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

Fordító: Zsuzsa Vida Lektor: Péter Pallós

I'm thrilled to be here tonight

Izgatottan állok itt ma este,

to share with you something we've been working on

hogy elmondjam önöknek, min dolgozom

for over two years,

több mint két éve,

and it's in the area of additive manufacturing,

ez pedig az ún. növesztő gyártás területe,

also known as 3D printing.

másként: 3D-nyomtatás.

You see this object here.

Itt egy tárgy.

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

Elég egyszerűnek látszik, de ugyanakkor nagyon bonyolult.

It's a set of concentric geodesic structures

Koncentrikus geodetikus szerkezetek sorából áll,

with linkages between each one.

amelyek össze vannak kapcsolódva.

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

A darabot nem lehet hagyományos gyártási eljárással elkészíteni.

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

Olyan a szimmetriája, hogy fröccsöntéssel nem állítható elő.

You can't even manufacture it through milling.

Marással sem lehet legyártani.

This is a job for a 3D printer,

Ez 3D-nyomtatónak való feladat,

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

de a legtöbb 3D-nyomtatónak a gyártás 3-10 órába telne,

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

de ma este megkockáztatjuk, hogy tízperces előadásom alatt

during this 10-minute talk.

a munkadarab elkészüljön.

Wish us luck.

Kívánjanak hozzá sok szerencsét.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

A 3D-nyomtatás voltaképpen helytelen elnevezés.

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

Az eljárás valójában folytonosan ismételt 2D-nyomtatás,

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

amely a 2D-nyomtatás technológiáját alkalmazza.

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

Pl. a tintasugaras nyomtatóval a papírra festéket juttatunk, ebből lesznek a betűk.

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

Az eljárást ismételgetve háromdimenziós tárgyat növeszthetünk.

In microelectronics, they use something

A mikroelektronikában erre a célra

called lithography to do the same sort of thing,

litográfiának nevezett eljárást használnak

to make the transistors and integrated circuits

tranzisztor és integrált áramkör gyártására,

and build up a structure several times.

ismétléssel építve föl a szerkezetet.

These are all 2D printing technologies.

Ezek mind 2D-s nyomtatási technológiák.

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

Vegyész vagyok, és anyagtudománnyal is foglalkozom,

and my co-inventors are also material scientists,

akárcsak feltaláló-társaim.

one a chemist, one a physicist,

Egyikük vegyész, a másik fizikus.

and we began to be interested in 3D printing.

Felkeltette az érdeklődésünket a 3D-nyomtatás.

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

Mint tudják, gyakori, hogy új ötletek eltérő körbe tartozó,

between people with different experiences in different communities,

más tapasztalattal bíró emberekhez kapcsolódnak,

and that's our story.

így történt velünk is.

Now, we were inspired

Az ihletet

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

a Terminator 2 T-1000 jelenetétől kaptuk.

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

Az jutott eszünkbe, miért ne működhetne ugyanígy egy 3D-nyomtató,

where you have an object arise out of a puddle

ahol egy tárgy egy tócsából nőne ki

in essentially real time

lényegében azonnal,

with essentially no waste

és lényegében hulladék nélkül:

to make a great object?

így keletkezne egy nagy tárgy?

Okay, just like the movies.

Mint a filmekben.

And could we be inspired by Hollywood

De a Hollywoodtól nyert ihlet elég lesz-e,

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

hogy működjön is a szerkezet?

And that was our challenge.

Ebben állt a feladatunk.

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

Úgy véltük, ha ez sikerül, akkor elhárítottuk

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

a három nehézséget, amely miatt a 3D-nyomtatás

from being a manufacturing process.

alkalmatlan a gyártási folyamatokra.

One, 3D printing takes forever.

Az első: a 3D-nyomtatás soká tart.

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

Egyes gombák gyorsabban nőnek, mint a 3D-vel nyomtatott alkatrészek. (Nevetés)

The layer by layer process

A rétegenkénti technológia

leads to defects in mechanical properties,

a mechanikai tulajdonságok hibáit okozza.

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

Ha folyamatosan növeszthetjük az alkatrészt, a hibák elkerülhetők.

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

Ha pedig a növesztés elég gyors, használhatunk önjavító anyagokat,

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

és pompás tulajdonságokat hozhatnánk ki belőlük.

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

Ha ez Hollywood nyomán sikerülne,

we could in fact address 3D manufacturing.

megoldanánk a 3D gyártást.

Our approach is to use some standard knowledge

Arra gondoltunk, alkalmazni kellene némi általános ismeretet

in polymer chemistry

a polimerek kémiájából, hogy a fényt és az oxigént

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

az alkatrészek folyamatos növesztésére igába fogjuk.

Light and oxygen work in different ways.

A fény és az oxigén különbözőképp működik.

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

A fény megszilárdíthatja a gyantát, a folyadékot átalakíthatja

can convert a liquid to a solid.

szilárd halmazállapotú anyaggá.

Oxygen inhibits that process.

Az oxigén késlelteti a folyamatot.

