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

Traducteur: Claire Ghyselen Relecteur: eric vautier

I'm thrilled to be here tonight

Je suis ravi d'être ici ce soir

to share with you something we've been working on

pour partager avec vous un projet

sur lequel nous travaillons depuis plus de deux ans,

for over two years,

and it's in the area of additive manufacturing,

dans le domaine de la fabrication additive,

also known as 3D printing.

autrement dit, l'impression 3D.

You see this object here.

Regardez cet objet.

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

Il paraît assez simple, mais en fait, il est assez complexe.

It's a set of concentric geodesic structures

C'est un ensemble de structures géodésiques concentriques

with linkages between each one.

qui sont toutes liées entre elles.

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

Il est donc impossible de les fabriquer avec des méthodes classiques.

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

Sa symétrie ne permet pas un moulage par injection.

You can't even manufacture it through milling.

On ne peut pas le produire par fraisage.

This is a job for a 3D printer,

C'est un travail pour une imprimante 3D.

Or, la plupart des imprimantes 3D

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

nécessitent entre 3 à 10 heures pour le fabriquer.

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

Je vais prendre le pari de le fabriquer ce soir sur le plateau

during this 10-minute talk.

pendant cette présentation de 10 minutes.

Wish us luck.

Souhaitez-moi bonne chance.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

Le terme d'impression 3D est inapproprié.

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

En réalité, il s'agit d'impressions 2D superposées à de nombreuses reprises.

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

On utilise des technologies associées à l'impression 2D.

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

Ça ressemble à une imprimante jet d'encre

qui applique de l'encre pour former des lettres.

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

En accumulant les couches,

on construit un objet tridimentionnel.

In microelectronics, they use something

La microélectronique utilise

called lithography to do the same sort of thing,

un procédé similaire, la lithographie,

to make the transistors and integrated circuits

pour fabriquer transistors, circuits intégrés,

and build up a structure several times.

et d'autres structures en continu.

These are all 2D printing technologies.

Toutes ces technologies d'impression sont du 2D.

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

Je suis chimiste, et j'étudie la science des matériaux.

and my co-inventors are also material scientists,

Mes co-inventeurs, un chimiste et un physicien,

one a chemist, one a physicist,

sont aussi spécialisés dans les matériaux.

On s'est progressivement intéressé à l'impression 3D.

and we began to be interested in 3D printing.

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

Les idées neuves sont souvent le fruit de connexions simples

between people with different experiences in different communities,

entre des personnes avec des formations et expériences différentes.

Voilà notre histoire en deux mots.

and that's our story.

Now, we were inspired

Une scène de T-1000 dans Terminator 2

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

nous a inspirés.

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

On a pensé qu'une imprimante 3D pourrait opérer de cette manière.

where you have an object arise out of a puddle

Un objet s'élève d'une flaque

in essentially real time

pour créer en temps réel

with essentially no waste

un objet fantastique,

to make a great object?

sans déchet.

Okay, just like the movies.

Exactement comme au cinéma.

And could we be inspired by Hollywood

Pourquoi pas s'inspirer d'Hollywood

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

et inventer des procédés qui rendrait ça possible ?

And that was our challenge.

Tel fut notre défi.

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

Si nous y parvenions, nous souhaitions

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

améliorer les trois obstacles qui empêchent l'impression 3D de percer

from being a manufacturing process.

en tant que processus de fabrication.

One, 3D printing takes forever.

D'abord, ça prend un temps fou.

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

Certains champignons poussent plus vite que des pièces imprimées en 3D. (Rires)

The layer by layer process

Le processus d'addition de couches

leads to defects in mechanical properties,

provoque des défauts dans les propriétés mécaniques,

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

qui peuvent être éliminés en croissance continue.

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

Si on atteint une vitesse critique,

on pourrait utiliser des matériaux auto-polymérisables

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

avec des propriétés époustouflantes.

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

Si on gagne notre pari, et qu'on imite vraiment Hollywood,

on apportera une solution à la fabrication 3D.

we could in fact address 3D manufacturing.

Our approach is to use some standard knowledge

Notre approche est la suivante :

on se base sur les connaissances usuelles

in polymer chemistry

de la chimie des polymères

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

pour mettre à contribution la lumière et l'oxygène

et fabriquer des pièces en continu.

Light and oxygen work in different ways.

La lumière et l'oxygène agissent de manière différente.

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

La lumière peut transformer une résine en un solide.

can convert a liquid to a solid.

Elle transforme des liquides en solides.

Oxygen inhibits that process.

L’oxygène inhibe ce processus.

