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

جو دسیمون: اگر چاپگر سه بعدی ۱۰۰ برابر سریعتر بود چه؟

Translator: soheila Jafari Reviewer: Leila Ataei

I'm thrilled to be here tonight

خوشحالم که امروز اینجا هستم

to share with you something we've been working on

تا با شما کاری را که انجام میدهیم

for over two years,

و بیشتر از دو سال مشغول ان بودیم را در میان بگذارم،

and it's in the area of additive manufacturing,

و این کار تولید به روش

also known as 3D printing.

افزودن، یا چاپ سه بعدی هست.

You see this object here.

این شی را در دست من می بینید.

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

به نظر ساده می آید. ولی در عین حال بسیار پیچیده هست.

It's a set of concentric geodesic structures

این مجموعه ای از ساختارهای هم مرکز جئودزیک هست،

with linkages between each one.

که به هم مرتبط هستند.

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

این شی، با روش های مرسوم قابل تولید نیست.

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

تقارنی دارد که قابل تزریق نیست.

You can't even manufacture it through milling.

حتی نمی توان با تراشکاری آن را ساخت.

This is a job for a 3D printer,

این کار چاپگر سه بعدی است.

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

اما بیشتر پرینترهای سه بعدی بین ۳ تا ۱۰ ساعت برای ساخت این زمان صرف می کنند،

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

و می خواهیم خطر کنیم و ظرف ده دقیقه‌ی این سخنرانی سعی کنیم که

during this 10-minute talk.

بر روی صحنه آن را بسازیم.

Wish us luck.

برایمان آرزوی موفقیت کنید.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

در واقع نام چاپگر سه بعدی نام اشتباهی برایش هست.

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

این یک چاپگر دوبعدی است که کاری را بارها و بارها انجام می دهد،

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

و در حقیقت تکنولوژی چاپگر دوبعدی را بکار می گیرد.

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

درباره چاپگر تزریقی فکر کنید که شما جوهر را در ان برای چاپ بر روی کاغذ می گذارید.

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

و سپس بارها و بارها اینکار را انجام دهید تا یک شی سه بعدی درست کنید.

In microelectronics, they use something

در میکروالکترونیک، آنها از چیزی به نام لیتوگرافی استفاده می کنند

called lithography to do the same sort of thing,

تا کاری مشابه این را انجام دهند،

to make the transistors and integrated circuits

برای ساخت ترانزیستورها و مدارهای بسته

and build up a structure several times.

و ساخت سازه ای برای چندین مرتبه.

These are all 2D printing technologies.

همه اینها فنآوری چاپ دو بعُدی هستند.

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

من دانشمند شیمی و مواد هستم،

and my co-inventors are also material scientists,

و همکاران نوآور من نیز دانشمندان مواد هستند،

one a chemist, one a physicist,

یکی شیمیدان و دیگری فیزیکدان هستند،

and we began to be interested in 3D printing.

و ما علاقمند به چاپ سه بعُدی شدیم.

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

میدانید که ایده های نو با ارتباطات ساده بین

between people with different experiences in different communities,

افراد با تجارب متفاوت در جوامع متفاوت بوجود می اید،

and that's our story.

و داستان ما نیز همینطور است.

Now, we were inspired

ما از صحنه فیلم ترمیناتور۲ برای

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

T-1000, الهام گرفتیم،

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

و فکر کردیم، چرا روش چاپ سه بعُدی بکار نگیریم،

where you have an object arise out of a puddle

جایی که شما شی را از یک حوضچه مایع

in essentially real time

در زمان واقعی بالا می آورید

with essentially no waste

بدون هیچ ضایعات موادی

to make a great object?

برای ساخت یک چیز بسیار عالی.

Okay, just like the movies.

بسیار خوب، درست مثل فیلم‌ها.

And could we be inspired by Hollywood

آیا می توان از هالیوود الهام گرفت

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

و روشی یافت تا واقعا بتوان این کار را کرد؟

And that was our challenge.

این چالش ما بود.

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

اگر بتوانیم اینکار را بکنیم، این دستآورد ما خواهد بود،

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

پس ما می‌توانیم بطور بنیادی سه موضوع برای چاپ سه بعدی

from being a manufacturing process.

در فرایند تولید مطرح کنیم.

One, 3D printing takes forever.

یک، چاپ سه بعدی زمان طولانی را می برد.

