INTERVISTA: GRACE X. GU, UC BERKELEY, SVILUPPATORE DI UNA STAMPANTE 3D AUTO-CORRETTIVA
Nel 2017 la multinazionale farmaceutica Johnson & Johnson ha lanciato il programma WiSTEM2D Scholars Award per aumentare la rappresentanza delle donne in sei settori scientifici e tecnici. Aperti all’assistente e associati a professori universitari di tutto il campo STEM, i vincitori del premio ricevono $ 150.000 in finanziamenti e tre anni di tutorato da Johnson & Johnson per aiutare a sostenere i progressi critici nelle loro carriere.
Il vincitore del 2019 del WiSTEM2D è Grace X. Gu. Membro della facoltà di ingegneria meccanica di UC Berkeley , il professor ( o la professoressa ) Gu ha condotto lavori pionieristici nel campo della produzione additiva, tra cui recenti lavori su una stampante 3D autocorrettiva. L’industria della stampa 3D è entrata in contatto con la professoressa Gu per saperne di più su questo particolare progetto e sulle future speranze per la stampa 3D in ambito educativo.
Gu è stata coinvolta nella produzione additiva negli ultimi 5 anni e nel 2018 è entrata a far parte della facoltà di ingegneria meccanica della UC Berkeley dopo aver terminato il suo dottorato. Da allora ha cercato di affrontare i limiti della produzione additiva.
Un importante pilastro del lavoro di Gu è stato lo sviluppo di una stampante 3D autocorrettiva. L’obiettivo è quello di creare una stampante 3D in grado di “rilevare problemi comuni” durante la produzione (come strapiombo, sottoestrusione, incordatura, porosità, tolleranza dimensionale) e regolare i parametri di stampa per risolvere i problemi in tempo reale. Per raggiungere questi risultati, la professoressa Gu ha sviluppato un programma di apprendimento automatico per la stampante 3D.
“Durante il processo di stampa,” spiega Gu, “le immagini della parte verranno inserite in un modello di classificazione di apprendimento automatico che classificherà il problema (o nessun problema) e utilizzerà le conoscenze generate durante il periodo di addestramento per guidare le prossime manopole a cui rivolgersi risolvi il problema.”
“Attualmente stiamo lavorando su questo modello per vari polimeri (PLA, ABS, TPU, PC) ma speriamo di estenderlo anche ai materiali metallici in futuro. Crediamo che un quadro simile possa essere applicato per vari materiali (anche se le etichette di classificazione possono essere leggermente diverse per materiali diversi). “
L’apprendimento automatico ha generato progetti di microstrutture e le loro prestazioni nei test di deformazione. Ceppo indicato nella colonna di destra: numeri più alti equivalgono a prestazioni peggiori. Immagine via Orizzonti materiali
L’obiettivo generale del lavoro della professoressa Gu è quello di creare stampanti 3D più veloci e affidabili che sprechino meno materiale e abbiano implicazioni per il più ampio settore manifatturiero. Il professor Gu aggiunge: “Riteniamo che portare questo processo produttivo snello a livello industriale aiuterà a introdurre i prodotti di domani, come dispositivi medici personalizzati e celle solari efficienti, nella nostra vita quotidiana.”
La conoscenza è la chiave
Lo sviluppo della stampante 3D auto correttiva è ciò che ha fruttato al Professor Gu la Johnson & Johnson Women 2019 nel premio STEM2D nel campo della produzione.
Commentando la sua vittoria, ha dichiarato: “Sono molto grata a Johnson & Johnson per questo premio e sono entusiasta di utilizzare i finanziamenti per lavorare con gli studenti universitari e laureati del mio laboratorio per sviluppare ulteriormente la tecnologia autocorrezionale”.
Gu ora prevede di trascorrere del tempo con i suoi studenti per sviluppare il codice e l’interfaccia necessari per costruire queste stampanti 3D a misura di scuola.
Tuttavia, queste stampanti non sono molto utili se i bambini delle scuole non sanno come usarle, ed è per questo che Gu sta facendo di tutto per coinvolgere l’istruzione inferiore.
Parlando di introduzione di stampanti 3D user-friendly per l’aula, Gu ha detto: “Attualmente, ci sono molti ostacoli alla stampa 3D perché imparare a creare i progetti usando Computer Aided Design (CAD) ha una curva di apprendimento ripida. Spero di collaborare con gli insegnanti e portare nelle loro aule stampanti 3D accessibili e di facile utilizzo. “
Il suo obiettivo è creare un software CAD semplificato, come Tinkercad con forme “predefinite” che gli studenti saranno in grado di utilizzare come “elementi costitutivi di base” per i loro progetti. “Voglio renderlo open-source in modo che gli educatori di tutto il mondo possano sviluppare ulteriormente questa stampante 3D e incorporarla nel curriculum scolastico”, ha detto Gu.
Inoltre, non limitando l’apprendimento alle scuole, molte delle idee centrali della Professoressa Gu si concentrano sul permettere agli utenti finali – di qualsiasi età – di fabbricare oggetti di interesse senza conoscere la scienza e il design dei materiali.
“In questo caso, gli utenti non si limitano a inserire disegni CAD nell’interfaccia di una stampante, ma piuttosto descrizioni di alto livello dell’oggetto che desiderano (peso, funzione, requisiti di proprietà) che il computer utilizzerà per generare forme e scegliere materiali che soddisfano le esigenze dell’utente “, ha detto.
Ottenere più donne interessate alla produzione additiva
Nonostante i suoi successi, la Professoressa Gu vede ancora ripide curve di apprendimento e un’infrastruttura inadeguata come barriera alle donne che entrano nel settore della produzione additiva.
“Personalmente, sono interessata a sviluppare un workshop estivo per le ragazze delle superiori per ottenere un’esperienza pratica di stampa 3D”, spiega Gu. “In questo workshop, sperimenteranno attraverso il modulo di progettazione dove apprenderanno come utilizzare il CAD, progettare i propri aggeggi e vederli realizzati con stampanti 3D”.
Grazie a ciò gli studenti avranno l’opportunità di approfondire la conoscenza della produzione additiva mettendo a disposizione materiali e macchine da stampa 3D.
Gu ha aggiunto: “Spero che con questa prima esposizione alla produzione additiva, possiamo potenziare più donne a perseguire carriere in questo campo”.