So light and oxygen are polar opposites from one another

D’un point de vue chimique,

la lumière et l’oxygène sont situés sur des pôles opposés.

from a chemical point of view,

and if we can control spatially the light and oxygen,

En contrôlant l’espace entre la lumière et l’oxygène,

we could control this process.

on pourrait contrôler ce processus.

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

Nous appelons ça: IPLC. (Interface de Production Liquide Continue)

It has three functional components.

Elle est articulée autours de 3 composants fonctionnels.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Le réservoir qui contient la flaque,

just like the T-1000.

comme pour T-1000.

At the bottom of the reservoir is a special window.

Il y a une fenêtre spéciale au fond du réservoir.

I'll come back to that.

J'y reviendrai plus tard.

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

Ensuite, il y a une plateforme qui descend dans la flaque

and pull the object out of the liquid.

pour en extraire l’objet.

The third component is a digital light projection system

Le troisième composant est un système digital de projection de lumière,

underneath the reservoir,

positionné en dessous du réservoir.

illuminating with light in the ultraviolet region.

La lumière projetée est de l’ultraviolet.

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

La petite fenêtre dans le fond du réservoir est capitale.

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

C’est une fenêtre très particulière, en composite.

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

Elle est transparente à la lumière, et perméable à l’oxygène.

It's got characteristics like a contact lens.

Ses caractéristiques sont identiques à des verres de contact.

So we can see how the process works.

Observons comment ça fonctionne.

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

Sous un procédé traditionnel, avec une fenêtre imperméable à l’oxygène,

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

on constate ceci : quand on descend la plateforme,

you make a two-dimensional pattern

on crée un patron bi-dimensionnel

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

que l’on va coller sur cette fenêtre, à l’aide d’un cache traditionnel.

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

Avant d'ajouter une nouvelle couche,

on sépare le cache de la couche précédente,

introduce new resin, reposition it,

on introduit de la résine, on la dépose,

and do this process over and over again.

et on répète ce processus autant de fois que nécessaire.

But with our very special window,

Par contre, avec notre fenêtre spéciale,

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

voici ce que nous sommes capables de faire :

as light hits it,

quand la lumière entre en contact avec l’oxygène,

that oxygen inhibits the reaction,

l’oxygène inhibe la réaction.

and we form a dead zone.

On crée ainsi une zone morte

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

d’une épaisseur d’une dizaine de microns,

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

soit l’équivalent de trois fois le diamètre d’un globule rouge,

right at the window interface that remains a liquid,

localisée sur la surface liquide de la fenêtre.

and we pull this object up,

On tire l’objet vers le haut.

and as we talked about in a Science paper,

On l’a détaillé dans une revue scientifique,

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

en altérant le volume d’oxygène,

on modifie l’épaisseur des zones mortes.

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

On contrôle un certain nombre de variables clefs

à l’aide de logiciel très sophistiqués :

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

le volume d’oxygène, la lumière et son intensité, les doses,

the viscosity, the geometry,

and we use very sophisticated software to control this process.

la viscosité, la géométrie.

The result is pretty staggering.

Les résultats sont stupéfiants.

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

C’est de 25 à 100 fois plus rapide que l’impression 3D classique.

which is game-changing.

C’est un élément déterminant.

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

De plus, notre capacité d’apporter le liquide jusqu’à cette interface

we can go 1,000 times faster I believe,

nous permettra d’augmenter la vitesse d’un facteur 1000.

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

Ça va générer beaucoup de chaleur,

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

En tant que chimiste,

je suis passionné par les transferts de chaleur.

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

Un jour, nos imprimantes 3D seront si rapides

qu’elles seront refroidies à l’eau.

because they're going so fast.

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

Comme nous faisons croître les objets, il n’y a plus de couches.

and the parts are monolithic.

Les pièces sont monolithiques.

You don't see the surface structure.

On ne voit pas la structure de la surface.

You have molecularly smooth surfaces.

La surface est moléculairement lisse.

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

Les propriétés mécaniques de la plupart des pièces imprimées en 3D

are notorious for having properties that depend on the orientation

sont notoirement influencées

par l’orientation au moment de l’impression,

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

à cause de la structure des couches additives.

But when you grow objects like this,

Mais si on fait croître des objets ainsi,

the properties are invariant with the print direction.

l’orientation de l’impression n’influence pas leurs propriétés.

These look like injection-molded parts,

Ils ressemblent à des pièces injectées dans un moule.

which is very different than traditional 3D manufacturing.

C’est fondamentalement différent de la fabrication additive.

In addition, we're able to throw

Un autre avantage réside dans le fait

que l'on peut utiliser n’importe quel polymère

the entire polymer chemistry textbook at this,

mentionné dans les livres de chimie.

