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

Translator: Tuya Bat Reviewer: Marla Munkh-Achit

I'm thrilled to be here tonight

Өнөөдөр энд ирсэндээ би их баяртай байна.

to share with you something we've been working on

Бид сүүлийн хоёр жилийн турш

for over two years,

өөрсдийн хийсэн зүйлээ хуваалцах болно.

and it's in the area of additive manufacturing,

Энэ бол давхарлах үйлдвэрлэл буюу

also known as 3D printing.

3D хэвлэлийн салбар.

You see this object here.

Энэ зүйлийг та бүхэн харж байна.

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

Харахад харьцангуй энгийн мэт боловч, үнэндээ нилээд төвөгтэй.

It's a set of concentric geodesic structures

Ерөнхий төвтэй, хэмжигч бүтцийн багц ба

with linkages between each one.

тус бүр хоорондоо холбогчтой.

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

Өнөөгийн нөхцөлд үйлдвэрлэлийн уламжлалт аргаар үйлдвэрлэх боломжгүй.

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

Шахаж хэвэнд оруулах боломжгүй тэгш хэмтэй.

You can't even manufacture it through milling.

Зорох аргаар ч хийж чадахгүй.

This is a job for a 3D printer,

Энэ 3D хэвлэгч машины хийх зүйл боловч,

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

ихэнх хэвлэгчид гурваас 10 цаг зарцуулна.

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

Харин бид аз туршин одоо яг энэ тайзан дээр

during this 10-minute talk.

10 минутын илтгэлийнхээ үеэр хэвлэхийг оролдох болно.

Wish us luck.

Бидэнд амжилт хүсээрэй.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

3D хэвлэл яг үнэндээ бол буруу нэршил.

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

Энэ бол дахин дахин хийсэн 2D хэвлэл.

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

Тэр 2D хэвлэлийн технологи ашигладаг.

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

Хэвлэлийн хор ашиглан хуудсан дээр үсэг гаргадаг аргыг төсөөл дөө.

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

Тэрийгээ дахин дахин хийсээр гурван хэмжээст дүрс бүтээх болно.

In microelectronics, they use something

Бичил электроникийн салбарт

called lithography to do the same sort of thing,

литограф гэдэг тун төстэй арга хэрэглэдэг.

to make the transistors and integrated circuits

Ингэж хүлээн авагч, нэгдмэл шугам үүсгэн

and build up a structure several times.

хэд хэдэн удаа бүтэц хийдэг.

These are all 2D printing technologies.

Эдгээр нь бүгд 2D хэвлэлийн технологи.

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

Би бол химич, мөн эд материал судлаач.

and my co-inventors are also material scientists,

Хамтрагчид маань ч мөн эд материал судлаачид:

one a chemist, one a physicist,

нэг нь химич, нөгөө нь физикч.

and we began to be interested in 3D printing.

Тэгээд бид 3D хэвлэлийг сонирхож эхэлсэн.

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

Ихэвчлэн шинэ санаанууд өөр өөр туршлагатай,

between people with different experiences in different communities,

өөр нийгмийн хүмүүсийн энгийн харилцаанаас бий болдог.

and that's our story.

Энэ бол бидний түүх.

Now, we were inspired

Бид "Терминатор-2" киноны

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

Т-1000 робот гардаг хэсгээс санаа авч

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

"3D хэвлэгч яагаад энэ аргаар ажиллаж болохгүй гэж?" гэж бодсон.

where you have an object arise out of a puddle

Энэ үед зуурмагнаас тухайн биет

in essentially real time

яг бодит цагт,

with essentially no waste

ямар ч хог хаягдалгүйгээр

to make a great object?

гайхамшиг бүтээхээр гарч ирнэ.

Okay, just like the movies.

Яг кинонд гардаг шиг.

And could we be inspired by Hollywood

Бид Холливудын киноноос санаа авч

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

ажил хэрэг болгож чадах болов уу?

And that was our challenge.

Энэ бидний сорилт байсан юм.

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

Бид хэрвээ үүнийг хийж чадвал

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

3D хэвлэлийн үйлдвэрлэлд гардаг

from being a manufacturing process.

гурван гол хүндрэлийг шийдэж чадах байлаа.

One, 3D printing takes forever.

Нэгт, 3D-гээр хэвлэхэд маш уддаг.

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

Зарим мөөгнүүд 3D-гээр хэвлэхээс хурдан ургадаг. (Инээд)

The layer by layer process

Үе үеээр давхарлах нь

leads to defects in mechanical properties,

механик шинж чанарын хувьд гологдол үүсгэдэг.

