采访：伦敦帝国理工学院的 Billy Wu 博士

今天在博客上，我们与帝国理工学院的 Billy Wu 博士坐下来讨论 3D 打印在研究和教育中的应用，帝国理工学院的学生如何将他们的 3D 打印原型转化为商机，以及他的团队革命性的新型金属打印方法。

是否有某个特定时刻让您决定要追求 3D 打印？

我是帝国理工戴森设计工程学院的讲师。自从我读本科以来，我实际上已经在这里工作了 12 年。我现在从事设计工程，但我是从机械工程开始的，所以我的培训主要是学习如何在轧机、车床和类似技术上制造东西。我们学到了好的工程图纸、公差等的乐趣。

当我在攻读博士学位时，它非常具有实验性，所以我不得不为钻机等制作很多组件。虽然我可以用金属制作它们，但 3D 打印它们要容易得多。大约在那个时候 3D 打印机的价格下降了，我并不总是需要金属的东西，所以对我来说，就生产速度而言，这是一种更容易使用的技术。这一点一直困扰着我，现在我们在 Imperial 开设了设计课程，重点是尽快制造。

“快速失败”的精神是一种很好的精神！您可能会花费数周时间制造一个组件，却发现它不是您想要的，因此能够极快地制造对研究和教学极具吸引力。

从那时起，我们提高了 3D 打印能力。我们有一系列与学生一起使用的塑料 3D 打印机，包括 FDM 和聚合物喷射机，以及更多奇特的打印机，例如可以用碳纤维打印的复合 3D 打印机。我们还运营用于高水平研究的金属增材制造设施，例如制造用于医疗骨科植入物、航空航天部件等的部件。

您是如何从仅将 3D 打印用于自己的研究转变为与整个大学的学生一起使用的？

我帮助在帝国理工学院管理的其中一件事是帝国理工学院高级黑客空间。学生使用 3D 打印的最初问题之一是入门障碍。如果学生有一个想法并想创建一个原型，如果没有时间表或课程的一部分，就很难进入研讨会。我们想打破这些障碍，所以我们开始了我们的 Hackspace，它允许帝国理工学院的任何学生都可以完全免费地使用我们的制造能力。从那以后，它真的起飞了。正如他们所看到的那样，学院已经引入并允许我们提高我们的能力。

我们还与皇家艺术学院联合开设了一个名为创新设计工程 (IDE) 的硕士课程。在该课程中，大约 60% 的学生继续创办自己的衍生公司。他们想出了一个很酷的想法，然后制作原型，然后在风险资本家挑战赛（就像 Dragons' Den 竞赛）或 Kickstarter 项目等地方进行宣传。

学院真正看到了快速制造的价值，这就是为什么他们在这方面投入越来越多。

当学生第一次尝试时，学习曲线如何，尤其是在使他们的文件可打印时？

这取决于你和谁说话。一些学生在 CAD 方面非常有经验，但仍然在考虑传统制造的情况下设计组件。令我沮丧的是，当学生来找我并想要打印，例如，一个立方体时。他们还没有完全意识到他们可以用这项技术做所有这些其他事情。目前，它只是被视为传统制造的同类替代品，这意味着我们没有充分利用该技术。

如果您想在增材制造方面取得真正的突破，则需要针对增材制造进行设计。您可能会利用优化算法，在那里您可以说“我需要一个组件来将这两件事在这两点上保持在一起。为我创造一个支撑负载并尽可能轻巧的结构”。我们在这里做了很多像这样的计算机辅助设计，在那里我们让计算机决定一个组件应该是什么形状，而不是说（例如）“我要在这个组件上有一个 10 度的草图，因为我认为它看起来不错”。计算机可能会得出一个不直观的解决方案，因为它在确定最佳选择之前会尝试数百万个选项。