So light and oxygen are polar opposites from one another

Tehát a fény és az oxigén kémiai szempontból

from a chemical point of view,

homlokegyenest ellenkező hatásúak,

and if we can control spatially the light and oxygen,

és ha a térben adagolni tudjuk őket,

we could control this process.

szabályozhatjuk magát a folyamatot is.

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

Az eljárás neve: CLIP. [Folyamatos folyadék határfelületű gyártás]

It has three functional components.

A berendezés három részből áll.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Az első a tócsát tartalmazó medence,

just like the T-1000.

akárcsak a T-1000 esetében.

At the bottom of the reservoir is a special window.

A medence alján van egy különleges rés.

I'll come back to that.

Erre még visszatérek.

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

Ezen kívül van egy gépfej, amely belemerül a tócsába,

and pull the object out of the liquid.

és kihúzza a tárgyat a folyadékból.

The third component is a digital light projection system

A harmadik egy digitális fényvető rendszer

underneath the reservoir,

a medence alatt,

illuminating with light in the ultraviolet region.

amely ultraibolya sugarakkal világítja meg a munkadarabot.

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

A lényeg, hogy a medence alján lévő rés

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

egy kompozit, s abból a szempontból különleges,

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

hogy nemcsak fényáteresztő, de az oxigén is áthatol rajta.

It's got characteristics like a contact lens.

Olyan tulajdonságai vannak, mint a kontaktlencséknek.

So we can see how the process works.

A folyamat a következőképpen zajlik.

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

Az elején a hagyományos módszernél

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

ahogy süllyesztjük a gépfejet, az oxigénnek áthatolhatatlan ablakkal

you make a two-dimensional pattern

egy kétdimenziós mintázatot

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

alakítunk ki, s azt beragasztjuk a hagyományos réssel a résbe,

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

a következő réteghez szét kell választanunk őket,

introduce new resin, reposition it,

új gyantaadagot kell bejuttatni, vissza be kell állítani,

and do this process over and over again.

és többször kell ismételni a folyamatot.

But with our very special window,

De a mi résünk nagyon különleges.

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

mert ahogy az alját fény éri,

as light hits it,

áthalad rajta az oxigén,

that oxygen inhibits the reaction,

az oxigén fékezi a reakciót,

and we form a dead zone.

kialakul egy holtsáv,

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

amely néhány tucat mikron vastagságú,

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

a vörösvérsejt átmérőjének 2-3-szorosa,

right at the window interface that remains a liquid,

közvetlenül a rés határfelületén.

and we pull this object up,

A tárgyat fölfelé húzzuk,

and as we talked about in a Science paper,

s mint a Science-cikkben leírtuk,

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

az oxigén mennyiségének módosításával a holtsáv vastagsága változik.

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

Tehát van néhány szabályozható változónk: az oxigén mennyisége,

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

a fény, a fényerősség, az adagolás,

the viscosity, the geometry,

a viszkozitás, az alakzat.

and we use very sophisticated software to control this process.

Nagyon precíz szoftverrel szabályozzuk a folyamatot.

The result is pretty staggering.

Az eredmény eléggé meghökkentő.

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

A munkadarab a hagyományos 3D-nyomtatókhoz képest

which is game-changing.

25-100-szor gyorsabban készül el.

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

Ez óriási változás. De ha növelni tudjuk a folyadék-betáplálást

we can go 1,000 times faster I believe,

a határfelületre, a sebesség 1000-szeresére nőhet,

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

ez pedig lehetőséget nyújt nagy hőfejlesztésre.

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

Mint vegyészmérnököt borzasztóan érdekel a hőátadás

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

és a gondolat, hogy egykor vízhűtéses 3D-nyomtatóink lesznek,

because they're going so fast.

melyekkel még gyorsabban fogunk dolgozni.

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

Ráadásul, mivel növeljük a méreteket, nem lesznek rétegek,

and the parts are monolithic.

és az alkatrészek monolitikusak lesznek.

You don't see the surface structure.

Észrevehetetlen lesz a felület szerkezete.

You have molecularly smooth surfaces.

Molekula szintű sima felületünk lesz.

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

A 3D-nyomtatókkal gyártott alkatrészek mechanikai tulajdonságai

are notorious for having properties that depend on the orientation

hírhedtek, mert függnek a gyártás irányától,

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

azaz hogy a réteges szerkezetet melyik irányban nyomtatták.

But when you grow objects like this,

De ha e technológiával növesztjük a tárgyakat,

the properties are invariant with the print direction.

a tulajdonságok ugyanazok lesznek, bármely irányban nyomtassunk is.

These look like injection-molded parts,

Olyanok, mintha fröccsöntöttük volna őket,

which is very different than traditional 3D manufacturing.

ami eltér a hagyományos 3D-gyártástól.

In addition, we're able to throw

Sőt, rászabadíthatjuk

the entire polymer chemistry textbook at this,

az összes polimerkémiai tankönyvet,

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

olyan összetételű anyagokat tervezhetünk,

you really want in a 3D-printed object.

mellyel javíthatjuk a 3D-nyomtatású alkatrészek tulajdonságait.

