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

Joe DeSimone: E se a impressão 3D fosse 100 vezes mais rápida?

Tradutor: Fernando Gonçalves Revisor: Wanderley Jesus

I'm thrilled to be here tonight

Estou emocionado por estar aqui esta noite,

to share with you something we've been working on

e compartilhar algo em que estamos trabalhando

for over two years,

há mais de dois anos,

and it's in the area of additive manufacturing,

na área da fabricação aditiva,

also known as 3D printing.

também conhecida como impressão 3D.

You see this object here.

Veja este objeto aqui.

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

Parece simples, mas ao mesmo tempo é bem complexo.

It's a set of concentric geodesic structures

É um conjunto concêntrico de estruturas geodésicas

with linkages between each one.

com ligações entre cada uma delas.

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

Neste contexto, não se pode produzi-lo pelas técnicas tradicionais de fabricação.

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

É de uma tal simetria que você não pode moldá-lo.

You can't even manufacture it through milling.

Nem mesmo produzi-lo em larga escala.

This is a job for a 3D printer,

Este é um trabalho para uma impressora 3D,

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

mas a maioria das impressoras 3D levaria de três a dez horas para fabricá-lo,

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

e nos desafiamos a tentar fabricá-lo no palco esta noite,

during this 10-minute talk.

durante esta palestra de 10 minutos.

Wish us luck.

Deseje-nos sorte.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

Agora, impressão 3D é de fato um termo errôneo.

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

É, na verdade, impressão 2D repetidas vezes,

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

e, de fato, usa a tecnologia associada à impressão 2D.

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

Pense na impressão a jato de tinta, onde fixa-se a tinta numa página

para formar letras,

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

e então faça isso repetidas vezes para construir um objeto tridimensional.

In microelectronics, they use something

Em microeletrônica, eles usam algo

called lithography to do the same sort of thing,

chamado litografia para fazer o mesmo tipo de coisa;

to make the transistors and integrated circuits

fazer os transistores e circuitos integrados,

and build up a structure several times.

e construir uma estrutura várias vezes.

These are all 2D printing technologies.

Tudo isso é tecnologia de impressão 2D.

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

Bem, eu sou um químico, cientista de materiais também,

and my co-inventors are also material scientists,

e os meus colegas também são cientistas de materiais,

one a chemist, one a physicist,

um é químico, o outro é físico,

and we began to be interested in 3D printing.

e começamos a nos interessar pela impressão 3D.

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

E, às vezes, como vocês sabem, novas ideias são simples conexões

between people with different experiences in different communities,

entre pessoas com experiências diferentes em comunidades diferentes,

and that's our story.

e esta é a nossa história.

Now, we were inspired

Bom, fomos inspirados

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

pela cena do T-1000 do "Exterminador do Futuro 2",

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

e pensamos: "Por que uma impressora 3D não poderia operar desta maneira,

where you have an object arise out of a puddle

onde você tem um objeto surgindo de uma poça

in essentially real time

em tempo real,

with essentially no waste

sem nenhum desperdício,

to make a great object?

criando um objeto grande?

Assim como nos filmes.

Okay, just like the movies.

And could we be inspired by Hollywood

E, poderíamos nos inspirar em Hollywood

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

e desenvolver maneiras de fazer com que isto realmente funcione?

And that was our challenge.

E esse era o nosso desafio.

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

E nossa abordagem seria... Se pudéssemos fazer isto,

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

então, poderíamos tratar das três questões que impedem a impressão 3D

from being a manufacturing process.

de ser um processo de fabricação.

One, 3D printing takes forever.

Um deles: a impressão 3D leva uma eternidade.

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

Existem cogumelos que crescem mais rápidos do que objetos impressos em 3D.

(Risos)

O processo camada por camada

The layer by layer process

leads to defects in mechanical properties,

leva a defeitos em propriedades mecânicas,

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

e se pudéssemos produzir continuamente, eliminaríamos estes defeitos.

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

E, se pudéssemos produzir bem rápido, poderíamos também começar a usar materiais

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

que são autocuráveis e teríamos propriedades incríveis.

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

Então, se conseguíssemos isto, imitar Hollywood,

we could in fact address 3D manufacturing.

poderíamos, de fato, resolver a questão da fabricação 3D.

Our approach is to use some standard knowledge

Nossa abordagem é usar algum conhecimento-padrão

in polymer chemistry

em química de polímeros

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

para aproveitar luz e oxigênio e produzir objetos continuamente.

Light and oxygen work in different ways.

Luz e oxigênio funcionam de formas diferentes.

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

A luz pode pegar uma resina e deixá-la sólida,

can convert a liquid to a solid.

pode converter um líquido em sólido.

Oxygen inhibits that process.