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

On peut concevoir des chimies qui offrent les propriétés

you really want in a 3D-printed object.

vraiment recherchées dans un objet imprimé en 3D.

(Applause)

(Applaudissements)

There it is. That's great.

Le voici ! Super !

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

Il y a toujours un risque que ça ne fonctionne pas sur scène.

But we can have materials with great mechanical properties.

On peut avoir des matériaux

aux propriétés mécaniques extra.

For the first time, we can have elastomers

On va pouvoir obtenir des élastomères

that are high elasticity or high dampening.

très élastiques ou très amortissants.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

Je pense au contrôle des vibrations ou à des chaussures de course.

We can make materials that have incredible strength,

On peut créer des matériaux d'une résistance incroyable,

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

avec un rapport résistance-poids élevé. Des matériaux vraiment solides,

really great elastomers,

des élastomères fabuleux.

so throw that in the audience there.

Je vous en lance un.

So great material properties.

Ces matériaux ont des propriétés fantastiques.

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

Si on parvient à fabriquer des composants

that has the properties to be a final part,

qui ont les propriétés pour devenir une pièce finale,

and you do it in game-changing speeds,

et que la vitesse de production est révolutionnaire,

you can actually transform manufacturing.

ça nous ouvre l'opportunité de transformer l'industrie.

Right now, in manufacturing, what happens is,

Aujourd'hui, la fabrication inclut un soi-disant fil digital.

the so-called digital thread in digital manufacturing.

Le processus est le suivant : on part d'un dessin CAD,

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

on crée un prototype et on passe à la fabrication.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

Le fil digital est souvent rompu au prototype.

because you can't go all the way to manufacturing

Impossible de conserver ce fil digital

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

parce que beaucoup de composants

n'ont pas les propriétés de la pièce finale.

We now can connect the digital thread

Maintenant, nous pouvons conserver le fil digital

all the way from design to prototyping to manufacturing,

du dessin à la fabrication en passant par le prototype.

and that opportunity really opens up all sorts of things,

Ça ouvre tout un tas de possibilités :

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

des véhicules plus efficients, avec de superbes propriétés structurelles,

un ratio élevé de robustesse par rapport à son poids,

with high strength-to-weight ratio,

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

des nouvelles pales de turbines, et plein d'autres merveilles.

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

Imaginez que vous ayez besoin d'un stent pendant une urgence.

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

Le docteur ne prendrait plus un stent aux dimensions standardisées

that was just standard sizes,

dans une armoire.

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

Il pourrait imprimer un stent conçu pour vous, pour votre anatomie,

with your own tributaries,

et qui prend en compte vos particularités.

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

Cette impression sur mesure aurait lieu dans une situation d'urgence,

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

et conduirait à rendre le stent inutile après 18 mois. Quel potentiel !

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Imaginez une dentisterie digitale, qui fabriquerait ce type de structure

even while you're in the dentist chair.

pendant que vous êtes chez votre dentiste.

And look at the structures that my students are making

Voici quelques structures créées par mes étudiants

at the University of North Carolina.

à l'Université de Caroline du Nord.

These are amazing microscale structures.

Ce sont des microstructures remarquables.

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

Partout dans le monde, nous avons du talent pour la nano-fabrication.

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

La Loi de Moore conduit à des échelles plus petites que 10 microns.

We're really good at that,

On est très fort.

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

C'est par contre difficile de concevoir des objets entre 10 et 1000 microns,

the mesoscale.

l'échelle moyenne.

And subtractive techniques from the silicon industry

Les techniques par soustraction de l'industrie du silicone

ne sont pas appropriées.

can't do that very well.

They can't etch wafers that well.

La gravure n'est pas très bonne.

But this process is so gentle,

Notre processus est doux.

we can grow these objects up from the bottom

Il permet de construire ces objets par élévation,

using additive manufacturing

en utilisant la fabrication additive,

and make amazing things in tens of seconds,

en quelques secondes.

opening up new sensor technologies,

Toutes les applications sont touchées :

new drug delivery techniques,

les capteurs, les laboratoires sur puce,

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

les systèmes d'administration de médicaments.

So the opportunity of making a part in real time

Pouvoir créer des composants en temps réel

that has the properties to be a final part

avec les propriétés des pièces finales

really opens up 3D manufacturing,

rend la fabrication par impression 3D vraiment viable.

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

C'est très enthousiasmant. Nous sommes à l'intersection

the intersection between hardware, software and molecular science,

entre les équipements, les logiciels et la science moléculaire.

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

Je suis impatient de voir ce que les concepteurs et ingénieurs

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

vont concevoir dans le monde avec cet instrument formidable.

Thanks for listening.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)