What if 3D printing was 100x faster? | Joseph DeSimone

Překladatel: Vladimír Harašta Korektor: Petra Aquamarine

I'm thrilled to be here tonight

Jsem nadšený, že tu dnes večer můžu být,

to share with you something we've been working on

abych se s vámi podělil o něco,

na čem jsme pracovali přes 2 roky

for over two years,

and it's in the area of additive manufacturing,

a co se týká oblasti aditivní výroby,

also known as 3D printing.

která je jinak známá jako 3D tisk.

You see this object here.

Vidíte zde tento předmět.

It looks fairly simple, but it's quite complex at the same time.

Vypadá poměrně jednoduše, ale současně je docela komplikovaný.

It's a set of concentric geodesic structures

Je to soustava soustředných geodetických struktur,

with linkages between each one.

které jsou mezi sebou propojeny.

In its context, it is not manufacturable by traditional manufacturing techniques.

V takové podobě je předmět tradičními výrobními technikami nevyrobitelný.

It has a symmetry such that you can't injection mold it.

Má takovou symetrii, že se nedá vstřikovat do formy.

You can't even manufacture it through milling.

Dokonce se nedá ani vyfrézovat.

Je to práce pro 3D tiskárnu.

This is a job for a 3D printer,

but most 3D printers would take between three and 10 hours to fabricate it,

Ale většině 3D tiskáren by výroba trvala od 3 do 10 hodin

and we're going to take the risk tonight to try to fabricate it onstage

a my to dnes večer riskneme a zkusíme ho vyrobit na jevišti

during this 10-minute talk.

během 10minutové přednášky.

Wish us luck.

Držte nám palce.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

3D tisk je vlastně nevhodné pojmenování.

It's actually 2D printing over and over again,

Jde v podstatě o opakovaný 2D tisk

and it in fact uses the technologies associated with 2D printing.

a používá vlastně technologie spojované s 2D tiskem.

Think about inkjet printing where you lay down ink on a page to make letters,

Představte si tisk inkoustem, kde nanášíte inkoust na stránku, aby vytvořil písmena

and then do that over and over again to build up a three-dimensional object.

a jak to pak děláte pořád dokola, abyste vystavěli trojrozměrný objekt.

In microelectronics, they use something

V mikroelektronice k tomu samému účelu

called lithography to do the same sort of thing,

používají něco, čemu se říká litografie,

to make the transistors and integrated circuits

na výrobu tranzistorů a integrovaných obvodů

and build up a structure several times.

a několikeré nanášení struktury.

These are all 2D printing technologies.

To všechno jsou technologie 2D tisku.

Now, I'm a chemist, a material scientist too,

Já jsem chemik a také materiálový vědec

and my co-inventors are also material scientists,

a mí spoluobjevitelé jsou také materiáloví vědci,

one a chemist, one a physicist,

jeden je chemik, jeden fyzik

and we began to be interested in 3D printing.

a 3D tisk nás začal zajímat.

And very often, as you know, new ideas are often simple connections

Velmi často, jak sami víte, vzniknou nové nápady jednoduchým spojením

between people with different experiences in different communities,

různorodých zkušeností lidí z odlišných komunit

and that's our story.

a to je i náš příběh.

Now, we were inspired

U T-1000 jsme se inspirovali

by the "Terminator 2" scene for T-1000,

scénou z filmu „Terminátor 2“

and we thought, why couldn't a 3D printer operate in this fashion,

a přemýšleli jsme: proč by 3D tiskárna také nemohla pracovat tímto způsobem,

where you have an object arise out of a puddle

kdy objekt vyvstane z louže

in essentially real time

a v podstatě v reálném čase

with essentially no waste

a bez jakýchkoliv ztrát

to make a great object?

vytvoří úžasnou věc?

Okay, just like the movies.

Fajn, zrovna jako ve filmu.

And could we be inspired by Hollywood

A proč bychom se nemohli nechat inspirovat Hollywoodem

and come up with ways to actually try to get this to work?

a přijít s postupem, kterým vlastně otestujeme, jestli to funguje?

And that was our challenge.

To pro nás byla výzva.

And our approach would be, if we could do this,

A náš přístup k věci by, pokud by se nám to podařilo,

then we could fundamentally address the three issues holding back 3D printing

mohl v podstatě vyřešit tři problémy, které 3D tisku brání,

from being a manufacturing process.

aby se stal výrobním procesem.

One, 3D printing takes forever.