O oxigênio inibe este processo.

So light and oxygen are polar opposites from one another

Então, luz e oxigênio são polos opostos entre si,

from a chemical point of view,

do ponto de vista químico.

and if we can control spatially the light and oxygen,

E se pudermos controlar a luz e o oxigênio espacialmente,

we could control this process.

poderemos controlar este processo.

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

E nos referimos a isto como CLIP. [Produção Contínua em Interface Líquida]

It has three functional components.

Ele tem três componentes funcionais.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Primeiro, há um reservatório que detém a poça,

just like the T-1000.

como o T-1000.

At the bottom of the reservoir is a special window.

No fundo do reservatório está uma janela especial.

I'll come back to that.

Voltarei a isto.

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

Além disso, há uma etapa em que a poça irá diminuir

and pull the object out of the liquid.

e puxará o objeto para fora do líquido.

The third component is a digital light projection system

O terceiro componente é um sistema de projeção digital de luz,

underneath the reservoir,

abaixo do reservatório,

illuminating with light in the ultraviolet region.

iluminado com luz na região ultravioleta.

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

Agora, o segredo é que esta janela, no fundo do reservatório,

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

é um composto, é uma janela muito especial.

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

Não é apenas transparente à luz, mas é permeável ao oxigênio.

It's got characteristics like a contact lens.

Possui características como as lentes de contato.

So we can see how the process works.

Então, podemos ver como o processo funciona.

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

Você começa a ver que assim que você termina uma etapa lá,

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

num processo tradicional, com uma janela impermeável ao oxigênio,

you make a two-dimensional pattern

você cria um padrão bidimensional,

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

e você acaba colando na janela, com uma janela tradicional,

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

e para introduzir a próxima camada, você tem que separá-la,

introduce new resin, reposition it,

introduzir uma nova resina, reposicioná-la

and do this process over and over again.

e fazer este processo repetidas vezes.

But with our very special window,

Mas, com nossa janela especial,

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

o que somos capazes de fazer é, com o oxigênio vindo através do fundo,

as light hits it,

assim que a luz o atinge,

that oxygen inhibits the reaction,

o oxigênio inibe a reação

and we form a dead zone.

e formamos uma zona morta.

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

Esta zona morta é da ordem de dezenas de mícrons de espessura,

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

isto equivale a dois ou três diâmetros de um glóbulo vermelho,

bem na interface da janela que permanece em estado líquido,

right at the window interface that remains a liquid,

and we pull this object up,

e puxamos este objeto,

and as we talked about in a Science paper,

e assim como falamos sobre isto no artigo de ciências,

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

conforme mudamos o teor de oxigênio, podemos mudar a espessura da zona morta.

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

E assim temos um número de variáveis-chave que controlamos: teor de oxigênio,

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

a luz, a intensidade da luz, a dose para endurecer,

the viscosity, the geometry,

a viscosidade, a geometria...

and we use very sophisticated software to control this process.

e usamos um software muito sofisticado para controlar este processo.

The result is pretty staggering.

O resultado é bem impressionante.

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

É de 25 a 100 vezes mais rápido do que as impressoras 3D tradicionais,

which is game-changing.

o que é uma mudança no jogo.

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

Além disso, com a nossa capacidade para fornecer líquido a esta interface,

we can go 1,000 times faster I believe,

podemos ir mil vezes mais rápido, creio eu,

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

e isto abre a oportunidade para gerar bastante calor,

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

e como engenheiro químico, fico bem animado com a transferência de calor

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

e a ideia de que um dia poderemos ter impressoras 3D refrigeradas a água,

because they're going so fast.

porque elas são bem rápidas.

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

Além disso, como estamos criando coisas, eliminamos as camadas,

and the parts are monolithic.

e os objetos são monolíticos.

You don't see the surface structure.

Você não vê a estrutura da superfície.

You have molecularly smooth surfaces.

Você tem superfícies molecularmente lisas.

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

E as propriedades mecânicas da maioria dos objetos feitos em impressora 3D

are notorious for having properties that depend on the orientation

são conhecidas por serem propriedades que dependem da orientação

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

com a qual você as imprimiu, por causa da estrutura do tipo "camada".

But when you grow objects like this,

Mas quando você cria objetos como este,

the properties are invariant with the print direction.

as propriedades não variam com a direção da impressão.

These look like injection-molded parts,

Parecem objetos moldados por injeção,

which is very different than traditional 3D manufacturing.

o que é bem diferente da fabricação tradicional 3D.

In addition, we're able to throw

Além disso, podemos mudar

the entire polymer chemistry textbook at this,

toda a teoria da química de polímeros com isto,

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

e podemos desenvolver químicas que possam dar origem às propriedades

you really want in a 3D-printed object.

que você realmente quer num objeto 3D.

