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

ジョゼフ・デシモン: 3Dプリンターを100倍高速化する技術

翻訳: Yasushi Aoki 校正: Maki Sugimoto

I'm thrilled to be here tonight

私たちがこれまで ２年以上取り組んできたことを

to share with you something we've been working on

今日この場で ご紹介できるのを

for over two years,

とても喜ばしく思っています

and it's in the area of additive manufacturing,

新しい付加製造技術で

also known as 3D printing.

3Dプリントという名でも 知られているものです

You see this object here.

これをご覧ください

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

ごくシンプルですが 同時にとても複雑なものです

It's a set of concentric geodesic structures

同心測地線の集まりで

with linkages between each one.

それぞれが中心と 繋がっています

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

従来の製造技術では 作り出すことのできないものです

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

射出成形できないような 対称的な形で

You can't even manufacture it through milling.

フライス加工でも 作れません

This is a job for a 3D printer,

3Dプリンターの仕事です

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

しかし多くの3Dプリンターでは これを作るのに3〜10時間かかるでしょう

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

それをこの10分の講演の間に ステージ上で作るということに

during this 10-minute talk.

挑戦したいと思います

Wish us luck.

どうか幸運を祈ってください

Now, 3D printing is actually a misnomer.

3Dプリントという呼び名は 正確ではありません

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

実際には2Dプリントを 繰り返しているにすぎません

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

使われている技術も 2Dプリント関連の技術です

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

インクジェット印刷を考えてみてください 文字を出すためにページの上にインクを置きます

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

これを繰り返すことで ３次元的なオブジェクトを作り出すのです

In microelectronics, they use something

マイクロエレクトロニクスにも

called lithography to do the same sort of thing,

リソグラフィーという 同様のことを行う技術があって

to make the transistors and integrated circuits

トランジスタや 集積回路といった構造を

and build up a structure several times.

繰り返し印刷して 作り上げますが

These are all 2D printing technologies.

これも２次元印刷技術です

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

私は化学者であり 材料科学者です

and my co-inventors are also material scientists,

私の共同考案者もまた 材料科学者で

one a chemist, one a physicist,

１人は化学者 １人は物理学者ですが

and we began to be interested in 3D printing.

私たちは3Dプリントに 興味を持つようになりました

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

新しいアイデアというのは 得てして

異なる領域の異なる経験を持つ人の 繋がりから生まれますが

between people with different experiences in different communities,

私たちの場合もそうでした

and that's our story.

Now, we were inspired

私たちが触発されたのは

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

映画『ターミネーター2』の中で T-1000が出てくるシーンです

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

3Dプリンターでこんな風に できないものかと思いました

where you have an object arise out of a puddle

すごい形状のものが 水たまりの中から

in essentially real time

リアルタイムで

with essentially no waste

材料の無駄もなく

to make a great object?

できあがっていくんです

Okay, just like the movies.

ちょうどあの映画みたいに

And could we be inspired by Hollywood

ハリウッド映画に 触発されたアイデアを

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

実現する方法を 考え出すことなんてできるのか？

And that was our challenge.

これは難題でした

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

もしそれができたなら

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

3Dプリントが本格的な 製造プロセスとなることを妨げている

from being a manufacturing process.

３つの問題を解決できます

第１の問題は 3Dプリントには 延々と時間がかかること

One, 3D printing takes forever.

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

3Dプリンターで作るよりも早く成長する キノコがあるくらいです (笑)

The layer by layer process

層を重ねていく というプロセスは

leads to defects in mechanical properties,

力学的性質の弱さを もたらしますが

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

連続的に成長させていくことができれば この欠点を取り除けます

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

とても速く成長させることができれば

自己回復素材などを使うこともでき 素晴らしい性質を持たせることができます

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

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

もしハリウッドの フィクションを実現できれば

we could in fact address 3D manufacturing.

3D製造の問題を 解決できるのです

Our approach is to use some standard knowledge

私たちのアプローチでは 高分子化学の領域では

in polymer chemistry

よく知られたことを 使っています

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

光と酸素を利用して連続的に パーツを成長させるのです

Light and oxygen work in different ways.

光と酸素は逆方向に作用します

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

光は樹脂を

液体から固体に変えます

can convert a liquid to a solid.