Za prvé, 3D tisk trvá věčnost.

There are mushrooms that grow faster than 3D printed parts. (Laughter)

To už houby rostou rychleji, než díly tištěné pomocí 3D. (Smích)

The layer by layer process

Natištění jedné vrstvy na druhou

leads to defects in mechanical properties,

vede k narušení mechanických vlastností

and if we could grow continuously, we could eliminate those defects.

a nepřerušovaným tiskem bychom mohli tyto defekty eliminovat.

And in fact, if we could grow really fast, we could also start using materials

A kdybychom dokázali tisknout opravdu rychle, mohli bychom použít

that are self-curing, and we could have amazing properties.

samovytvrzovací materiály a dosáhnout úžasných vlastností.

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

Pokud by se nám v tomhle podařilo napodobit Hollywood,

we could in fact address 3D manufacturing.

byla by tím vyřešena i 3D výroba.

Náš přístup spočívá ve využití běžných znalostí

Our approach is to use some standard knowledge

in polymer chemistry

z polymerové chemie,

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

ve spřažení práce světla a kyslíku, aby součásti vyrůstaly kontinuálně.

Light and oxygen work in different ways.

Světlo a kyslík fungují rozdílným způsobem.

Light can take a resin and convert it to a solid,

Světlo dokáže přeměnit pryskyřici na pevnou hmotu,

can convert a liquid to a solid.

tekutinu na pevnou látku.

Oxygen inhibits that process.

Kyslík tento proces zpomaluje.

So light and oxygen are polar opposites from one another

Takže světlo a kyslík tvoří z pohledu chemie

from a chemical point of view,

vzájemné protipóly,

and if we can control spatially the light and oxygen,

a pokud je dokážeme směrovat v prostoru,

we could control this process.

mohli bychom tento proces řídit.

And we refer to this as CLIP. [Continuous Liquid Interface Production.]

Říkáme tomu CLIP. [Kontinuální výroba v tekutém rozhraní]

It has three functional components.

Skládá se ze tří funkčních komponent.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Za prvé je to nádrž, ve které je tavenina,

just like the T-1000.

zrovna jako u T-1000.

At the bottom of the reservoir is a special window.

Na spodu nádrže je speciální okno.

I'll come back to that.

Ještě se k němu vrátím.

In addition, it has a stage that will lower into the puddle

Kromě toho tu máme rampu, která sestupuje do taveniny

and pull the object out of the liquid.

a vytáhne předmět z tekutiny.

The third component is a digital light projection system

Třetí komponentou je systém digitální projekce světla,

underneath the reservoir,

který je umístěný pod nádrží

illuminating with light in the ultraviolet region.

a který vyzařuje světlo v ultrafialovém pásmu.

Now, the key is that this window in the bottom of this reservoir,

Klíčové je okno vespod této nádrže,

it's a composite, it's a very special window.

je to velmi speciální okno, které je vyrobené z kompozitu.

It's not only transparent to light but it's permeable to oxygen.

Nejenom že je průchozí pro světlo, ale propouští i kyslík.

It's got characteristics like a contact lens.

Má vlastnosti kontaktní čočky.

So we can see how the process works.

Podívejme se, jak celý proces funguje.

You can start to see that as you lower a stage in there,

Bude to patrné, jakmile rampu ponoříte dovnitř.

in a traditional process, with an oxygen-impermeable window,

U tradičního procesu, kde okno nepropouští kyslík,

you make a two-dimensional pattern

vyrobíte dvojrozměrný vzor

and you end up gluing that onto the window with a traditional window,

a ten vám zůstane nalepený na okně, tedy u tradičního okna,

and so in order to introduce the next layer, you have to separate it,

a když chcete začít s další vrstvou, musíte tu starou oddělit,

introduce new resin, reposition it,

nanést novou pryskyřici a vrátit se

and do this process over and over again.

a opakovat tento proces stále dokola.

But with our very special window,

Ale s naším speciálním oknem

what we're able to do is, with oxygen coming through the bottom

jsme schopni zařídit, aby kyslík procházející spodem

as light hits it,

utlumil světlem aktivovanou reakci,

that oxygen inhibits the reaction,

and we form a dead zone.

a tím dostaneme mrtvou zónu.

