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

Vertaald door: Rik Delaet Nagekeken door: Els De Keyser

I'm thrilled to be here tonight

Ik ben blij om hier vanavond

to share with you something we've been working on

over iets te kunnen spreken

waar we meer dan twee jaar aan hebben gewerkt.

for over two years,

Het gaat over additief fabriceren,

and it's in the area of additive manufacturing,

also known as 3D printing.

ook bekend als 3D-printen.

You see this object here.

Je ziet hier dit object.

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

Het lijkt vrij eenvoudig, maar tegelijk is het vrij complex.

It's a set of concentric geodesic structures

Het is een verzameling van concentrische geodetische structuren

with linkages between each one.

met koppelingen tussen elk ervan.

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

Het is niet te maken met traditionele productietechnieken.

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

Het heeft een symmetrie die je niet kunt hebben met spuitgieten.

You can't even manufacture it through milling.

Je kunt het ook niet maken door frezen.

This is a job for a 3D printer,

Dit is een taak voor een 3D-printer,

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

maar de meeste 3D-printers zouden er drie tot tien uur werk aan hebben,

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

en vanavond gaan we het risico nemen om het ter plekke te fabriceren

during this 10-minute talk.

tijdens deze talk van 10 minuten.

Wish us luck.

Duimen maar.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

3D-printen is eigenlijk een foute benaming.

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

Het is eigenlijk herhaaldelijk 2D-printen,

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

gebruik makend van 2D-printtechnologie.

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

Bij het inkjetprinten maak je met inkt letters op een pagina.

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

Doe je dit telkens opnieuw dan krijg je een driedimensionaal object.

In de micro-elektronica gebruiken ze daarvoor iets soortgelijks.

In microelectronics, they use something

called lithography to do the same sort of thing,

Dat heet lithografie.

Zo maken ze transistors en geïntegreerde schakelingen

to make the transistors and integrated circuits

and build up a structure several times.

door een structuur in meerdere fasen op te bouwen.

These are all 2D printing technologies.

Dat zijn allemaal 2D-druktechnieken.

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

Ik ben chemicus en materiaalkundige.

and my co-inventors are also material scientists,

Ook mijn mede-uitvinders zijn materiaalkundigen:

one a chemist, one a physicist,

een is chemicus, een fysicus.

and we began to be interested in 3D printing.

We raakten geïnteresseerd in 3D-printing.

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

Zoals je weet komen nieuwe ideeën vaak van de wisselwerking

between people with different experiences in different communities,

tussen mensen met achtergronden in verschillende disciplines.

and that's our story.

Dit is ons verhaal.

Now, we were inspired

De Terminator 2-scène voor T-1000

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

inspireerde ons

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

om met een 3D-printer

een object uit een plas te laten oprijzen,

where you have an object arise out of a puddle

in essentially real time

in realtime.

with essentially no waste

Zou je zo zonder afval,

to make a great object?

net als in de film,

een ​​groot object kunnen maken?

Okay, just like the movies.

And could we be inspired by Hollywood

Zou Hollywood ons kunnen inspireren

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

om dit te proberen?

And that was our challenge.

Dat was onze uitdaging.

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

Als we daarin zouden slagen,

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

zouden we drie kwesties kunnen aanpakken

die verhinderen dat 3D-printen uitgroeit tot een fabricageproces.

from being a manufacturing process.

One, 3D printing takes forever.

Eén: 3D-printen duurt een eeuwigheid.

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

Er zijn paddenstoelen die sneller groeien dan 3D-geprinte onderdelen.

(Gelach)

Het laag-na-laagproces

The layer by layer process

leads to defects in mechanical properties,

leidt tot defecten in de mechanische eigenschappen.

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

Continu kweken kan deze gebreken elimineren.

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

Als we echt snel kunnen kweken,

kunnen we ook zelfuithardende materialen gaan gebruiken.

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

Met verbazingwekkende eigenschappen.

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

Als we Hollywood konden nadoen,

we could in fact address 3D manufacturing.

waren we klaar voor 3D-productie.

Our approach is to use some standard knowledge

Onze aanpak vertrekt

in polymer chemistry

van standaardkennis uit de polymeerchemie:

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

licht en zuurstof benutten om onderdelen continu te laten groeien.

Light and oxygen work in different ways.

Licht en zuurstof werken op verschillende manieren.

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

Licht kan een hars omzetten in een vaste stof,

een vloeistof converteren naar een vaste stof.

can convert a liquid to a solid.

Oxygen inhibits that process.

Zuurstof remt dat proces.

So light and oxygen are polar opposites from one another

Zo zijn licht en zuurstof

vanuit chemisch oogpunt elkaars tegenpolen.

from a chemical point of view,

and if we can control spatially the light and oxygen,

Als we licht en zuurstof ruimtelijk kunnen beheersen

we could control this process.

dan kunnen we dit proces sturen.

