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

Tłumaczenie: Kacper Borowiecki Korekta: Rysia Wand

I'm thrilled to be here tonight

Cieszę się, że tu jestem,

to share with you something we've been working on

aby podzielić się z wami czymś, nad czym pracuję

for over two years,

od ponad dwóch lat.

and it's in the area of additive manufacturing,

To technika wytwarzania przyrostowego,

also known as 3D printing.

znana także jako drukowanie 3D.

You see this object here.

Widzicie piłeczkę.

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

Wygląda w miarę prosto, ale równocześnie jest bardzo złożona.

It's a set of concentric geodesic structures

Składa się ze struktur geometrycznych

with linkages between each one.

połączonych między sobą.

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

Nie da się jej wyprodukować tradycyjnymi metodami.

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

Ma strukturę, która nie pozwala użyć formy wtryskowej.

You can't even manufacture it through milling.

Nie można jej wyfrezować.

This is a job for a 3D printer,

To robota dla drukarki 3D,

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

ale większości z nich drukowanie zajęłoby od 3 do 10 godzin.

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

My zaś podejmiemy wyzwanie stworzenia tego samego tu, na scenie,

during this 10-minute talk.

przez następne 10 minut.

Wish us luck.

Życzcie nam powodzenia.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

"Drukowanie 3D" to tak naprawdę zła nazwa.

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

To drukowanie 2D kolejnych warstw,

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

i tak naprawdę wykorzystuje techniki związane z drukiem 2D.

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

To tak, jakby drukarka atramentowa kładła tusz, żeby wydrukować litery,

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

po czym powtarzała to wielokrotnie, żeby stworzyć obiekt trójwymiarowy.

In microelectronics, they use something

W mikroelektronice używamy litografii,

called lithography to do the same sort of thing,

aby produkować układy scalone, wielowarstwowe,

to make the transistors and integrated circuits

and build up a structure several times.

powtarzając tę metodę kilkukrotnie.

These are all 2D printing technologies.

To wszystko są techniki 2D.

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

Jestem chemikiem i materiałoznawcą,

and my co-inventors are also material scientists,

a moi koledzy też badają materiały,

one a chemist, one a physicist,

jeden to chemik, drugi to fizyk.

and we began to be interested in 3D printing.

Razem zainteresowaliśmy się drukiem 3D.

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

Jak wiadomo, nowe pomysły są często prostym połączeniem

between people with different experiences in different communities,

ludzi z różnymi doświadczeniami i z różnych społeczności,

and that's our story.

i tak było w naszym przypadku.

Now, we were inspired

Zainspirowani sceną z T-1000 w "Terminatorze 2",

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

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

pomyśleliśmy, że tak mogłaby działać drukarka 3D.

where you have an object arise out of a puddle

Produkt powstaje z kałuży tuszu,

in essentially real time

właściwie w czasie rzeczywistym,

with essentially no waste

zasadniczo bez odpadów,

to make a great object?

i staje się czymś wspaniałym.

Okay, just like the movies.

Tak, jak w filmach.

And could we be inspired by Hollywood

Czy Hollywood może zainspirować

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

naprawdę działające wynalazki?

And that was our challenge.

To było nasze wyzwanie.

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

Chcieliśmy sprawdzić,

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

czy rozwiążemy trzy problemy powstrzymujące druk 3D

from being a manufacturing process.

od przemiany w proces przemysłowy.

One, 3D printing takes forever.

Po pierwsze, drukowanie 3D strasznie się wlecze.

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

Niektóre grzyby rosną szybciej, niż produkty drukarki 3D. (Śmiech)

The layer by layer process

Proces budowy warstwa po warstwie

leads to defects in mechanical properties,

prowadzi do wad mechanicznych,

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

co drukowanie ciągiem mogłoby wyeliminować.

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

Szybki wzrost pozwoliłby na użycie materiałów samoutwardzalnych,

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

co dałoby niesamowite właściwości.

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

Jeżeli nam się uda skopiować Hollywood,

we could in fact address 3D manufacturing.

możemy rozpocząć prawdziwą produkcję elementów 3D.

Our approach is to use some standard knowledge

Chcieliśmy użyć podstawowej wiedzy

in polymer chemistry

z chemii polimerów,

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

żeby wykorzystać światło i tlen do ciągłej budowy elementów drukowanych.

Light and oxygen work in different ways.

Światło działa inaczej niż tlen.

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

Światło może zamienić żywicę w ciało stałe,

can convert a liquid to a solid.

może zamienić płyn w ciało stałe.

Oxygen inhibits that process.

Tlen hamuje ten proces.

