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

번역: jonghyeok lee 검토: Jeong-Lan Kinser

I'm thrilled to be here tonight

저는 오늘 밤 이곳에서, 아주 흥분감에 들떠 있습니다.

to share with you something we've been working on

우리가 지난 2년동안 준비한 것을 여러분과 공유하게 때문입니다.

for over two years,

and it's in the area of additive manufacturing,

3D 프린팅이라고도 알려져 있는 적층식 생산법 분야의 이야기입니다.

also known as 3D printing.

You see this object here.

여러분, 이 물체가 보이시죠?

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

이것은 상당히 단순해 보이지만, 동시에 매우 복잡한 것입니다.

It's a set of concentric geodesic structures

이는 삼각형 형태의 측지적인 구조물들이 각각 서로 연결되어

with linkages between each one.

중앙 집중적으로 연결된 형태입니다.

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

그런 맥락에서, 그것은 전통적 제조기법으로는 제조가 불가능합니다.

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

이것은 주물로 찍어낼 수 없을 정도의 대칭 구조를 가지고 있습니다.

You can't even manufacture it through milling.

그것은 갈아서 만들 수도 없습니다.

This is a job for a 3D printer,

이렇게 하는 것이 3D 프린터의 작업이죠.

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

하지만 대부분 3D 프린터들은 이것을 합성하는 데 3 -10시간이 걸립니다.

그래서 우리가 오늘 밤 이 무대에서 합성해 보겠습니다.

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

during this 10-minute talk.

제가 10 분동안 강연하는 사이에 말이죠.

우리에게 행운을 빌어 주세요.

Wish us luck.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

사실 3D 프린팅은 잘못 지어진 이름입니다.

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

이것은 2D 프린팅을 계속해서 반복하는 것입니다.

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

사실 2D 프린팅과 관련된 기술을 사용하는 것이지요.

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

글자를 찍기 위해서 잉크를 내려놓는 잉크젯 프린터를 생각해보세요.

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

그 다음에 삼차원 물체처럼 쌓여지도록 그것을 계속 반복하는 것입니다.

In microelectronics, they use something

초소형 전자공학에서, 사람들은

called lithography to do the same sort of thing,

석판인쇄라고 불리우는 것도 같은 종류의 일을 합니다.

to make the transistors and integrated circuits

트랜지스터와 직접회로를 만들어서 몇 차례 구조물을 쌓아 올려갑니다.

and build up a structure several times.

These are all 2D printing technologies.

이것들은 모두 2D 프린팅 기술입니다.

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

자, 저는 화학자이고 재료 과학자이기도 합니다.

and my co-inventors are also material scientists,

그리고 제 동료 발명가들도 재료 과학자들인데,

one a chemist, one a physicist,

한 사람은 화학자이고, 다른 한 사람은 물리학자입니다.

and we began to be interested in 3D printing.

우리는 3D 프린팅에 관심을 갖기 시작했습니다.

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

그리고 여러분들도 알다시피 새로운 아이디어들은

다른 사회에서 다른 경험을 한 사람들의 단순한 결합에서 자주 일어납니다.

between people with different experiences in different communities,

and that's our story.

그리고 그것이 우리의 이야기 입니다.

Now, we were inspired

우리는 터미네이터2 의 T-1000이 나오는 장면에서 영감을 받았습니다.

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

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

우리는, 왜 3D 프린터를 이런 식으로 작동시킬 수 없었지? 라고 생각했죠.

where you have an object arise out of a puddle

액체 웅덩이에서 물체가 솟아 오르게 하여,

in essentially real time

본질적으로 실시간에, 낭비도 전혀 없이 굉장한 물건을 만드는 그런 방식으로요.

with essentially no waste

to make a great object?

마치 정말 영화처럼 말이죠. 우리가 헐리우드 영화에 영감을 받아

Okay, just like the movies.

And could we be inspired by Hollywood

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

정말 이렇게 작동하는 방법을 찾아낼 수 있을까?

And that was our challenge.

그것이 우리의 도전이었죠.

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

그리고 우리의 접근 방법은, 우리가 이렇게 할 수 있다면,

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

근본적으로 3D 프린팅이 제조공정이 되는 것을 억제하는

from being a manufacturing process.