(Aplausos)

(Applause)

There it is. That's great.

É isso aí. Isto é ótimo!

Você sempre corre o risco de algo assim não funcionar no palco, certo?

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

Mas podemos ter materiais com excelentes propriedades mecânicas.

But we can have materials with great mechanical properties.

Pela primeira vez, podemos ter elastômeros

For the first time, we can have elastomers

that are high elasticity or high dampening.

que são de alta elasticidade ou amortecimento elevado.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

Pense no controle de vibração dos grandes tênis, por exemplo.

We can make materials that have incredible strength,

Podemos fazer materiais que tenham uma força incrível,

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

uma elevada relação resistência-peso, materiais muito fortes,

really great elastomers,

elastômeros realmente grandes,

so throw that in the audience there.

então jogo isto na plateia ali.

So great material properties.

Grandes propriedades materiais.

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

E assim, a oportunidade agora, se você realmente faz um objeto

that has the properties to be a final part,

que tenha as propriedades para ser um produto final,

and you do it in game-changing speeds,

e faz isto na mesma velocidade em que as coisas mudam,

you can actually transform manufacturing.

você pode realmente transformar o processo de fabricação.

Right now, in manufacturing, what happens is,

Agora mesmo, o que está acontecendo no processo de fabricação

the so-called digital thread in digital manufacturing.

é o chamado processo digital em fabricação digital.

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

Partimos de um desenho no CAD, um projeto, para um protótipo para a fabricação.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

Às vezes, o processo digital é interrompido ainda no protótipo,

because you can't go all the way to manufacturing

pois não dá para chegar até a fabricação,

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

pois a maioria dos objetos não tem as propriedades para ser um produto final.

We now can connect the digital thread

Agora, podemos conectar o processo digital,

all the way from design to prototyping to manufacturing,

desde o projeto até o protótipo para a fabricação,

and that opportunity really opens up all sorts of things,

e esta oportunidade dá espaço para todos os tipos de coisas:

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

carros com consumo mais eficiente, lidar com grandes propriedades de treliça,

with high strength-to-weight ratio,

com uma elevada relação resistência-peso;

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

novas lâminas de turbina; todo o tipo de coisas maravilhosas.

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

Imagine que você precise de um "stent" numa situação de emergência,

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

em vez de o médico pegar um stent da prateleira,

that was just standard sizes,

que é de tamanho-padrão,

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

ter um stent projetado para você, para a sua anatomia,

with your own tributaries,

com suas próprias particularidades,

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

impresso numa situação de emergência em tempo real, sem características como:

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

validade de 18 meses, é uma mudança no jogo.

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Ou a odontologia digital; e fazer estes tipos de estruturas

even while you're in the dentist chair.

mesmo se você estiver na cadeira do dentista.

And look at the structures that my students are making

Veja estas estruturas que os meus alunos estão criando,

at the University of North Carolina.

na Universidade da Carolina do Norte.

These are amazing microscale structures.

Estas são incríveis estruturas em microescala.

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

Sabe, o mundo é realmente bom em nanofabricação.

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

A Lei de Moore criou coisas a partir de dez mícrons ou menos.

We're really good at that,

Somos muito bons nisto,

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

mas, de fato, é muito difícil fazer coisas de dez mícrons a mil mícrons,

the mesoscale.

a mesoescala.

E técnicas de subtração provenientes da indústria do silício,

And subtractive techniques from the silicon industry

podem fazer isto muito bem.

can't do that very well.

They can't etch wafers that well.

Não conseguem fazer "wafers" tão bem.

But this process is so gentle,

Mas este processo é tão suave,

que podemos produzir estes objetos, desde a base,

we can grow these objects up from the bottom

using additive manufacturing

usando a fabricação aditiva,

and make amazing things in tens of seconds,

e fazer coisas incríveis em dezenas de segundos,

opening up new sensor technologies,

tornando disponível uma nova tecnologia de sensores;

new drug delivery techniques,

novas técnicas de administração de remédios;

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

novas aplicações "lab-on-a-chip"; uma grande mudança no jogo.

So the opportunity of making a part in real time

Então, a oportunidade de fazer um objeto em tempo real,

that has the properties to be a final part

que tenha as propriedades para ser um produto final,

really opens up 3D manufacturing,

realmente torna possível a fabricação 3D.

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

E, para nós, isto é muito animador, porque possui

the intersection between hardware, software and molecular science,

a convergência entre hardware, software e ciência molecular.

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

E, mal posso esperar para ver o que projetistas e engenheiros pelo mundo

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

serão capazes de fazer com esta grande ferramenta.

Thanks for listening.

Obrigado por ouvir.

(Aplausos)

(Applause)