So light and oxygen are polar opposites from one another

Światło i tlen są przeciwieństwami

from a chemical point of view,

z chemicznego punktu widzenia.

and if we can control spatially the light and oxygen,

Kontrola przestrzeni zajmowanej przez światło i tlen,

we could control this process.

pozwoli kontrolować ten proces.

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

Nazwaliśmy to CLIP. [Ciągła produkcja za pomocą cieczy]

It has three functional components.

Ma trzy główne elementy.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Posiada zbiornik tuszu, tak jak T-1000.

just like the T-1000.

At the bottom of the reservoir is a special window.

Na dnie zbiornika jest specjalne okienko,

I'll come back to that.

ale o tym później.

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

Ma też podstawkę zanurzoną w tuszu,

and pull the object out of the liquid.

która wynurza się wraz z obiektem.

The third component is a digital light projection system

Trzecim elementem jest cyfrowy system projekcji światła,

underneath the reservoir,

znajdujący się pod zbiornikiem.

illuminating with light in the ultraviolet region.

Świeci on światłem ultrafioletowym.

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

Najważniejsze jest to okienko na dnie zbiornika.

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

Jest stworzone z kompozytów, to wyjątkowy rodzaj szkła.

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

Przepuszcza nie tylko światło, ale i tlen.

It's got characteristics like a contact lens.

Ma charakterystykę soczewek kontaktowych.

So we can see how the process works.

Możemy zobaczyć, jak to działa.

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

Jak widać podczas zanurzania podstawki,

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

w tradycyjnym drukowaniu, z oknem nieprzepuszczającym tlenu

you make a two-dimensional pattern

tworzy się dwuwymiarowy wzór

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

i przykleja do szyby z tradycyjnym szkłem,

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

trzeba więc kłaść następną warstwę, oddzielać je od siebie,

introduce new resin, reposition it,

wprowadzić nową żywicę, zmienić jej położenie,

and do this process over and over again.

powtarzać ten sam proces w kółko.

But with our very special window,

Ale z naszym, specjalnym szkłem

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

można działać dzięki zawartemu w zbiorniku tlenowi.

as light hits it,

Kiedy tlen trafia na światło,

that oxygen inhibits the reaction,

spowalnia reakcję

and we form a dead zone.

i tworzy martwą strefę.

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

Ta strefa ma grubość kilkudziesięciu mikronów,

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

czyli średnicy dwóch-trzech czerwonych krwinek.

right at the window interface that remains a liquid,

Pozostaje płynna tuż przy oknie zbiornika

and we pull this object up,

i wypycha te obiekty w górę.

and as we talked about in a Science paper,

Pisaliśmy o tym w Science.

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

Zmieniając zawartość tlenu, można zmienić rozmiar martwej strefy.

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

Można kontrolować wiele kluczowych wartości: zawartość tlenu,

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

światło i jego natężenie, siłę utwardzenia, lepkość i geometrię.

the viscosity, the geometry,

and we use very sophisticated software to control this process.

Używamy wyrafinowanego programu komputerowego.

The result is pretty staggering.

Rezultaty są oszałamiające.

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

Okazało się, że to od 25 do 100 razy szybsze od tradycyjnej drukarki.

which is game-changing.

To zmiana reguł gry.

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

Ponadto, dzięki możliwości wykorzystania płynu

we can go 1,000 times faster I believe,

można działać tysiąc razy szybciej.

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

Ten fakt pozwala też na tworzenie dużej ilości ciepła,

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

którego transfer fascynuje mnie jako inżyniera-chemika.

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

Kiedyś być może powstaną drukarki chłodzone wodą,

because they're going so fast.

tak szybko będą działać.

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

Drukując w ten sposób eliminujemy warstwy,

and the parts are monolithic.

części stają się zintegrowane.

You don't see the surface structure.

Nie zobaczycie struktury powierzchni,

You have molecularly smooth surfaces.

jest jednostajna.

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

Właściwości mechaniczne większości elementów z drukarki 3D

are notorious for having properties that depend on the orientation

zależą od kierunku,

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

w którym zostały wydrukowane z powodu struktury podobnej do warstw.

But when you grow objects like this,

Kiedy tworzysz obiekty naszym sposobem,

the properties are invariant with the print direction.

właściwości nie zależą od kierunku drukowania.

These look like injection-molded parts,

Wyglądają na części wykonane wtryskowo,

which is very different than traditional 3D manufacturing.

inaczej niż w tradycyjnej produkcji 3D.

In addition, we're able to throw

Można też wykorzystać

the entire polymer chemistry textbook at this,

wszystkie dostępne polimery z podręcznika do chemii,

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

aby stworzyć substancje, które mogą dać właściwości,

you really want in a 3D-printed object.

pożądane w wydruku 3D.

(Applause)

(Brawa)

There it is. That's great.

