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

מתרגם: Ido Dekkers מבקר: Tal Dekkers

I'm thrilled to be here tonight

אני נרגש להיות פה הערב

to share with you something we've been working on

כדי לחלוק איתכם משהו שעבדנו עליו

for over two years,

במשך יותר משנתיים.

and it's in the area of additive manufacturing,

וזה בתחום היצור המוסף.

also known as 3D printing.

שידוע גם כהדפסה תלת מימדית.

You see this object here.

אתם רואים את העצם הזה פה.

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

זה נראה די פשוט, אבל זה די מורכב באותו זמן.

It's a set of concentric geodesic structures

זה סט של מבנים גאודזיים ממורכזים

with linkages between each one.

עם חיבורים בין אחד לשני.

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

בהקשר הזה, זה לא ניתן ליצור על ידי שיטות יצור מסורתיות,

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

יש לזה סימטריה כזו שאי אפשר לייצר את זה בתבנית הזרקה.

You can't even manufacture it through milling.

אי אפשר לייצר את זה בחריטה.

This is a job for a 3D printer,

זו עבודה למדפסת תלת מימדית,

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

אבל רוב המדפסות התלת מימדיות ידרשו בין שלוש לעשר שעות כדי לייצר את זה,

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

ואנחנו עומדים לקחת את הסיכון הלילה כדי לנסות לייצר את זה על הבמה

during this 10-minute talk.

במהלך הרצאה של 10 דקות.

Wish us luck.

תאחלו לנו בהצלחה.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

עכשיו, הדפסה תלת מימדית היא למעשה הגדרה לא מתאימה.

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

זה למעשה הדפסה דו מימדית שוב ושוב,

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

ולמעשה היא משתמשת בטכנולוגיות שמקושרות להדפסה דו מימדית.

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

חשבו על מדפסות הזרקת דיו בהן אתם מניחים דיו על דף כדי ליצור מכתבים,

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

ואז אתם עושים את זה שוב ושוב כדי לבנות עצם תלת מימדי.

In microelectronics, they use something

במיקרו אלקטרוניקה הם משתמשים במשהו

called lithography to do the same sort of thing,

שנקרא ליטוגרפיה כדי לעשות את אותו הדבר,

to make the transistors and integrated circuits

כדי ליצור טרנזיסטורים ומעגלים משולבים

and build up a structure several times.

ולבנות מבנה כמה פעמים.

These are all 2D printing technologies.

כל אלה שיטות הדפסה דו מימדיות.

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

עכשיו, אני כימאי, וגם מדען חומרים,

and my co-inventors are also material scientists,

והממציאים השותפים שלי הם גם מדעני חומרים,

one a chemist, one a physicist,

אחד כימאי, אחד פיזיקאי,

and we began to be interested in 3D printing.

והתחלנו להתעניין בהדפסה תלת מימדית.

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

והרבה פעמים כמו שאתם יודעים, רעיונות חדשים הם קישורים פשוטים

between people with different experiences in different communities,

בין אנשים עם נסיונות שונים בקהילות שונות,

and that's our story.

וזה הסיפור שלנו.

Now, we were inspired

עכשיו, קיבלנו השראה

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

מהסצנה של ה T1000 בטרמינטור 2,

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

וחשבנו, למה שמדפסת תלת מימד לא תוכל לעבוד כך,

where you have an object arise out of a puddle

שיש לכם אובייקט שיוצא מתוך שלולית

in essentially real time

בעצם בזמן אמת

with essentially no waste

ללא בזבוז בכלל

to make a great object?

כדי ליצוא אובייקט נפלא?

Okay, just like the movies.

אוקיי, ממש כמו בסרט.

And could we be inspired by Hollywood

והאם נוכל לקבל השראה מהוליווד

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

ולהעלות דרך לגרום לזה למעשה לעבוד?

And that was our challenge.

וזה היה האתגר שלנו.

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

והגישה שלנו תהיה, אם נוכל לעשות זאת,

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

אז נוכל בעיקרון לטפל בשלוש הבעיות שעוצרות הדפסה תלת מימדית

from being a manufacturing process.

מלהפוך לתהליך יצור.

One, 3D printing takes forever.