(Applause)

(Taps)

There it is. That's great.

Ez nagyszerű.

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

Mindig megvan a kockázata, hogy a színpadon nem sikerül a bemutató.

But we can have materials with great mechanical properties.

Lehetnek kiváló mechanikai tulajdonságú anyagaink.

For the first time, we can have elastomers

Első alkalom, hogy elasztomereket állíthatunk elő,

that are high elasticity or high dampening.

amelyek nagyon rugalmasak vagy jól csillapítanak.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

Gondoljunk a rezgésszabályozásra vagy jó surranóra.

We can make materials that have incredible strength,

Elképesztő szilárdságú anyagokat állíthatunk elő,

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

melyeknél kiváló a szilárdság és a súly aránya,

really great elastomers,

ezek tényleg ragyogó elasztomerek,

so throw that in the audience there.

csak dobálgassuk ezt a nézőtéren.

So great material properties.

Ilyen ragyogóak az anyag tulajdonságai.

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

Most megvan a lehetőség: ha alkatrészt készítünk,

that has the properties to be a final part,

melynek tulajdonságai megegyeznek a végtermékével,

and you do it in game-changing speeds,

és szédületes sebességgel gyártunk,

you can actually transform manufacturing.

a gyártástechnológia teljesen átalakul.

Right now, in manufacturing, what happens is,

Jelenleg a termelésben egyre gyakoribb

the so-called digital thread in digital manufacturing.

az ún. digitális gyártási folyamat.

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

A CAD rajzoktól a tervezésen, a prototípuson át a gyártásig terjed.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

A digitális folyamat gyakorta megszakad a prototípusnál,

because you can't go all the way to manufacturing

mivel nem tudunk eljutni a gyártásig,

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

mert a protó tulajdonságai eltérnek a végtermékéitől.

We now can connect the digital thread

Most a digitális folyamat szakadatlan:

all the way from design to prototyping to manufacturing,

a tervezéstől a prototípuson át a gyártásig tart.

and that opportunity really opens up all sorts of things,

Ez a lehetőség új távlatokat nyit

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

a jobb üzemanyag-hatékonyságú, remek térhálós szerkezeti tulajdonságú,

with high strength-to-weight ratio,

kiváló szilárdság-súly arányú kocsiktól

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

új turbinalapátokig, más csodás dolgokig.

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

Gondoljunk arra, ha vészhelyzetben sztentre van szükségünk.

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

Az orvosnak nem kell a polcról elővennie

that was just standard sizes,

egy szokásos méretű sztentet,

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

ha van az önök anatómiájához szabott sztent,

with your own tributaries,

amely az ereikhez alkalmas.

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

Vészhelyzetben a kívánt tulajdonságú

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

sztent rögtön gyárható. Egyébként másfél évnél tovább úgysem jó.

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Digitális fogászat: ilyen szerkezetek készíthetők,

even while you're in the dentist chair.

miközben a páciens a fogorvosi székben ül.

And look at the structures that my students are making

Ezeket a darabokat a diákjaim készítik

at the University of North Carolina.

az Észak-Karolinai Egyetemen.

These are amazing microscale structures.

Csodás mikroszerkezetű darabok.

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

A világon tényleg jól tudnak nanotárgyakat készíteni.

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

A Moore-törvény érvényes, már bejutottunk a 10 mikron alá.

We're really good at that,

Ebben igen jók vagyunk,

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

de a 10 és a 10000 mikron közötti

the mesoscale.

ún. mezoskála a nehéz ügy.

And subtractive techniques from the silicon industry

A szilíciumipari leválasztásos technikák

can't do that very well.

nem nagyon alkalmazhatók.

They can't etch wafers that well.

Nem jól maratják a wafereket.

But this process is so gentle,

De ez a folyamat annyira kímélő:

we can grow these objects up from the bottom

így növeszthetjük ezeket a tárgyakat

using additive manufacturing

növesztő gyártással, s másodpercek alatt

and make amazing things in tens of seconds,

ragyogó dolgokat készíthetünk,.

opening up new sensor technologies,

új érzékelő-technológiát,

new drug delivery techniques,

új gyógyszertechnológiát,

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

új "labor egy csipen" technológiát alkalmazhatunk.

So the opportunity of making a part in real time

Az, hogy azonnal elkészíthetünk egy alkatrészt,

that has the properties to be a final part

amely tulajdonságai azonosak a végtermékével,

really opens up 3D manufacturing,

tényleg megnyitja az utat a 3D-gyártás előtt.

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

Ez nagyon izgat bennünket, mert azt jelenti, hogy birtokoljuk

the intersection between hardware, software and molecular science,

a hardver, a szoftver és a molekuláris tudományok metszéspontját,

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

és én türelmetlenül várom, világszerte mit hoznak ki

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

tervezők, mérnökök ebből a nagyszerű eszközből.

Thanks for listening.

Köszönöm, hogy meghallgattak.

(Applause)

(Taps)