This dead zone is on the order of tens of microns thick,

Ta má tloušťku v řádu desítek mikronů,

so that's two or three diameters of a red blood cell,

to jsou dva nebo tři průměry červené krvinky,

right at the window interface that remains a liquid,

je přímo v rozhraní okna a zůstává tekutá.

and we pull this object up,

Vytáhneme objekt nahoru

and as we talked about in a Science paper,

a tak jak jsme o tom mluvili v časopise Science,

as we change the oxygen content, we can change the dead zone thickness.

nastavením obsahu kyslíku měníme tloušťku mrtvé zóny.

And so we have a number of key variables that we control: oxygen content,

Máme tak spoustu klíčových proměnných, které ovlivňujeme:

množství kyslíku, světlo, intenzitu světla, vytvrzovací dávku,

the light, the light intensity, the dose to cure,

the viscosity, the geometry,

viskozitu, geometrii

and we use very sophisticated software to control this process.

a k řízení tohoto procesu používáme velmi sofistikovaný software.

The result is pretty staggering.

Výsledek je ohromující.

It's 25 to 100 times faster than traditional 3D printers,

Tisk je 25 až 100krát rychlejší než u tradičních 3D tiskáren,

což zcela mění situaci v oboru.

which is game-changing.

In addition, as our ability to deliver liquid to that interface,

Navíc podle toho, jak jsme schopni přivádět kapalinu do rozhraní,

we can go 1,000 times faster I believe,

věřím, že dokážeme být tisíckrát rychlejší,

and that in fact opens up the opportunity for generating a lot of heat,

což by vlastně znamenalo velkou produkci tepla

and as a chemical engineer, I get very excited at heat transfer

a já jako chemik-technolog přenosy tepla zbožňuji,

and the idea that we might one day have water-cooled 3D printers,

stejně jako pomyšlení, že možná jednou budeme tiskárny chladit vodou,

because they're going so fast.

protože budou tak rychlé.

In addition, because we're growing things, we eliminate the layers,

A navíc, protože my věci necháváme vyrůstat, nemáme žádné vrstvy

and the parts are monolithic.

a součástky jsou jednolité.

You don't see the surface structure.

Strukturu na jejich povrchu nerozeznáte.

You have molecularly smooth surfaces.

Povrch je molekulárně hladký.

And the mechanical properties of most parts made in a 3D printer

Mechanické vlastnosti většiny součástí vyrobených na 3D tiskárně

are notorious for having properties that depend on the orientation

jsou pověstné svými vlastnostmi, které jsou závislé na směru,

with which how you printed it, because of the layer-like structure.

kterým jste je vytiskli, kvůli vrstevnaté struktuře.

But when you grow objects like this,

Ale když necháte předměty vyrůstat,

the properties are invariant with the print direction.

vlastnosti na směru nezávisí.

These look like injection-molded parts,

Vypadají jako součásti vstřikované do forem,

which is very different than traditional 3D manufacturing.

úplně jinak než při tradiční 3D výrobě.

In addition, we're able to throw

Navíc se do toho můžeme pustit

the entire polymer chemistry textbook at this,

s celou učebnicí o polymerové chemii

and we're able to design chemistries that can give rise to the properties

a navrhnout chemické složení, které umožní dosáhnout vlastností,

you really want in a 3D-printed object.

jaké si jen u tištěných 3D objektů budete přát.

(Applause)

(Potlesk)

There it is. That's great.

Je to tam. To je skvělé.

You always take the risk that something like this won't work onstage, right?

Vždycky riskujete, že vám taková věc při předvádění nezafunguje, že?

But we can have materials with great mechanical properties.

Ale my máme materiály se skvělými mechanickými vlastnostmi.

For the first time, we can have elastomers

Poprvé v historii můžeme použít elastomery

that are high elasticity or high dampening.

s vysokou pružností nebo tlumením.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

Představte si například tlumení vibrací nebo skvělé tenisky.

We can make materials that have incredible strength,

Vyrábíme materiály, které jsou neuvěřitelně pevné,

high strength-to-weight ratio, really strong materials,

mají vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, jsou to opravdu pevné materiály,

really great elastomers,

opravdu skvělé elastomery,

so throw that in the audience there.

hoďte si tímhle tam v hledišti.

So great material properties.

Takže skvělé vlastnosti materiálu.

And so the opportunity now, if you actually make a part

Představte si tu možnost vyrobit součástku,

that has the properties to be a final part,

která má finální vlastnosti,

and you do it in game-changing speeds,

a udělat to dosud nevídanou rychlostí,

you can actually transform manufacturing.

můžete tím vlastně změnit průmyslovou výrobu.