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

قارچ‌ها خیلی سریعتر از چاپ سه بعدی می رویند.( خنده تماشاگران)

The layer by layer process

فرآیند لایه لایه بودن آن

leads to defects in mechanical properties,

موجب تخریب خواص مکانیکی قطعه می شوند،

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

اگر بتوانیم شی را پیوسته عمل آوریم، می توانیم این آثار تخریبی را از بین ببریم.

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

در حقیقت، اگر ما واقعا بتوانیم سریعا شی را عمل آوریم، می توانیم شروع به استفاده مواد کنیم

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

که اینها خودشان سفت و محکم می شوند و ما می توانیم ویژگیهای شگفت آوری در قطعه عمل آورده شده داشته باشیم.

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

اگر بتوانیم این را شروع کنیم، و از هالیوود تقلید کنیم،

we could in fact address 3D manufacturing.

می توانیم چاپ سه بعدی داشته باشیم.

Our approach is to use some standard knowledge

رویکرد ما استفاده از برخی دانش‌های استاندارد

in polymer chemistry

شیمیایی پلیمری

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

برای مهار نور و اکسیژن برای رشد مداوم و عمل آوردن قطعه بود.

Light and oxygen work in different ways.

نور و اکسیژن به روشهای متفاوتی کار می کنند.

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

نور می تواند رزین را بگیرد و تبدیل به یک جسم جامد بکند،

can convert a liquid to a solid.

در واقع می تواند مایع را به جامد تبدیل کند.

Oxygen inhibits that process.

اکسیژن مانع انجام این فرآیند است.

So light and oxygen are polar opposites from one another

بنابراین نور و اکسیژن از نقطه نظر

from a chemical point of view,

شیمایی دو قطب متضاد بکدیگر هستند،

and if we can control spatially the light and oxygen,

و اگر بتوانیم اکسیژن و نور را بطور جداگانه کنترل کنیم،

we could control this process.

می‌توانیم این فرایند را نیز کنترل کنیم.

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

ما آن را CLIP نامیدیم [خط اتصال تولید مایع پیوسته]

It has three functional components.

این مولفه ای از سه عملکرد متفاوت است.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

یک، این مخزن برای نگهداری مایع دارد،

just like the T-1000.

درست مانند T-1000.

At the bottom of the reservoir is a special window.

در ته مخرن یک پنجره مخصوص وجود دارد.

I'll come back to that.

بعدا درباره این صحبت خواهیم کرد.

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

با اضافه، یک مرحله پائین تر از مایع کردن

and pull the object out of the liquid.

و بیرون آوردن قطعه از مایع .

The third component is a digital light projection system

سومین مولفه سیستم عملکردی دیجیتالی نور

underneath the reservoir,

در زیر مخزن هست،

illuminating with light in the ultraviolet region.

روشن کردن آن با نور منطقه اشعه ماوراء بنفش.

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

نکته کلیدی پنجره زیر مخزن است،

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

این پنجره از اجزاء مختلف تشکیل شده و خیلی خاص می باشد.

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

این حتی نسبت به نور شفاف نیست اما نسبت به اکسیژن نفوذپذیر است.

It's got characteristics like a contact lens.

این خواصی مشابه لنز چشمی دارد.

So we can see how the process works.

بنابراین ما می‌توانیم ببینیم که فرایند کار چگونه است.

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

شما می تواند مراحل پائین را در اینجا ببینید،

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

در روش مرسوم با پنجره نفوذپذیر اکسیژن ،

you make a two-dimensional pattern

شما یک الگوی دو بعدی تهیه می کنید

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

و ان را در این پنچره روش مرسوم قرار می دهید

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

و برای قراردادن لایه بعدی، ما باید این را جدا کنیم،

introduce new resin, reposition it,

رزین جدید را قرار می دهیم، و آن را تغییر موقعیت دهیم،

and do this process over and over again.

و این فرایند را بارها و بارها تکرار کنیم.

But with our very special window,

اما با پنجره خیلی خاص ما،

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

کاری که ما قادریم انجام دهیم، با اکسیژنی که از پائین می‌اید

as light hits it,

و نوری که به آن برخورد می کند،

that oxygen inhibits the reaction,

اکسیژن مانع واکنش می شود،

and we form a dead zone.

ما مرحله مُرده را شکل دادیم، (مرحله ای که هیچ واکنش انجام نمی شود و قطعه محکم می شود)

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

در مرحله مُرده دهها میکرون ضخامت ایجاد می شود ،

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

خُب این دو یا سه قطر از مایع قرمز رنگ است،

right at the window interface that remains a liquid,

درست در پنجره محل اتصال مایع باقی می ماند،

and we pull this object up,

و ما این شی را بیرون می کشیم،

and as we talked about in a Science paper,

و همانطور که در مورد مقاله های علمی صحبت می‌کنیم،

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

وقتی ارتباط اکسیژن را تغییر می دهیم، می توانیم ضخامت مرحله مرده را تغییر دهیم.