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

Бид үргэлжилсэн байдлаар хэвлэж сурвал тэдгээр гологдлоос ангижирна.

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

Үнэндээ маш хурдан ургуулж чадвал

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

өөрөө засардаг материал ашиглаж гайхалтай шинж чанар бий болгох байсан.

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

Холливудыг дуурайн үүнийг хийж чадах юм бол

we could in fact address 3D manufacturing.

3D хэвлэлд ашиглах боломжтой.

Our approach is to use some standard knowledge

Полимерийн химийн тухай ерөнхий мэдлэгийг ашиглан

in polymer chemistry

гэрэл болон хүчилтөрөгчийн тусламжтайгаар

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

хэсгүүдийг тасралтгүй ургуулахыг зорьсон.

Light and oxygen work in different ways.

Гэрэл, хүчилтөрөгч хоёр өөр өөр аргаар ажилладаг.

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

Гэрэл нь давирхайг хатуу биет,

can convert a liquid to a solid.

шингэнийг хатуу биет болгодог.

Oxygen inhibits that process.

Хүчилтөрөгч нь тэр үйл явцыг зогсоодог.

So light and oxygen are polar opposites from one another

Тэгэхээр химийн өнцгөөс харахад,

from a chemical point of view,

гэрэл ба хүчилтөрөгч нь хоорондоо эсрэг туйлууд юм.

and if we can control spatially the light and oxygen,

Хэрвээ эдгээрийг орон зайн талаас нь хянаж чадвал

we could control this process.

явцыг мөн хянах боломжтой.

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

Бид үүнийг ҮШХҮ гэж нэрлэдэг. [Үргэлжилсэн Шингэн Холболтын Үйлдвэрлэл.]

It has three functional components.

Гурван төрлийн үүрэг бүхий бүтэцтэй.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Нэг нь, зуурмагыг хадгалах савтай,

just like the T-1000.

яг л Т-1000 шиг.

At the bottom of the reservoir is a special window.

Савны ёроолд тусгай цонхтой.

I'll come back to that.

Үүнийг удахгүй тайлбарлана.

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

Мөн зуурмаг руу доош бууж

and pull the object out of the liquid.

биетийг татаж гаргах тавцан бий.

The third component is a digital light projection system

Гурав дах бүтэц нь гэрэл тусгах тоон системийг

underneath the reservoir,

агуулах савны доод талд байрлуулсан.

illuminating with light in the ultraviolet region.

Тэр нь хэт ягаан туяаны хэсэг рүү гэрэл гаргадаг.

Тэгэхээр хамгийн гол нь савны ёроолны цонх

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

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

маш нарийн бүтэцтэй, тусгай цонх.

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

Зөвхөн гэрэл нэвтрүүлээд зогсохгүй, мөн хүчилтөрөгчийг ч нэвтрүүлдэг.

It's got characteristics like a contact lens.

Нүдний линзтэй төстэй шинж чанартай.

So we can see how the process works.

Тэгэхээр бид энэ хэрхэн ажилладгийг харж болно.

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

Та бүхний харж байгаагаар тавцанг доошлуулахад,

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

уламжлалт аргаар байсан бол хүчилтөрөгч нэвтэрдэггүй цонхоор

you make a two-dimensional pattern

хоёр хэмжээст загвар гаргаад

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

тэрийгээ ердийн шилэнд наагаад дуусна.

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

Дараагийн давхаргыг хийхийн тулд түүнийгээ салгаж аваад,

introduce new resin, reposition it,

дахин шинэ зуурмаг хийж байрлуулаад,

and do this process over and over again.

дахин дахин үйлдлээ давтана.

But with our very special window,

Харин бидний тусгай цонхны тусламжтай

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

юу хийж болох вэ гэхээр

as light hits it,

хүчилтөрөгч доороос нь орж ирэхэд

гэрэлд цохигдон урвал зогсоно.

that oxygen inhibits the reaction,

and we form a dead zone.

Ингэж хоосон бүс үүснэ.

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

Энэ бүс нь хэдэн арван микроны зузаантай буюу

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

цусны улаан бөөмийн диаметраас хоёроос гурав дахин илүү гэсэн үг.

right at the window interface that remains a liquid,

Цонхны гадаргуу дээр шингэн хэвээр байна.

and we pull this object up,

Шинжлэх ухааны нийтлэлдээ бичсэн шигээ

and as we talked about in a Science paper,

тухайн биетийг дээш нь татахад

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

хүчилтөрөгчийн агууламж өөрчлөгдөн хоосон бүсийн зузааныг өөрчилж болно.