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

We noemen dit CLIP. [Continue Liquid Interface Production.]

It has three functional components.

Er zijn drie functionele componenten.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Eén: een reservoir met de vloeistof,

just like the T-1000.

net als de T-1000.

Aan de onderzijde van het reservoir zit een speciaal venster.

At the bottom of the reservoir is a special window.

I'll come back to that.

Later meer daarover.

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

Daarnaast een plateau dat in de vloeistof zakt

and pull the object out of the liquid.

en het voorwerp uit de vloeistof trekt.

The third component is a digital light projection system

De derde component zit onder het reservoir:

underneath the reservoir,

een digitaal lichtprojectiesysteem

illuminating with light in the ultraviolet region.

met ultraviolet licht.

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

De sleutel is dit venster in de bodem van dit reservoir.

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

Het is een composiet, een zeer speciaal venster.

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

Het laat niet alleen licht, maar ook zuurstof door.

It's got characteristics like a contact lens.

Net als bij een contactlens.

So we can see how the process works.

Zo kunnen we zien hoe het proces werkt.

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

Als je het plateau laat zakken

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

zal je bij een traditioneel proces, met een venster dat geen zuurstofdoorlaat,

you make a two-dimensional pattern

een tweedimensionaal patroon maken

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

dat vastgelijmd zit op het traditionele venster.

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

Om de volgende laag te introduceren, moet je het eerst losmaken,

introduce new resin, reposition it,

nieuw hars introduceren, herpositioneren,

and do this process over and over again.

en dat telkens weer.

But with our very special window,

Maar met ons zeer speciale venster

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

kunnen we zuurstof door de bodem laten komen.

as light hits it,

Als er licht op valt,

that oxygen inhibits the reaction,

verhindert zuurstof de reactie

and we form a dead zone.

en vormen we een dode zone.

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

Deze dode zone is maar enkele tientallen micron dik.

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

Ongeveer twee tot drie keer de dikte van een rode bloedcel.

right at the window interface that remains a liquid,

Tegen het raam blijft het dus vloeibaar.

and we pull this object up,

Dan trekken we het object omhoog.

and as we talked about in a Science paper,

In een artikel in Science legden we uit

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

hoe we door het zuurstofgehalte te wijzigen,

we de dikte van de dode zone kunnen wijzigen.

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

We controleren dus een aantal belangrijke variabelen:

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

zuurstofgehalte, licht, lichtintensiteit, dosis om uit te harden,

the viscosity, the geometry,

viscositeit, geometrie.

and we use very sophisticated software to control this process.

We gebruiken zeer geavanceerde software om dit proces te sturen.

The result is pretty staggering.

Het resultaat is buitengewoon.

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

Het gaat 25 tot 100 maal sneller dan de traditionele 3D-printers.

which is game-changing.

Dat is baanbrekend.

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

Als we bovendien de vloeistof sneller naar die interface krijgen,

we can go 1,000 times faster I believe,

dan kunnen we volgens mij 1.000 keer sneller gaan,

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

en dat gaat veel warmte genereren.

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

Als chemisch ingenieur ben ik erg geïnteresseerd in warmteoverdracht.

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

Ooit krijgen we misschien watergekoelde 3D-printers.

because they're going so fast.

Omdat het zo snel gaat.

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

Omdat we dingen kweken, elimineren we de lagen

and the parts are monolithic.

en worden de onderdelen monolithisch.

You don't see the surface structure.

Je ziet geen oppervlaktestructuur meer.

You have molecularly smooth surfaces.

Je hebt moleculair gladde oppervlakken.

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

De mechanische eigenschappen van de meeste 3D-geprinte onderdelen

are notorious for having properties that depend on the orientation

zijn berucht omdat hun eigenschappen afhangen van de oriëntatie

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

waarmee geprint wordt door de structuur in lagen.

But when you grow objects like this,

Maar als je objecten op deze manier kweekt,

the properties are invariant with the print direction.

zijn de eigenschappen onafhankelijk van de printrichting.

These look like injection-molded parts,

Het lijken spuitgegoten onderdelen,

which is very different than traditional 3D manufacturing.

heel anders dan bij de traditionele 3D-productie.

In addition, we're able to throw

Daarbij kunnen we

the entire polymer chemistry textbook at this,

de hele polymeerchemie hierop toepassen.

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

We kunnen chemische technieken ontwerpen die net die eigenschappen geven

you really want in a 3D-printed object.

die je echt wil hebben in een 3D-geprint object.

(Applause)

(Applaus)

There it is. That's great.