我们常说 3D 打印加快了制造过程。虽然它确实加快了实际制造的速度，但预处理实际上可能需要相当长的时间，所以如果你能让一台电脑为你做这件事，它会更便宜也更有效。

自从在 Imperial 推出 3D 打印以来，您见过哪些真正的成功案例？

一个非常酷的项目涉及开发一种新的 3D 打印工艺。这个概念是，如果你去一个遥远的地方（比如月球！）并想要制造一些东西，你不想和你一起搬运砖——你想利用当地的资源。我们的一名 IDE 学生 Markus Kayser 在前往撒哈拉沙漠时为此设计了所谓的“太阳能烧结机”。这台打印机本质上是一个带有大光学镜头的盒子，可以将太阳光聚焦到一个特定的点，他可以用它来融化沙子。通过移动那个点，他可以用沙子有效地 3D 打印玻璃，让他可以制作碗、艺术品……你甚至可以用它建造建筑物！

人们经常谈论循环经济，我们在循环经济中重复使用我们的废物，而 3D 打印在这方面发挥着重要作用，尤其是在使用当地资源的情况下。例如，如果您正在开发一个矿山，并且您 3D 打印您需要的建筑物，这比将材料运送到偏远地区更有意义。这也是关于重用可用材料。我在这里经营一个研究小组，我们尝试开发新型 3D 打印，并将其作为长期目标之一。我们使用雷尼绍 AM250 直接金属激光烧结做了很多工作，但我们希望金属打印更具消费级水平，因此需要一种不同的技术。

我们刚刚发表了一篇关于类似于 FDM 机器的新型金属 3D 打印机的论文，因此它可以是一个桌面单元。该过程类似于电镀，在电镀溶液中施加电压，将镀液中的金属移动到物体上。这个过程已经存在了几十年，所以我们知道如何很容易地将金属放在室温下。我们所做的是拿一个注射器，用电镀溶液（在这种情况下是硫酸铜）填充它，然后将其用作 3D 打印机，将金属加工成所需的结构。这样做的优点是它是可加的——因为你可以通过打开和关闭电势来打印金属结构——但它也是减法的，因为通过将电势从正变为负，你实际上可以将金属腐蚀回溶液中以进一步塑造零件。

我总是举个例子，如果你去过太空，你会想要 3D 打印扳手，但你也希望能够重复使用该材料。使用我们的方法，通过反转电位，材料会回到溶液中，因此可以重复使用。这创造了循环经济，废物可以再利用。

这个过程还允许我们使用多种材料（铜、镍等），因此我们可以开始印刷电子电路或传感器等设备。我认为对于 3D 打印，下一步是为其添加一些智能。例如，我认为我们会看到人们打印内部带有应变传感器之类的零件，因此如果您不确定零件是如何加载的，传感器会告诉您何时接近故障并需要更换。另一个例子是设计用于在温室等空间放水的阀门，如果温度变得太高，它会自动打开。换句话说，我们将功能构建到材料中，组件开始变得智能！

我认为当设计工具变得更先进时，我们将开始设计的不仅仅是 3D 对象，而是像这样随时间演变的 4D 对象。

随着所有这些新技术的发展，您如何看待未来几年整个行业的发展？

3D 打印的风险之一是人们将所有技术混为一谈，而实际上，存在相当大的多样性。如果我们根据 Gartner 炒作周期来考虑更新的 3D 打印技术，我们仍处于“期望过高的高峰”，每个人都对可能性感到兴奋，就在我们进入“幻灭的低谷”之前。

FDM 和 SLS 经历了这个过程，人们想要 3D 打印所有东西，结果发现这些技术无法与注塑成型竞争。但最终我们意识到我们可以打印成型工具和固定装置，这是有道理的，因为它们的制造成本很高。当这种情况发生时，我们就达到了“生产力平台期”，此时技术将变得非常有用。

我认为不同的 3D 打印技术处于这条曲线上的不同点。 FDM、SLS 和 DMLS 等技术已经接近“生产力平台期”，但我觉得其他技术，如生物打印，被过度宣传了。但是，我认为他们最终会找到可以提供真正价值并真正发挥作用的利基应用。

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