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

Ингээд бид хянах боломжтой гол хувьсагчуудтай боллоо:

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

хүчилтөрөгчийн агууламж, гэрэл, гэрлийн хүч, хэлбэрийг засах хэмжээ,

the viscosity, the geometry,

наалдамхай чанар, геометр.

and we use very sophisticated software to control this process.

Мөн бид боловсронгуй програм\м ашиглан бүхий л үйл явцыг удирдсан.

The result is pretty staggering.

Үр дүн нь нилээд хэлбэлзэлтэй байсан.

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

Энгийн 3D хэвлэгчээс 25-аас 100 дахин хурдан байсан.

Энэ бол эргэлт хийх үзүүлэлт.

which is game-changing.

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

Мөн шингэнийг гадаргууд хүргэх хурд нэмэгдэхийн хэрээр

we can go 1,000 times faster I believe,

1000 дахин хурдан хийж болно гэж бид итгэж байгаа.

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

Энэ нь бас маш их дулаан ялгаруулах боломжтой.

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

Би өөрөө химийн инженерийн хувьд, дулаан дамжуулна,

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

мөн нэг өдөр усан хөргүүртэй 3D хэвлэгчтэй болно гэдэг санаа маш их таалагдсан.

because they're going so fast.

Учир нь энэ маш хурдацтай хөгжиж байгаа.

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

Үүнээс гадна, бид ургуулж байгаа учраас, давхарга шаардлагагүй болж

and the parts are monolithic.

нэг бүхэл хэсгийг бүтээж байгаа юм.

You don't see the surface structure.

Гадаргууны бүтэц нь харагдахгүй.

You have molecularly smooth surfaces.

Молекулын хувьд гөлгөр гадаргуу бий болно.

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

3D аргаар хийсэн эд ангиуд нь

are notorious for having properties that depend on the orientation

давхарга бүтэцтэй тул хэвлэсэн чиглэлээс хамааран

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

шинж чанар нь өөрчлөгддөгөөрөө онцлогтой.

But when you grow objects like this,

Гэхдээ ийм биетийг ургуулж байх үед

the properties are invariant with the print direction.

шинж чанар нь хэвлэх чиглэлээс хамаарахгүй.

These look like injection-molded parts,

Тэд шахаж зорсон хэсгүүд шиг л харагддаг.

which is very different than traditional 3D manufacturing.

Энэ нь уламжлалт 3D үйлдвэрлэлээс тэс өөр.

In addition, we're able to throw

Мөн бид үүнд зориулж

the entire polymer chemistry textbook at this,

бүтэн химийн сурах бичиг бичсэн ч чадна.

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

Бас 3D биетэд байвал зохих шинж чанарыг агуулах

you really want in a 3D-printed object.

урвалуудыг зохиосон ч чадна.

(Applause)

(Алга ташилт)

There it is. That's great.

Энэ байна. Маш гайхалтай.

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

Тайзан дээр бүтэхгүй байх эрсдэл үргэлж байдаг шүү дээ.

But we can have materials with great mechanical properties.

Гайхалтай механик шинж чанартай материал бүтээж болно.

For the first time, we can have elastomers

Анх удаагаа бид маш уян хатан, чийг сайн даадаг

that are high elasticity or high dampening.

уян полимер бүтээж болно.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

Жишээ нь, чичиргээ хянагч эсвэл гайхалтай пүүз.

We can make materials that have incredible strength,

Маш бат бөх буюу маш өндөр хүч ба жингийн харьцаатай,

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

маш бөх материал,

really great elastomers,

үнэхээр чанартай уян полимер бүтээж болно.

so throw that in the audience there.

Үзэгчид рүү шидэж үзүүлье.

So great material properties.

Гайхалтай шинж чанар бүхий материал.

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

Бидэнд дараах боломж байна.

Эцсийн бүтээгдэхүүн болохуйц шинж чанартай эд ангийг

that has the properties to be a final part,

and you do it in game-changing speeds,

өөрчлөлт хийхүйц хурдаар хийж сурвал

you can actually transform manufacturing.

үйлдвэрлэлийг жинхэнэ утгаар нь өөрчилнө.

Right now, in manufacturing, what happens is,

Яг одоо үйлдвэрлэл яаж явдаг вэ гэхээр

the so-called digital thread in digital manufacturing.

тоон системийн үйлдвэрлэлд тоон хэлхээ гэдэг зүйл ашигладаг.