Oxygen inhibits that process.

酸素はこのプロセスを阻害します

So light and oxygen are polar opposites from one another

だから光と酸素は化学的に

from a chemical point of view,

正反対の働きをするわけです

and if we can control spatially the light and oxygen,

光と酸素を空間的に 制御してやることで

we could control this process.

このプロセスを 制御できるようになります

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

私たちはこれを CLIP(連続的液体面生成)と呼んでいます

It has three functional components.

これには３つの 構成要素があります

One, it has a reservoir that holds the puddle,

１つは貯水槽で あのT-1000が出てくる場面のように

just like the T-1000.

液体を保持します

At the bottom of the reservoir is a special window.

この貯水槽の底には 特別な窓がありますが

I'll come back to that.

これについては 後ほど説明します

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

これに加えて台があって 貯水槽に降りてきて

and pull the object out of the liquid.

液体からオブジェクトを 引き出していきます

The third component is a digital light projection system

３番目の要素は 貯水槽の下にある

underneath the reservoir,

デジタル投影システムで

illuminating with light in the ultraviolet region.

紫外線領域の 光を投影します

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

鍵となるのは 貯水槽の下にある窓ですが

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

これは複合的で 特別なものです

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

光を通すだけでなく 酸素も透過します

It's got characteristics like a contact lens.

コンタクトレンズのような性質を 持っているわけです

So we can see how the process works.

このプロセスがどう働くか 見てみましょう

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

台が降りてきて

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

従来のプロセスだと 窓は酸素を透過せず

you make a two-dimensional pattern

２次元的なパターンが

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

窓に張り付いた形でできます

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

次の層を作るためには 分離する必要があり

introduce new resin, reposition it,

新しい樹脂を入れ 再配置する—

and do this process over and over again.

というプロセスを 何度も繰り返します

But with our very special window,

しかし私たちの特別な窓を使うと

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

光を当てている間

as light hits it,

下から酸素が上がって来て

that oxygen inhibits the reaction,

反応を阻害することで

and we form a dead zone.

死角を作ることができます

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

この死角は 厚さが数十ミクロンで

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

赤血球の２、３個分です

right at the window interface that remains a liquid,

窓に接する部分は 液体の状態のままで

and we pull this object up,

オブジェクトを 引き上げていきます

and as we talked about in a Science paper,

サイエンス誌の論文に 書きましたが

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

酸素含有量を変えることで この死角の厚みを変えることができます

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

だから制御できる変数がたくさんあります 酸素含有量

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

光 光量 硬化線量

the viscosity, the geometry,

粘度 形状

and we use very sophisticated software to control this process.

そしてプロセスの制御のため 非常に洗練されたソフトウェアを使っています

The result is pretty staggering.

結果はとても 目覚ましいものです

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

従来の3Dプリンターより 25〜100倍高速です

which is game-changing.

業界を一変させられます

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

加えて境界の部分に 液体を送ることもできるので

we can go 1,000 times faster I believe,

スピードは千倍にもできると 考えています

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

これは多くの熱を 生み出すことになるでしょう

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

化学技術者として 熱伝導の問題と

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

あまりに高速で水冷装置を 備えた3Dプリンターという考えには

because they're going so fast.

とても興奮を感じます

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

加えて 連続的に成長させるため

層構造がなくなって 均質になります

and the parts are monolithic.

You don't see the surface structure.

表面構造がなく

You have molecularly smooth surfaces.

なめらかなのが分かるでしょう

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

3Dプリンターで作られた部品の 力学的性質は

are notorious for having properties that depend on the orientation

印刷した方向に依存するというのは よく知られていますが

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

これは層構造によるものです

But when you grow objects like this,

しかしこのように 成長させることで

the properties are invariant with the print direction.

物質特性が印刷方向に 依存しなくなります

These look like injection-molded parts,

射出成型された部品のようで

which is very different than traditional 3D manufacturing.

従来の3Dプリンターで作られたものとは 大きく異なります

In addition, we're able to throw

加えて

高分子化学の知識を 丸ごと投入して

the entire polymer chemistry textbook at this,

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

3Dプリントされるオブジェクトに ほしい性質を生み出す

you really want in a 3D-printed object.