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

خب تعداد کلید متغییر داریم که می توانیم اکسیژن ،

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

نور، شدت نور،

the viscosity, the geometry,

چسبناکی و شکل هندسی آن را کنترل کنیم

and we use very sophisticated software to control this process.

و نرم افراز بسیار پیچیده‌ای را برای این فرایند استفاده می کنیم.

The result is pretty staggering.

نتیجه سرگیجه آوره.

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

این بین ۲۵ تا۱۰۰ برابر سریعتر از روش مرسوم چاپگر سه بعدی عمل می کند،

which is game-changing.

که بازی را تغییر می دهد.

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

علاوه بر آن، چون ما می توانیم مایع را به محل اتصال بیاوریم،

we can go 1,000 times faster I believe,

معتقدم که ما می توانیم ۱٫۰۰۰ مترتبه سریعتر باشیم،

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

و در حقیقت این فرصتهایی زیادی را برای تولید مقدار زیادی گرما ایجاد می کند،

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

و به عنوان مهندس شیمی،

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

و این ایده که شاید روزی ما چاپگر سه بعدی با خنک کننده آبی داشته باشیم،

because they're going so fast.

زیرا آنها خیلی سریع عمل می کنند.

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

علاوه بر آن، به لیل اینکه ما چیزی را رشد می دهیم ما لایه ها را میان برمی داریم،

and the parts are monolithic.

و قطعه یکپارچه هست

You don't see the surface structure.

شما روی سطح قطعه ساختار آن را نمی بینید.

You have molecularly smooth surfaces.

شما سطح صاف از لحاط مولکولی دارید.

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

روش مکانیکی بیشتر قطعاتی که توسط چاپگر سه بعدی ساخته شده

are notorious for having properties that depend on the orientation

به دلیل داشتن بعضی ویژگیها بدنام هستند و این بستگی به جهت گیری دارید

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

که شما به آن اشاره می کنید، زیرا لایه ها مانند یک سازه می مانند.

But when you grow objects like this,

اما هنگامی که شما یک شی مانند این عمل می‌اورید،

the properties are invariant with the print direction.

خواص توسط جهت چاپگر ثابت می شود.

These look like injection-molded parts,

این مانند قطعه تزریقی می ماند،

which is very different than traditional 3D manufacturing.

که بسیار متفاوت از روش مرسوم تولید سه بعدی هست.

In addition, we're able to throw

علاوه بر آن، ما قادریم تمامی

the entire polymer chemistry textbook at this,

کتاب های شیمی پلیمر مثل این را به اضاف کنیم،

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

و قادر خواهیم بود که طراحی شیمیایی منجر به ایجاد

you really want in a 3D-printed object.

ویژگیهایی خواهد شد که شما واقعا می خواهید در شیی که توسط چپگر سه بعدی ساخته موشد وجود داشته باشد.

(Applause)

( تشویق تماشاگران)

There it is. That's great.

همه اش همین است. این عالی است.

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

همیشه این خطر را درد که چیزی شبیه این بر روی صحنه کار نکند، درسته؟

But we can have materials with great mechanical properties.

خوب.اما می توانیم موادی را داشته باشیم با ویژگیهای مکانیکی بسیار عالی.

For the first time, we can have elastomers

برای اولین بار، می توانیم لاستومرها

that are high elasticity or high dampening.

که خاصیت ارتجاعی بالا یی را دارند را داشته باشیم.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

در مورد کنترل ارتعاشات و یا داشتن کفش ورزشی خوب برای مثال فکر کنید.

We can make materials that have incredible strength,

ما موادی که استحکام باورنکردنی دارند را می‌توانیم بسازیم.

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

نسبت استحکام به وزن، مواد بسیار محکمی

really great elastomers,

با قابلیت ارتجاعی بسیار بالا،

so throw that in the audience there.

من این را بین حاضرین پرتاب می کنم.

So great material properties.

پس خواص مواد خوب،

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

خُب فرصت ها . اگر یک قطعه را بسازید

that has the properties to be a final part,

که قطعه نهایی خط تولید باشد،

and you do it in game-changing speeds,

و آن را در بازی تغییر سرعت قراردهید،

you can actually transform manufacturing.

می توانید روش تولید را دگرگون کنید.

Right now, in manufacturing, what happens is,

اکنون، در تولید، انچه که اتفاق می افتد این است،

the so-called digital thread in digital manufacturing.