세가지 문제점을 처리할 수 있을 거라는 점이었습니다.

One, 3D printing takes forever.

첫째는 3D 프린팅이 너무 오래 걸린다는 점입니다.

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

3D 프린팅이 되는 물건의 일부보다 더 빠르게 자라는 버섯이 있을 정도니까요.

(웃음)

층층이 쌓아 올리는 과정은 기계적 특성의 결함으로 이어집니다.

The layer by layer process

leads to defects in mechanical properties,

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

만약 우리가 계속 성장한다면, 이런 결함도 없앨 수 있습니다.

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

사실, 우리가 정말 빠르게 발전한다면, 스스로 복구되는 물질을 사용할 수 있고,

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

우리는 굉장한 특성들을 갖게 될 것입니다.

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

만약 우리가 헐리우드 영화를 흉내내서 이렇게 해낼 수 있다면,

we could in fact address 3D manufacturing.

우리는 제대로 된 3D 공정을 볼 수 있을 것입니다.

Our approach is to use some standard knowledge

우리의 접근방법은 고분자 화학의 기본적 지식을 사용하는 것이었죠.

in polymer chemistry

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

빛과 산소를 함께 이용하여 물건이 계속 자라도록 했습니다.

Light and oxygen work in different ways.

빛과 산소는 다른 방식으로 작용합니다.

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

빛은 레진을 취해서 고체로 만들 수 있습니다.

can convert a liquid to a solid.

액체를 고체로 만들 수 있는 거죠.

Oxygen inhibits that process.

산소는 그 과정을 억제합니다.

So light and oxygen are polar opposites from one another

그래서, 화학적인 관점에서 보면, 빛과 산소는 서로 상극인 셈입니다.

from a chemical point of view,

and if we can control spatially the light and oxygen,

만약 우리가 빛과 산소의 공간을 제어할 수 있다면,

we could control this process.

우리는 이 과정을 제어할 수 있습니다.

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

우리는 이것을 클립이라고 부릅니다. [CLIP: 연속된 액체 환경 생산]

It has three functional components.

클립은 세 가지의 기능적 구성 요소를 갖고 있습니다.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

마치 T-1000처럼 먼저 액체 웅덩이를 담을 용기가 있는 것이죠.

just like the T-1000.

At the bottom of the reservoir is a special window.

용기 바닥에는 특별한 창이 있습니다. 이것은 나중에 다시 말씀 드리죠.

I'll come back to that.

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

또한, 액체 웅덩이 속으로 들어가게 될 판이 있습니다.

and pull the object out of the liquid.

이것이 액체에서 물건을 뽑아낼 것입니다.

The third component is a digital light projection system

세번째 요소는 디지털 방식의 빛 주사 시스템인데,

underneath the reservoir,

용기 아래에서 자외선 영역의 빛을 비추게 됩니다.

illuminating with light in the ultraviolet region.

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

이제, 중요한 기능을 하는 용기 바닥의 창인데,

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

이것은 합성된 물질입니다. 아주 특별한 창이지요.

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

이것은 빛을 투과시킬 뿐 아니라 산소도 투과시킵니다.

It's got characteristics like a contact lens.

마치 컨택트 렌즈와 같은 특징을 가지고 있습니다.

So we can see how the process works.

그래서 우리는 그 과정이 어떻게 되는지 볼 수 있습니다.

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

한 단계를 낮춰서 보면 여러분은 아실 수 있을 것입니다.

산소가 투과되지 않는 창을 가진 전통적인 방식에서는

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

you make a two-dimensional pattern

2차원 모양을 만들고, 그것을 전통적인 창에 붙이게 됩니다.

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

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

그 다음에, 레이어를 만들기 위해서는 그것을 분리해야 합니다.

introduce new resin, reposition it,

새 레진을 만들고, 다시 위치를 잡고, 이 과정을 계속 반복하는 것입니다.

and do this process over and over again.

But with our very special window,

하지만, 우리가 만든 특별한 창으로 우리가 할 수 있는 것은,

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

바닥에서 산소가 나올 때 빛이 그 산소에 닿게 되면

as light hits it,

그 산소가 반작용을 억제시키고 사각지대가 만들어지는 것입니다.

that oxygen inhibits the reaction,

and we form a dead zone.