Daar is het. Dat is geweldig.

Je loopt altijd het risico dat zoiets tijdens een demonstratie net niet lukt.

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

We krijgen materialen met interessante mechanische eigenschappen.

But we can have materials with great mechanical properties.

For the first time, we can have elastomers

Voor het eerst kunnen we elastomeren krijgen

that are high elasticity or high dampening.

met een hoge elasticiteit en hoge demping.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

Bijvoorbeeld trillingbeheersing of geweldige loopschoenen.

We can make materials that have incredible strength,

We kunnen ongelooflijk sterke materialen maken,

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

met een hoge sterkte-gewichtsverhouding, echt sterke materialen,

really great elastomers,

echt geweldige elastomeren.

so throw that in the audience there.

Dit gooi ik even in het publiek.

So great material properties.

Geweldige materiaaleigenschappen dus.

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

Je hebt nu de mogelijkheid om een onderdeel te maken

that has the properties to be a final part,

met de eigenschappen van een eindproduct.

and you do it in game-changing speeds,

Als je dat baanbrekend snel doet,

you can actually transform manufacturing.

krijg je een totaal nieuw soort productieproces.

Right now, in manufacturing, what happens is,

Op dit moment heb je in de industrie

the so-called digital thread in digital manufacturing.

de zogenaamde digitale draad bij digitale productie.

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

We gaan uit van een CAD-tekening naar ontwerp, ​​prototype, vervaardigen.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

Vaak wordt de digitale draad net bij het prototype onderbroken,

because you can't go all the way to manufacturing

omdat je de hele weg naar productie niet kan gaan

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

omdat de meeste delen geen eigenschappen van een ​​eindproduct hebben.

We now can connect the digital thread

Nu kunnen we de digitale draad helemaal vanaf het ontwerp

all the way from design to prototyping to manufacturing,

tot prototype tot productie doen aansluiten.

and that opportunity really opens up all sorts of things,

Dat maakt allerlei dingen mogelijk.

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

Van zuinigere auto's, geweldige roostereigenschappen

met hoge sterkte-gewichtsverhouding,

with high strength-to-weight ratio,

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

tot nieuwe turbinebladen, allerlei prachtige dingen.

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

Denk je eens in dat je een stent nodig hebt in een noodsituatie.

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

In plaats van een stent uit het schap

that was just standard sizes,

met standaardmaten,

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

krijg je een stent op maat van je eigen anatomie

with your own tributaries,

met je eigen aderstructuur,

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

in een noodsituatie in real time geprint

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

zodat hij na 18 maanden kan oplossen, echt baanbrekend.

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Of digitale tandheelkunde: ze maken dit soort structuren

even while you're in the dentist chair.

terwijl je in de tandartsstoel zit.

And look at the structures that my students are making

Kijk eens naar de structuren die mijn studenten maken

at the University of North Carolina.

aan de Universiteit van North Carolina.

These are amazing microscale structures.

Het zijn geweldige microschaalstructuren.

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

De wereld is echt goed in nano-fabricage.

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

De wet van Moore gaat over dingen van 10 micron en minder.

We're really good at that,

Daar zijn we echt goed in,

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

maar het is heel moeilijk om dingen te maken van 10 tot 1.000 micron,

the mesoscale.

de mesoschaal.

And subtractive techniques from the silicon industry

Met de subtractieve technieken uit de siliciumindustrie

can't do that very well.

lukt dat niet erg goed.

They can't etch wafers that well.

Wafers etsen kunnen ze niet zo goed.

But this process is so gentle,

Maar dit proces is zo subtiel.

we can grow these objects up from the bottom

We kunnen objecten van beneden af kweken,

using additive manufacturing

met additief fabriceren,

and make amazing things in tens of seconds,

en in tientallen seconden verbazingwekkende dingen maken.

opening up new sensor technologies,

Dat opent de weg voor nieuwe sensortechnologieën,

new drug delivery techniques,

nieuwe technieken voor medicatietoediening,

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

nieuwe lab-on-a-chip-toepassingen, weer baanbrekende dingen.

So the opportunity of making a part in real time

Dus de mogelijkheid om in realtime een ​​onderdeel te maken

that has the properties to be a final part

met de eigenschappen van een afgewerkt product

really opens up 3D manufacturing,

opent echt de weg naar 3D-productie.

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

Voor ons is dit erg spannend, nu zijn we echt baas over het kruispunt

the intersection between hardware, software and molecular science,

van hardware, software en moleculaire wetenschappen.

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

Ik kan niet wachten op wat ontwerpers en ingenieurs over de hele wereld

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

met deze geweldige methode gaan kunnen doen.

Thanks for listening.

Bedankt voor jullie aandacht.

(Applause)

(Applaus)