آنچه که به اصلاح رشته دیجیتالی در تولید دبجیتالی می گویند.

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

ما از نقشه اتوکد، به طرح نقشه اولیه تا نقشه ساخت نمونه می رویم.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

اغلب، رشته دیجیتالی درست در زمان ساخت نمونه شکسته می‌شود،

because you can't go all the way to manufacturing

زیرا شما تمامی مسیر تولید را نمی توانید بروید

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

چونکه بیشتر قطعات این ویژگی را ندارند که قطعه نهایی باشند.

We now can connect the digital thread

حال آنکه ما می توانیم رشته دیجیتالی را در تمامی

all the way from design to prototyping to manufacturing,

مسیر طراحی تا نمونه اولیه به هم متصل کنیم،

and that opportunity really opens up all sorts of things,

و این ویژگی درهای زیادی را باز می کند،

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

از بهبود در بهروری سوخت اتومبیل با ویژگیهایتوری های مشبک

with high strength-to-weight ratio,

و استحکام بالا نسبت به وزن،

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

پره های توربین، و تمامی چیزهای بسیار شگفت انگیز دیگر.

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

درباره اینکه شما در شرایط اضطراری نیاز به یک استنت( توری که داخل رگ میگذارند) داشته باشید،

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

به جای اینکه دکتر استنت را با سایز

that was just standard sizes,

استاندارد به داخل قفسه سینه شما هل دهد،

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

داشتن یک استنت که دقیقا برای آناتومی بدن شما طراحی شده باشد

with your own tributaries,

انشعابات لازم بدن خودتان،

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

در شرایط اضطراری در همان زمان چاپ شود با ویژگیهای لازم

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

که بعد از ۱۸ ماه برداشته شود: این واقعا همه چیز را عوض می کند.

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

یا در صنعت دیجیتال، ساخت تمامی این سازه ها

even while you're in the dentist chair.

حتی هنگامی که شما روی صندلی دندانپزشک نشسته اید.

And look at the structures that my students are making

به این سازه که دانشجویانم در دانشگاه کارولینای جنوبی

at the University of North Carolina.

ساخته اند نگاه کنید.

These are amazing microscale structures.

اینها سازه های مایکرو شگفت انگیزی هستند.

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

جهان واقعا در ساخت ننو عالی هست.

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

قانون مور برای چیزهای به ضخامت ۱۰ میکرون و کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.

We're really good at that,

ما واقعا در این زمینه خوب هستیم،

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

اما واقعا خیلی مشکل هست که یک قطعه را از ۱۰ میکرون به ۱٫۰۰۰ میکرون ضخامت تولید کنیم،

the mesoscale.

مزوسکوپی.

And subtractive techniques from the silicon industry

و تکنیک های کاهشی در صنعت سیلیکون (عمدتا در تولید تراشه های کامپیوتربکار میرود)

can't do that very well.

نمی تواند خیلی خوب عمل کند.

They can't etch wafers that well.

آنها نمی توانند حالت شبکه تخلخلی خیلی خوبی ایجاد کنند.

But this process is so gentle,

اما این فرایند بسیار ظریف هست،

we can grow these objects up from the bottom

و ما می توانیم این اشیاء را از پائین عمل اوریم

using additive manufacturing

با استفاده از تولیدات افزودنی

and make amazing things in tens of seconds,

چیزهای بسیار جالبی را در چند ده ثانیه می سازد،

opening up new sensor technologies,

باز کردن فن آوری سنسور جدید،

new drug delivery techniques,

تکنیک‌های داروهای جدید،

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

آزمایشگاه جدیدی بر روی تراشه برنامه های کاربردی، واقعا همه چیزرا تغییر میدهد.

So the opportunity of making a part in real time

بنابراین فرصت ساخت یک قطعه را در زمان واقعی

that has the properties to be a final part

که دارای خواص قطعه نهایی باشد

really opens up 3D manufacturing,

برای تولیدات توسط چاپگر سه بعدی راه باز می‌شود،

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

و برای ما، این بسیار هیجان انگیز است، زیرا ما اکنون

the intersection between hardware, software and molecular science,

تلاقی بین سخت افزار، نرم افزار و علوم مولکولی با هم داریم،

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

و من نمی توانم صبر کنم تا ببینم که طراحان و مهندسان سراسر جهان

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

چه چیزهایی را با این ابزار طراحی می کنند.

Thanks for listening.

برای شنیدن حرفهایم سپاسگزارم.

(Applause)

(تشویق)