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

이 사각지대는 수십 미크론 이상의 두께로

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

두 세개의 혈액 세포의 직경의 길이 정도가 됩니다.

right at the window interface that remains a liquid,

창 환경에서 그 부분은 액체로 남고, 우리는 이 물체를 들어올려서,

and we pull this object up,

and as we talked about in a Science paper,

우리가 한 과학 잡지에서 거론한 것처럼

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

우리가 산소 성분을 바꾸면, 사각 지대의 두께를 바꿀 수 있습니다.

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

그러면, 우리는 통제할 수 있는 주요 변수들을 많이 갖게 되는데,

산소 성분, 빛, 빛의 강도, 투여량,

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

the viscosity, the geometry,

점성, 기하학 같은 것들입니다.

and we use very sophisticated software to control this process.

그리고 우리는 이 과정을 제어할 굉장히 복잡한 프로그램을 사용합니다.

The result is pretty staggering.

이 결과는 매우 충격적입니다.

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

전통적인 3D 프린터보다 25-100배 빠르고, 그건 획기적인 변화입니다.

which is game-changing.

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

더우기, 그 환경에 액체를 전달하는 우리의 능력이 발전하면,

we can go 1,000 times faster I believe,

제가 믿기로는, 우리는 1000배가 더 빠르게 생산할 수 있습니다.

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

사실, 그것은 많은 열을 만들어 낼 가능성을 일으킵니다.

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

화학 공학자로서, 저는 열전도 현상에 대해 상당히 흥분하고 있는데요,

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

우리가 수냉식 3D프린터를 소유하게 되리라는 아이디어 말이죠.

프린터들이 아주 빨라질 테니까요.

because they're going so fast.

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

더우기, 우리가 물건을 기르므로 쌓는 층을 제거합니다.

and the parts are monolithic.

이 부품들은 이음새가 없고, 표면 구조가 보이지 않습니다.

You don't see the surface structure.

You have molecularly smooth surfaces.

분자적으로 부드러운 표면을 갖고 있으니까요.

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

3D 프린터에서 만들어진 물건들의 기계적인 특성은

are notorious for having properties that depend on the orientation

겹층 구조때문에 프린트하는 방향에 따라 특성이 다른 것으로 악명이 높죠.

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

But when you grow objects like this,

하지만 이같은 물건을 길러낸다면,

the properties are invariant with the print direction.

프린트의 방향에 따라 특성이 달라지지 않습니다.

These look like injection-molded parts,

이것들은 주물 생산 물건처럼 보이는데, 전통적인 3D 공정과는 매우 다르지요.

which is very different than traditional 3D manufacturing.

In addition, we're able to throw

더우기, 우리는 고분자 화학 교과서의 내용을 여기에 적용할 수 있습니다.

the entire polymer chemistry textbook at this,

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

화학물질을 설계해 특징을 다양하게 하여

you really want in a 3D-printed object.

여러분이 정말 원하는 3D 프린팅 물건을 만들 수 있는 것입니다.

(Applause)

(박수)

There it is. That's great.

완성되었군요. 멋집니다.

(박수)

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

무대에서 이런 게 작동하지 않을 수도 있는 위험을 감수해야 해요, 그렇죠?

But we can have materials with great mechanical properties.

이제 우리는 대단한 기계적 특성을 가진 물건들을 만들 수 있습니다.

For the first time, we can have elastomers

먼저, 합성 고무를 만들 수 있는데요,

that are high elasticity or high dampening.

아주 유연하거나 축축한 성질을 갖게 할 수 있습니다.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

예를 들어, 진동 제어법이나 멋진 단화를 생각해보세요.

We can make materials that have incredible strength,

우리는 믿을 수 없을 정도의 고강도 물체를 만들 수 있습니다.

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

중량대 강도비가 매우 높은 물건을 만들 수 있어요.

really great elastomers,

멋진 합성 고무를 만들 수도 있죠. 저쪽 청중에게 던져 드리죠.

so throw that in the audience there.

So great material properties.

정말 멋진 물리적 특성들입니다.

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

기회는, 만약 여러분이 실제로 최종 상품의 특성의 물건을 만들어

that has the properties to be a final part,

and you do it in game-changing speeds,

여러분이 획기적인 속도로 할 수 있으면 제조 공정을 정말로 혁신시키는 것이죠.

you can actually transform manufacturing.