化学反応をデザインすることができます

(Applause)

(拍手)

There it is. That's great.

できあがりましたね ほっとしました

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

本番の舞台になるとうまくいかないというのは よくあることですから

But we can have materials with great mechanical properties.

素材に優れた力学的性質を 持たせることもできます

For the first time, we can have elastomers

高い弾性あるいは 緩衝性を持つ

that are high elasticity or high dampening.

高分子弾性体を 使うことができます

Think about vibration control or great sneakers, for example.

振動の制御や優れたスニーカーといった 応用が考えられます

We can make materials that have incredible strength,

非常に強い素材

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

高い強度重量比を持つ素材

非常に優れた高分子弾性体を 作り出すことができます

really great elastomers,

so throw that in the audience there.

どうぞ手に取ってご覧ください

So great material properties.

優れた物質特性です

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

最終製品に使える特性を

that has the properties to be a final part,

パーツに持たせることができて

and you do it in game-changing speeds,

画期的なスピードで 作れるとなれば

you can actually transform manufacturing.

製造過程を大きく変えられる 可能性があります

Right now, in manufacturing, what happens is,

現在製造業界が 取り組んでいるものに

the so-called digital thread in digital manufacturing.

「デジタルスレッド」と 呼ばれるものがあります

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

CADによる設計から プロトタイプを経て 製造まで 一連の流れで行います

Often, the digital thread is broken right at prototype,

多くの場合 このデジタルスレッドが

because you can't go all the way to manufacturing

プロトタイプのところで切れていて 製造まで行けません

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

パーツの多くが最終製品の性質を 持っていないためです

We now can connect the digital thread

今や設計からプロトタイプ 製造へと

all the way from design to prototyping to manufacturing,

全体を通してデジタルスレッドを つなげられるようになり

and that opportunity really opens up all sorts of things,

あらゆる可能性が広がります

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

高い強度重量比を持つ 優れた格子特性に取り組む

with high strength-to-weight ratio,

高燃費車から

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

新しいタービン翼まで あらゆる素晴らしいものです

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

緊急の状況で ステントが必要な時

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

医者は標準サイズのものを

that was just standard sizes,

棚から取り出す代わりに

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

患者の血管に合わせて

設計されたステントを使えます

with your own tributaries,

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

緊急の際に リアルタイムでプリントし

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

18ヶ月すると消える性質を 持ったステントです

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

あるいはデジタル歯科では このような構造を

even while you're in the dentist chair.

患者が椅子に座っている間に 作ることができます

And look at the structures that my students are making

ノースカロライナ大学の 私の学生たちの作った

at the University of North Carolina.

構造を見てください

These are amazing microscale structures.

目を見張るような マイクロスケール構造です

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

ナノサイズについては 既に優れた製造技術があります

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

10ミクロン以下のサイズについては ムーアの法則が駆動してきました

We're really good at that,

その面ではとても うまくいっています

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

しかし10ミクロンから 1000ミクロンの間という

the mesoscale.

中規模のものを作るのが 難しいのです

And subtractive techniques from the silicon industry

半導体産業の 減法的技術は

この領域では 上手く機能しません

can't do that very well.

They can't etch wafers that well.

ウエハーを上手く エッチングできません

But this process is so gentle,

しかしこの製造技術は

we can grow these objects up from the bottom

とても静かに 底から物を成長させていく

using additive manufacturing

加法的製造技術で

and make amazing things in tens of seconds,

素晴らしい物を 数十秒で作れ

opening up new sensor technologies,

新しいセンサー技術

new drug delivery techniques,

新しい薬物送達技術

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

新しいラボ・オン・チップ など 大きな可能性が開けます

So the opportunity of making a part in real time

ですから最終製品となりうる 性質を持つパーツを

that has the properties to be a final part

リアルタイムで作れることで

really opens up 3D manufacturing,

3D製造の夢が本物になります

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

これは私たちにとって 非常にエキサイティングなことで

the intersection between hardware, software and molecular science,

これはハードウェアとソフトウェアと 分子科学の交わる部分だからです

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

この優れたツールによって 世界のデザイナやエンジニアにどんなことができるようになるか

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

目にするのが待ち遠しいです

Thanks for listening.

どうもありがとうございました

(Applause)

(拍手)