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

CAD програмын зураг, зохиомж, анхны загвар, үйлдвэрлэл гэсэн дарааллаар явдаг.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

Ихэнхдээ тоон хэлхээ нь анхны загварыг гаргах шатанд гацдаг.

because you can't go all the way to manufacturing

Учир нь үйлдвэрлэл хүртэл явах нь

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

ихэнх хэсгүүд эцсийн бүтээгдэхүүн болох шинж чанар агуулдаггүй.

We now can connect the digital thread

Бид одоо тоон хэлхээг зохиомжоос нь эхлээд

all the way from design to prototyping to manufacturing,

анхны загвар, үйлдвэрлэл хүртэл холбох боломжтой болсон.

and that opportunity really opens up all sorts of things,

Энэ бүх боломжууд нь маш олон зүйлсийг бидэнд нээж өгнө.

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

Үүнд шатахуун бага зарцуулдаг, гайхалтай шинж чанар бүхий

with high strength-to-weight ratio,

хүч ба жингийн үзүүлэлт өндөртэй, хөдөлгүүрийн цоо шинэ иртэй гэх мэт

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

гайхалтай бүтэцтэй автомашин орно.

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

Танд маш яаралтай судасны гуурс суулгах хэрэгтэй байлаа гэж бодъё.

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

Эмч стандарт хэмжээтэй гуурсыг

that was just standard sizes,

шүүгээнээс гаргаж ирэхийн оронд

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

зөвхөн танд зориулан таны биеийн анатоми,

with your own tributaries,

онцлогт чинь тохируулан

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

яаралтай тусламжийн үед тэр дор нь хэвлэсэн,

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

18 сарын дараа өөрөө уусдаг эдээр хийсэн гуурс суулгавал гайхалтай биш гэж үү?

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Аль эсвэл тоон системэн шүдний эмнэлэгт

even while you're in the dentist chair.

эмчийн өрөөнд байхад чинь үүнийг хийнэ.

And look at the structures that my students are making

Эсвэл Хойд Каролинагийн Их Сургуулийн

at the University of North Carolina.

оюутнуудын маань хийсэн бүтцүүдийг үзээрэй.

These are amazing microscale structures.

Тэдгээр нь бичил хэмжээтэй бүтцүүд байгаа.

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

Дэлхий дахин нано-үйлдвэрлэлдээ их сайн.

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

Мур-ын хууль 10 микроноос бага болгосон.

We're really good at that,

Бид энэндээ гаргуун.

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

Гэхдээ яг үнэндээ 10-аас 1000 микроны хэмжээтэй зүйлийг хийхэд маш хэцүү.

the mesoscale.

Мезо хэмжээтэй.

And subtractive techniques from the silicon industry

Цахиурын салбарын зорж хасах аргаар

үүнийг сайн хийж чадахгүй.

can't do that very well.

They can't etch wafers that well.

Өрмөнцөр дээр хээ гаргаж сайн чадахгүй.

But this process is so gentle,

Энэ үйл явц маш дөлгөөхөн бөгөөд

we can grow these objects up from the bottom

тэдгээр зүйлсийг доороос нь дээш

using additive manufacturing

давхарлах үйлдвэрлэлийн аргаар

and make amazing things in tens of seconds,

арав гаруйхан секундын дотор гайхалтай зүйлсийг хийнэ.

opening up new sensor technologies,

Ингэснээр шинэ мэдрэгч технологи,

new drug delivery techniques,

эм бэлдмэл хүргэлтийн шинэ технологи,

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

чипэнд суулгасан лаборатори зэрэг амьдралыг өөрчлөх зүйлсийг бий болгоно.

Эцсийн бүтээгдэхүүн болж чадах хэсгүүдийг

So the opportunity of making a part in real time

тэр дор нь хийх боломж нь

that has the properties to be a final part

really opens up 3D manufacturing,

3D үйлдвэрлэлийг хөгжүүлнэ.

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

Бидний хувьд энэ үнэхээр сэтгэл хөдөлгөм.

the intersection between hardware, software and molecular science,

Учир нь энэ нь эд анги, програм хангамж, молекулын шинжлэх ухааны огтолцол юм.

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

Дэлхий даяар зохион бүтээгч, инженерүүд энэ гайхалтай аргыг ашиглан

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

хийх зүйлсийг би тэсэн ядан хүлээж байна.

Thanks for listening.

Анхааран сонссонд баярлалаа.

(Applause)

(Алга ташилт)