אחת, הדפסה תלת מימדית לוקחת לתמיד.

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

יש פטריות שגדלות מהר יותר מהדפסת חלקים תלת מימדיים. (צחוק)

The layer by layer process

תהליך השכבה אחרי שכבה

leads to defects in mechanical properties,

מוביל לפגמים בתכונות מכניות,

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

ואם נוכל לגדול בהתמדה, נוכל להפתר מהפגמים האלה.

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

ולמעשה, אם נוכל לגדול ממש מהר, נוכל גם להתחיל להשתמש בחומרים

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

שמתקנים את עצמם, ויוכלו להיות לכם תכונות מדהימות.

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

אז אם נוכל להצליח בזה, לחקות את הוליווד,

we could in fact address 3D manufacturing.

נוכל למעשה להצליח בהדפסה תלת מימדית.

Our approach is to use some standard knowledge

הגישה שלנו היא להשתמש בידע סטנדרטי

in polymer chemistry

בכימיה פולימרית

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

כדי לרתום אור וחמצן כדי לגדל חלקים באופן רציף.

Light and oxygen work in different ways.

אור וחמצן עובדים בדרכים שונות.

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

אור יכול לקחת שרף ולהפוך אותו למוצק.

can convert a liquid to a solid.

יכול להפוך נוזל למוצק.

Oxygen inhibits that process.

חמצן יכול לעכב את התהליך הזה.

So light and oxygen are polar opposites from one another

אז אור וחמצן הם ניגודים קוטביים אחד של השני

from a chemical point of view,

מנקודת מבט כימיקלית,

and if we can control spatially the light and oxygen,

ואם נוכל לשלוט מרחבית באור ובחמצן,

we could control this process.

נוכל לשלוט בתהליך הזה.

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

ואנחנו מתייחסים לזה כ CLIP, [יצור מתמשך בממשק נוזלי.]

It has three functional components.

יש לו שלושה חלקים פונקציונליים.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

אחד, יש לו מאגר שמחזיק את השלולית,

just like the T-1000.

ממש כמו ה T1000.

At the bottom of the reservoir is a special window.

בתחתית המאגר יש חלון מיוחד.

I'll come back to that.

אני אחזור לזה.

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

בנוסף, יש לו במה שתורד אל תוך המאגר

and pull the object out of the liquid.

ותמשוך את העצם מתוך הנוזל.

The third component is a digital light projection system

החלק השלישי הוא מערכת אור דיגיטלית

underneath the reservoir,

מתחת למאגר,

illuminating with light in the ultraviolet region.

שמאירה אור בתחום האולטרה סגול.

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

עכשיו, המפתח הוא שהחלון הזה בתחתית המאגר,

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

הוא מורכב, זה חלון מאוד מיוחד.

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

הוא לא רק שקוף לאור, הוא גם חדיר לחמצן.

It's got characteristics like a contact lens.

יש לו תכונות כמו עדשת מגע.

So we can see how the process works.

אז אנחנו יכולים לראות איך התהליך עובד.

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

אתם יכולים להתחיל לראות שכשאתם מורידים את הבמה פה,

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

בתהליך המקורי, עם חלון אטום לחמצן,

you make a two-dimensional pattern

אתם יוצרים דוגמה דו מימדית

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

ואתם מדביקים את זה לחלון עם חלון מסורתי,

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

וכך כדי להניח את השכבה הבאה, אתם חייבים להפריד אותה,

introduce new resin, reposition it,

להניח שרף חדש, ולמקם מחדש,

and do this process over and over again.

ולעשות את התהליך שוב ושוב.

But with our very special window,

אבל עם החלון המיוחד שלנו,

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

מה שהיינו מסוגלים לעשות זה, עם חמצן שמגיע דרך התחתית

as light hits it,

כשאור פוגע בו,

that oxygen inhibits the reaction,

החמצן הזה מונע את התגובה,

and we form a dead zone.

ואנחנו יוצרים אזור מת.

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

האזור המת הזה הוא בקנה מידה של עשרות מיקרונים,

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

אז זה שניים או שלושה קטרים של תא דם אדום,

right at the window interface that remains a liquid,

ממש על פני החלון שנשאר נוזלי,

and we pull this object up,

ואנחנו מושכים את העצם למעלה,

and as we talked about in a Science paper,

וכמו שכתבנו במאמר מדעי,

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

כשאנחנו משנים את רמות החמצן, אנחנו יכולים לשנות את עובי האזור המת.

