte a carga e seja o mais leve possível ”. Fazemos muitos projetos auxiliados por computador como esse aqui, onde deixamos o computador decidir qual a forma de um componente, em vez de dizer (por exemplo):“Vou ter um calado de 10 graus neste componente porque acho que parece certo ”. Um computador pode chegar a uma solução que não é intuitiva, porque tenta milhões de opções antes de identificar a ideal.

Costumamos dizer que a impressão 3D acelera o processo de fabricação. Embora acelere a fabricação real, o pré-processamento pode levar muito tempo, então, se você conseguir que um computador faça isso por você, é mais barato e muito mais eficaz.

Desde que a impressão 3D foi lançada na Imperial, quais foram algumas das verdadeiras histórias de sucesso que você viu?

Um projeto muito legal envolveu o desenvolvimento de um novo processo de impressão 3D. O conceito era que se você fosse para um lugar distante (digamos, a lua!) E quisesse fabricar algo, não iria querer carregar tijolos com você - você iria querer usar os recursos locais. Um de nossos alunos IDE, Markus Kayser, projetou o que é chamado de "sinterizador solar" para este propósito quando foi para o Saara. Essa impressora era essencialmente uma caixa com uma grande lente ótica que focava a luz do sol em um ponto específico que ele poderia usar para derreter a areia. Ao mover esse ponto, ele poderia usar a areia para imprimir vidro em 3D de forma eficaz, permitindo que ele fizesse coisas como tigelas, peças de arte ... Você poderia até mesmo fazer edifícios com isso!



Muitas vezes as pessoas falam sobre a economia circular, onde reutilizamos nossos resíduos, e a impressão 3D tem um grande papel a desempenhar nisso, principalmente com o uso de recursos locais. Se você está desenvolvendo uma mina, por exemplo, e imprime em 3D o prédio de que precisa, isso faz mais sentido do que enviar os materiais para um local remoto. É também reutilizar os materiais disponíveis. Eu dirijo um grupo de pesquisa aqui onde tentamos desenvolver novos tipos de impressão 3D com isso como um dos objetivos de longo prazo. Fazemos muito com sinterização direta a laser de metal, usando uma Renishaw AM250, mas queremos que a impressão em metal seja mais voltada para o consumidor, portanto, é necessário um tipo diferente de tecnologia.

Acabamos de publicar um artigo sobre um novo tipo de impressora 3D de metal que é semelhante a uma máquina FDM, portanto, pode ser uma unidade de mesa. O processo é semelhante à galvanoplastia, onde a voltagem é aplicada em uma solução de galvanização, movendo o metal do banho para um objeto. Esse processo existe há décadas, então sabemos como colocar metais em temperatura ambiente com muita facilidade. O que fizemos foi pegar uma seringa, enchê-la com a solução de galvanização (sulfato de cobre neste caso), e usá-la como impressora 3D, manipulando o metal na estrutura desejada. A vantagem disso é que é aditivo - já que você pode imprimir estruturas metálicas ligando e desligando o potencial - mas também é subtrativo, pois ao mudar o potencial de positivo para negativo, você pode corroer o metal de volta para a solução para mais moldar a peça.

Sempre uso o exemplo de que, se você fosse ao espaço, gostaria de imprimir em 3D uma chave inglesa, mas também poderia reutilizar esse material. Com o nosso método, ao inverter o potencial, o material simplesmente volta para a solução, para que possa ser reaproveitado. Isso cria uma economia circular, onde os resíduos podem ser reutilizados.

Este processo também nos permite usar vários materiais (cobre, níquel etc.) para que possamos começar a imprimir circuitos eletrônicos, ou dispositivos como sensores. Acho que com a impressão 3D, o próximo passo é adicionar um pouco de inteligência a ela. Por exemplo, acho que veremos pessoas imprimindo peças com coisas como sensores de tensão dentro, então, se você não tiver certeza de como uma peça está sendo carregada, o sensor avisará quando estiver perto de falhar e precisar ser substituído. Outro exemplo seria uma válvula projetada para deixar a água sair em espaços como uma estufa, onde ela abre automaticamente se a temperatura ficar muito alta. Em outras palavras, incorporamos a funcionalidade aos materiais e os componentes começam a se tornar inteligentes!

Acho que quando as ferramentas de design se tornarem mais avançadas, começaremos a projetar não apenas objetos 3D, mas objetos 4D como este que evoluem com o tempo.

Com toda essa nova tecnologia em desenvolvimento, como você vê a evolução da indústria nos próximos anos?

Um dos riscos da impressão 3D é que as pessoas agrupam todas as tecnologias, quando na verdade há uma diversidade considerável. Se considerarmos as novas tecnologias de impressão 3D à luz do ciclo Gartner Hype, ainda estamos no "pico das expectativas infladas", onde todos estão entusiasmados com as possibilidades, pouco antes de entrarmos no "vale da desilusão".

FDM e SLS passaram por esse processo, onde as pessoas queriam imprimir tudo em 3D, apenas para perceber que as tecnologias não podiam competir com a moldagem por injeção. Mas, finalmente, percebemos que poderíamos imprimir as ferramentas e acessórios de moldagem, o que faz sentido, porque sua fabricação custa muito dinheiro. Quando isso acontece, alcançamos o ‘patamar de produtividade’, onde a tecnologia se torna realmente útil.

Acho que diferentes tecnologias de impressão 3D estão em diferentes pontos dessa curva. Tecnologias como FDM, SLS e DMLS já estão se aproximando desse ‘platô de produtividade’, mas sinto que outras, como a bioimpressão, são excessivamente promovidas. No entanto, acho que eles irão eventualmente encontrar aplicações de nicho onde possam agregar valor genuíno e realmente fazer uma diferença real.



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