Mamy to. Świetnie.

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

Zawsze istnieje ryzyko, że coś nie zadziała na scenie.

But we can have materials with great mechanical properties.

Można więc użyć materiałów o świetnych właściwościach.

For the first time, we can have elastomers

Po raz pierwszy można użyć elastomerów,

that are high elasticity or high dampening.

które mogą być bardzo elastyczne lub wytłumione.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

Pomyślcie o kontroli wibracji lub na przykład świetnych trampkach.

We can make materials that have incredible strength,

Można użyć materiałów o niesamowitej wytrzymałości,

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

mocnych materiałów o dużej proporcji wytrzymałości do masy,

really great elastomers,

świetnych elastomerów.

so throw that in the audience there.

Zobaczcie sami.

So great material properties.

Mamy materiał o świetnych własnościach.

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

Mamy możliwość, aby stworzyć część,

that has the properties to be a final part,

która od razu działa, jak skończone urządzenie.

and you do it in game-changing speeds,

Ponieważ dodatkowo wygraliśmy w kategorii czasowej,

you can actually transform manufacturing.

można zmienić sposób produkcji.

Right now, in manufacturing, what happens is,

Ostatnim trendem w produkcji

the so-called digital thread in digital manufacturing.

jest tak zwany "cyfrowy wątek", cyfrowa produkcja.

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

Mamy rysunek CAD, projekt prototypu do wytworzenia.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

Często wątek cyfrowy jest uszkodzony już jako prototyp,

because you can't go all the way to manufacturing

bo nijak nie da się go wykonać.

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

Większość części nie ma właściwości produktu końcowego.

We now can connect the digital thread

Możemy wykorzystać wątek cyfrowy

all the way from design to prototyping to manufacturing,

na wszystkich etapach - od projektu przez prototyp do produkcji.

and that opportunity really opens up all sorts of things,

To otwiera przed nami wielkie możliwości,

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

od bardziej efektywnych samochodów, dzięki właściwościom kratowicowym

with high strength-to-weight ratio,

i stosunku wytrzymałości do masy,

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

aż do nowych łopatek turbin, wielu wspaniałych rzeczy.

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

Jeśli nagle potrzebny jest stent, proteza rozszerzająca naczynia,

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

zamiast wyciągać z szafki

that was just standard sizes,

stent o standardowej wielkości,

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

doktor może mieć stent dobrany do pacjenta,

with your own tributaries,

z jego własnymi naczyniami,

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

możliwy do wydrukowania natychmiast, w czasie rzeczywistym,

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

który może rozpuścić się po półtora roku.

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Pomyśl o cyfrowej dentystyce, tworzeniu takich rodzajów struktur,

even while you're in the dentist chair.

gdy siedzisz na fotelu dentystycznym.

And look at the structures that my students are making

Popatrzcie na to, co wyprodukowali moi studenci

at the University of North Carolina.

na Uniwersytecie Północnej Kalifornii.

These are amazing microscale structures.

To niesamowite obiekty w mikroskali.

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

Świat jest bardzo dobry w nanoprodukcji.

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

Praw Moora napędziło elementy mniejsze niż dziesięć mikronów.

We're really good at that,

Świetnie nam to idzie,

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

ale bardzo trudno tworzyć rzeczy mające od dziesięciu do tysiąca mikronów,

the mesoscale.

w mezoskali.

And subtractive techniques from the silicon industry

Subtraktywne techniki przemysłu krzemowego

can't do that very well.

nie radzą sobie z tym dobrze.

They can't etch wafers that well.

Nie sprawdzają się.

But this process is so gentle,

Choć to delikatny proces,

we can grow these objects up from the bottom

można tworzyć obiekty od podstaw,

using additive manufacturing

używając wytwarzania przyrostowego.

and make amazing things in tens of seconds,

W kilkadziesiąt sekund mogą powstać nowe rzeczy,

opening up new sensor technologies,

nowe technologie czujników,

new drug delivery techniques,

nowe sposoby dostarczania leków,

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

nowe rodzaje czipów laboratoryjnych, rzeczy, które zmienią zasady gry.

So the opportunity of making a part in real time

Możliwość tworzenia elementów w czasie rzeczywistym

that has the properties to be a final part

elementów mających właściwości końcowego produktu

really opens up 3D manufacturing,

naprawdę otwiera możliwości druku 3D.

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

To dla nas bardzo ekscytujące

the intersection between hardware, software and molecular science,

połączenie sprzętu, oprogramowania i nauki molekularnej.

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

Nie mogę się doczekać, co inżynierowie i projektanci

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

będą mogli dzięki temu stworzyć.

Thanks for listening.

Dziękuję za wysłuchanie.

(Applause)

(Brawa)