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

אז כך יש לנו מספר משתנים עיקריים שאנחנו שולטים ברמות החמצן,

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

האור, עוצמת האור, הכמות להתקשות,

the viscosity, the geometry,

הצמיגות, הגאומטריה,

and we use very sophisticated software to control this process.

ואנחנו משתמשים בתוכנה מאוד מתוחכמת כדי לשלוט בתהליך.

The result is pretty staggering.

התוצאה היא די מדהימה.

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

זה מהיר פי 25 עד 100 ממדפסות תלת מימד מסורתיות,

which is game-changing.

שזה משנה את כללי המשחק.

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

בנוסף, כשהיכולת שלנו לספק נוזל לממשק הזה,

we can go 1,000 times faster I believe,

אנחנו יכולים להגיע למהירות גדולה פי 1000 אני מאמין,

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

וזה למעשה פותח את ההזדמנות ליצר הרבה חום,

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

וכמהנדס כימי, אני מאוד מתרגש ממעבר חום

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

והרעיון שאולי יום אחד יהיו לנו מדפסות תלת מימד מקוררות מים,

because they're going so fast.

מפני שהן עובדות כל כך מהר.

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

בנוסף, בגלל שאנחנו מגדלים דברים, אנחנו נפתרים מהשכבות,

and the parts are monolithic.

והחלקים הם מונוליטיים.

You don't see the surface structure.

אתם לא רואים את מבנה פני השטח.

You have molecularly smooth surfaces.

יש לכם פני שטח חלקים מולקולרית.

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

והתכונות המכניות של רוב החלקים שעשויים במדפסת תלת מימד

are notorious for having properties that depend on the orientation

ידועים לשמצה שיש להם תכונות שתלויות בכיוון

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

בהם הדפסתם אותם, בגלל המבנה דמוי השכבות.

But when you grow objects like this,

אבל כשאתם מגדלים עצם כך,

the properties are invariant with the print direction.

התכונות לא משתנות עם כיוון ההדפסה.

These look like injection-molded parts,

אלה נראים כמו חלקים מוזרקים,

which is very different than traditional 3D manufacturing.

שזה מאוד שונה מיצור תלת מימדי מסורתי.

In addition, we're able to throw

בנוסף, אנחנו מסוגלים לזרוק

the entire polymer chemistry textbook at this,

את כל ספר הלימוד על כימיית פולימרים על זה,

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

ואנחנו מסוגלים לעצב כימיות שיכולות לתת להעלות את התכונות

you really want in a 3D-printed object.

שאתם באמת רוצים במודל תלת מימדי.

(Applause)

(מחיאות כפיים)

There it is. That's great.

הנה זה, זה נפלא.

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

אתם תמיד לוקחים סיכון שמשהו כמו זה לא יעבוד על הבמה, נכון?

But we can have materials with great mechanical properties.

אבל יכולים להיות לנו חומרים עם תכונות מכאניות מעולות.

For the first time, we can have elastomers

בפעם הראשונה, יש לנו אלסטומרים

that are high elasticity or high dampening.

שיש להם אלסטיות גבוהה או שיכוך גבוה.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

חשבו על שליטה ברטט או נעלי התעמלות מעולים, לדוגמה.

We can make materials that have incredible strength,

אנחנו יכולים ליצור חומרים שיש להם חוזק עצום,

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

יחס כוח למשקל גבוה, באמת חומרים חזקים,

really great elastomers,

אלסטומרים באמת מעולים,

so throw that in the audience there.

אז אזרוק את זה לקהל שם.

So great material properties.

אז תכונות חומרים מעולות.

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

וכך ההזדמנות עכשיו, אם תוכלו למעשה לייצר חלק

that has the properties to be a final part,

שיש לו תכונות של חלק סופי,

and you do it in game-changing speeds,

ואתם עושים אתה במהירות שמשנה כללי משחק,

you can actually transform manufacturing.

אתם יכולים למעשה להפוך את היצור.