Right now, in manufacturing, what happens is,

Právě teď je ve výrobě trendem

the so-called digital thread in digital manufacturing.

takzvané digitální vlákno v procesu digitální výroby.

We go from a CAD drawing, a design, to a prototype to manufacturing.

Vycházíme od CAD výkresu, což je návrh, přes prototyp, až k výrobě.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

Často se digitální vlákno přeruší hned při výrobě prototypu,

because you can't go all the way to manufacturing

jelikož si nemůžete dovolit to samé, co při výrobě,

because most parts don't have the properties to be a final part.

protože většina součástí nemá vlastnosti hotových výrobků.

We now can connect the digital thread

My teď dokážeme spojit celý proces

all the way from design to prototyping to manufacturing,

v digitálním vlákně bez přerušení, od návrhu přes prototyp až k výrobě

and that opportunity really opens up all sorts of things,

a tahle možnost opravdu zpřístupňuje celou řadu věcí,

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

od aut s menší spotřebou díky skvělým konstrukčním vlastnostem

s vysokým poměrem pevnosti a hmotnosti,

with high strength-to-weight ratio,

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

nové lopatky pro turbíny, celou řadu nádherných věcí.

Think about if you need a stent in an emergency situation,

Představte si, kdybyste v nouzové situaci potřebovali nitrožilní výztuž,

instead of the doctor pulling off a stent out of the shelf

jinou než tu, kterou doktor vytáhne z police

that was just standard sizes,

a která má standardní rozměry.

having a stent that's designed for you, for your own anatomy

Výztuž navrženou pro vás, podle vaší vlastní anatomie,

with your own tributaries,

vašeho krevního řečiště,

printed in an emergency situation in real time out of the properties

vytištěnou v naléhavém případě v reálném čase a s takovými vlastnostmi,

such that the stent could go away after 18 months: really-game changing.

že se vám po 18 měsících vstřebá: to je opravdu převratné.

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Nebo digitální zubní lékařství a výrobu podobných věcí,

even while you're in the dentist chair.

zatímco vy ještě sedíte v křesle.

And look at the structures that my students are making

A podívejte se, co vyrábí moji studenti

at the University of North Carolina.

na Státní univerzitě v Severní Karolíně.

These are amazing microscale structures.

Tohle jsou úžasné mikrostruktury.

You know, the world is really good at nano-fabrication.

Víte, celosvětově jsme opravdu dobří v nanovýrobě.

Moore's Law has driven things from 10 microns and below.

Moorův zákon řídí věci od 10 mikronů níže.

We're really good at that,

V tomhle jsme opravdu dobří,

but it's actually very hard to make things from 10 microns to 1,000 microns,

ale je vlastně velmi obtížné vyrobit věci v rozmezí od 10 do 1 000 mikronů,

the mesoscale.

tedy středně velkých.

And subtractive techniques from the silicon industry

Ani subtraktivní techniky z křemíkového průmyslu

to moc dobře udělat nedokážou.

can't do that very well.

They can't etch wafers that well.

Neumí tak dobře vyleptat wafery.

But this process is so gentle,

Ale tenhle proces je tak jemný,

we can grow these objects up from the bottom

že můžeme nechat vyrůstat tyhle předměty odzdola

using additive manufacturing

použitím aditivní výroby,

and make amazing things in tens of seconds,

vyrábět úžasné věci za desítky sekund

opening up new sensor technologies,

a otevřít nové možnosti pro technologie senzorů,

new drug delivery techniques,

nové technologie podávání léků,

new lab-on-a-chip applications, really game-changing stuff.

nové „lab-on-a-chip“ aplikace, opravdu přelomové věci.

So the opportunity of making a part in real time

Možnost vyrábět v reálném čase věci,

that has the properties to be a final part

které mají vlastnosti hotových součástí,

really opens up 3D manufacturing,

opravdu otevírá dveře pro 3D výrobu

and for us, this is very exciting, because this really is owning

a my jsme tím velmi nadšení, protože je to opravdové vítězství

the intersection between hardware, software and molecular science,

propojení hardware, software a molekulárních věd

and I can't wait to see what designers and engineers around the world

a já už se nemůžu dočkat, až uvidím, co návrháři a technici z celého světa

are going to be able to do with this great tool.

s tímto skvělým nástrojem dokážou udělat.

Thanks for listening.

Díky za pozornost.

(Applause)

(Potlesk)