Right now, in manufacturing, what happens is,

현재 제조 공정에서 생기는 일은,

the so-called digital thread in digital manufacturing.

보통 디지털 실이라고 불리우는 디지털 제조 공정입니다.

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

캐드로 그린 디자인에서 생산을 위한 원형 제작을 하는 것입니다.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

디지털 실은 원형 제작에 자주 실패 하게 되는데,

because you can't go all the way to manufacturing

이것은 모든 제조 공정을 제대로 거칠 수 없고,

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

대부분의 물건이 최종 제품의 특성을 가지고 있지 않기 때문입니다.

We now can connect the digital thread

이제는 디지털 실을 디자인, 원형생산, 제조 공정까지 전부 연결할 수 있어요.

all the way from design to prototyping to manufacturing,

and that opportunity really opens up all sorts of things,

이것은 모든 물건의 생산에 이용될 수 있는데,

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

개선된 연료 절감형 자동차부터

높은 중량대 강도비를 갖도록 멋진 격자 형태의 부속을 사용하고

with high strength-to-weight ratio,

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

새로운 터빈 블레이드를 만들어, 모든 굉장한 것들을 만들 수 있어요.

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

응급 상황에서 대체 혈관인 스텐트가 필요하다고 생각해보세요.

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

의사가 표준 사이즈의 스텐트를 선반에서 꺼내는 대신

that was just standard sizes,

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

여러분 해부구조에 꼭 맞게 설계된 스텐트를 여러분 혈관에 사용하는 거죠.

with your own tributaries,

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

18개월 후에 사라지게 되는 그런 특징을 가진 스텐트를

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

응급 상황에서 실시간으로 만드는 것. 이것은 정말 획기적인 변화입니다.

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

아니면 디지털 치과도 있습니다. 이런 구조들을 만들 수 있어요.

even while you're in the dentist chair.

심지어 여러분이 치과 의자에 앉아 있는 사이에 말입니다.

And look at the structures that my students are making

노스 캐롤라이나 대학의 제 학생들이 만드는 이 구조물들을 보세요.

at the University of North Carolina.

These are amazing microscale structures.

이것들은 굉장한 미크로 단위의 작은 구조물들입니다.

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

아시다시피, 이 세계는 정말 나노 합성에 능합니다.

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

무어의 법칙은 물건들을 10 미크론 이하까지 작아지게 했죠.

We're really good at that,

우리는 정말 이런 것을 잘 합니다.

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

하지만, 10 미크론 방식에서 1000 미크론방식으로 바꾸는 건 어렵습니다.

the mesoscale.

중간 방식의 제작 방법으로 말이죠.

And subtractive techniques from the silicon industry

실리콘 산업의 감산 기술들은 이것을 잘 해낼 수 없습니다.

can't do that very well.

They can't etch wafers that well.

그들은 웨이퍼 반도체에 그렇게 잘 새길 수 없어요.

But this process is so gentle,

하지만, 이 방법은 아주 부드럽기 때문에,

we can grow these objects up from the bottom

우리는 물건을 바닥에서 위로 가산 공법을 사용해 길러낼 수 있어요.

using additive manufacturing

and make amazing things in tens of seconds,

그리고 놀라운 것들을 수십초 만에 만들어 냅니다.

opening up new sensor technologies,

새로운 센서 기술 개발을 가능하게 하고, 신약 개발 기술을 만들고,

new drug delivery techniques,

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

새로운 칩을 개발하는 신 연구실 등, 정말 획기적인 변화입니다.

So the opportunity of making a part in real time

그래서 최종 상품의 특징을 가진 부속을 실시간으로 만드는 기회가

that has the properties to be a final part

really opens up 3D manufacturing,

진정한 3D 제작을 가능하게 하는 것입니다.

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

이것은 우리에게는 매우 흥분되는 멋진 일입니다.

하드웨어, 소프트웨어, 분자과학들 중에 독자적인 것이기 때문입니다.

the intersection between hardware, software and molecular science,

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

세계 설계자들과 공학자들이 이 멋진 장비로 무엇을 할 수 있을지 기대됩니다.

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

Thanks for listening.

경청해 주셔서 감사합니다.

(Applause)

(박수)