Right now, in manufacturing, what happens is,

כרגע, ביצור מה שקורה זה,

the so-called digital thread in digital manufacturing.

התהליך הלכאורה דיגיטלי ביצור דיגיטלי,

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

אנחנו עוברים משרטוט CAD, עיצוב, לאב טיפוס ליצור.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

פעמים רבות, התהליך הדיגיטלי נשבר באב הטיפוס,

because you can't go all the way to manufacturing

מפני שאתם לא יכולים לעבור כל הדרך ליצור

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

מפני שלרוב החלקים אין את התכונות להיות מוצר סופי.

We now can connect the digital thread

אנחנו יודעים עכשיו לחבר את התהליך הדיגיטלי

all the way from design to prototyping to manufacturing,

כל הדרך מעיצוב לאב טיפוס ליצור

and that opportunity really opens up all sorts of things,

וההזדמנות הזו באמת פותחת כל מיני סוגים של דברים,

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

ממכוניות חסכוניות יותר שמתעסקות עם תכונות שבכה מעולות

with high strength-to-weight ratio,

עם יחס כוח למשקל גבוה,

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

להבי טורבינה חדשים, כל מיני סוגים של דברים נפלאים.

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

חשבו על אם נצטרך סטנט במצב חירום,

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

במקום שהרופא יקח סטנט מהמדף

that was just standard sizes,

שהוא בגודל סטנדרטי,

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

יהיה לו סטנט מתוכנן בשבילכם, לאנטומיה שלכם

with your own tributaries,

עם תכונות כלי הדם שלכם,

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

מודפס במצב חירום בזמן אמת מהתכונות האלו

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

כך שהסטנט יוכל להעלם תוך 18 חודשים: באמת משנה חוקי משחק.

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

או רפואת שיניים דיגיטלית, ובניית הסוגים האלה של מבנים

even while you're in the dentist chair.

אפילו בעודכם בכסא רופא השיניים.

And look at the structures that my students are making

והביטו במבנים שהסטודנטים שלי יוצרים

at the University of North Carolina.

באוניברסיטת צפון קרולינה.

These are amazing microscale structures.

אלה מבנים מדהימים בקנה מידה מיקרוני.

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

אתם יודעים, העולם באמת טוב בננו יצור.

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

חוק מור דחף דברים מ 10 מיקרון ומטה.

We're really good at that,

אנחנו באמת טובים בזה,

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

אבל זה למעשה מאוד קשה ליצור דברים מ 10 מיקרון ל 1,000 מיקרון,

the mesoscale.

קנה מידה המזו.

And subtractive techniques from the silicon industry

וטכנולוגיות הפחתיות מתעשיית הסיליקון

can't do that very well.

לא יכולות לעשות את זה ממש טוב.

They can't etch wafers that well.

הם גם לא יכולים לצרוב וואפרים.

But this process is so gentle,

אבל התהליך הזה הוא כל כך עדין,

we can grow these objects up from the bottom

שאנחנו יכולים לגדל את העצמים האלה מהתחתית

using additive manufacturing

בשימוש ביצור מוסף

and make amazing things in tens of seconds,

ולעשות דברים מדהימים בעשרות שניות,

opening up new sensor technologies,

לפתוח טכנולוגיות חיישנים חדשות,

new drug delivery techniques,

טכנולוגיות העברת תרופות חדשות,

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

אפיקציות מעבדה על שבב חדשות, באמת דברים משנים כללי משחק.

So the opportunity of making a part in real time

אז ההזדמנות ליצור חלק בזמן אמת

that has the properties to be a final part

שיש לו את התכונות של החלק הסופי

really opens up 3D manufacturing,

באמת פותחת את היצור התלת מימדי,

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

ובשבילנו, זה מאוד מרגש מפני שזה באמת מקיים

the intersection between hardware, software and molecular science,

את החיתוך בין חומרה,תוכנה ומדע מולקולרי,

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

ואני לא יכול לחכות לראות מה מעצבים ומהנדסים מסביב לעולם

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

יהיו מסוגלים לעשות עם הכלי הנפלא הזה.

Thanks for listening.

תודה שהקשבתם.

(Applause)

(מחיאות כפיים)