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

Tradutor: Mariana Silva Revisora: Margarida Ferreira

I'm thrilled to be here tonight

É emocionante estar aqui esta noite

to share with you something we've been working on

para partilhar algo em que estivemos a trabalhar

for over two years,

durante mais de dois anos.

and it's in the area of additive manufacturing,

É na área da manufatura aditiva,

also known as 3D printing.

também conhecida como impressão 3D.

You see this object here.

Vejam este objeto aqui.

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

Parece bastante simples, mas ao mesmo tempo é muito complexo.

It's a set of concentric geodesic structures

É um conjunto de estruturas geodésicas concêntricas

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 é fabricável com técnicas tradicionais de manufatura.

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

A sua simetria torna impossível moldá-la por injeção.

You can't even manufacture it through milling.

Não é sequer possível fabricá-la através de moagem.

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 três a dez horas para fabricá-la,

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

e vamos correr o risco esta noite de tentar fabricá-la no palco

during this 10-minute talk.

ao longo desta palestra de 10 minutos.

Wish us luck.

Desejem-nos sorte.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

Impressão 3D é um nome errado.

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 facto, usa as tecnologias associadas com a impressão 2D.

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

Pensem na impressão com jato de tinta,

que coloca tinta na página para escrever letras

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

e façam isso repetidas vezes até construir um objeto tridimensional.

In microelectronics, they use something

Na microeletrónica, usam uma coisa,

called lithography to do the same sort of thing,

de seu nome litografia para fazer a mesma coisa,

to make the transistors and integrated circuits

para criar transístores e circuitos integrados

and build up a structure several times.

e construir uma estrutura várias vezes.

These are all 2D printing technologies.

Todas essas técnicas são de impressão 2D.

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

Sou químico, e também engenheiro de materiais

and my co-inventors are also material scientists,

e os meus colegas são também engenheiros de materiais,

one a chemist, one a physicist,

um químico, um físico.

Começámos a interessar-nos pela impressão 3D.

and we began to be interested in 3D printing.

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

Muito frequentemente, como sabem, novas ideias são simplesmente ligações

between people with different experiences in different communities,

entre pessoas com experiências distintas em comunidades diferentes,

and that's our story.

e é essa a nossa história.

Now, we were inspired

Fomos inspirados

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

pela cena do T-1000 no filme "Exterminador Implacável 2",

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

e pensámos:

Porque não poderá uma impressora 3D operar desta maneira

where you have an object arise out of a puddle

quando existe um objeto a erguer-se fora de uma poça

em tempo real,

in essentially real time

with essentially no waste

praticamente sem desperdícios,

to make a great object?

para fazer um grande objeto?

Tal como nos filmes.

Okay, just like the movies.

And could we be inspired by Hollywood

Poderíamos ser inspirados por Hollywood

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

e encontrar maneiras de realmente fazer com que isto funcione?

And that was our challenge.

Foi esse o nosso desafio.

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

A nossa abordagem seria:

Se conseguíssemos fazê-lo,

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

podíamos resolver os três problemas que impedem a impressão 3D

from being a manufacturing process.

de ser um processo de manufatura.

Primeiro, a impressão 3D leva séculos.

One, 3D printing takes forever.

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

Há cogumelos que crescem mais depressa do que as impressões 3D.

(Risos)

The layer by layer process

O processo camada por camada

leads to defects in mechanical properties,

leva a defeitos nas propriedades mecânicas.

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

Se conseguíssemos maior velocidade, podíamos eliminar esses defeitos.

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

Se conseguíssemos uma grande velocidade,

podíamos começar a utilizar materiais autopolimerizáveis

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

e podíamos ter propriedades fantásticas.

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

Portanto, se isto resultasse, imitando Hollywood,

we could in fact address 3D manufacturing.

podíamos, de facto, conseguir a manufatura 3D.

Our approach is to use some standard knowledge

A nossa abordagem é a utilização de conhecimentos básicos

in polymer chemistry

na química dos polímeros

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

para aproveitar a luz e o oxigénio para um fabrico continuado.

A luz e o oxigénio funcionam de formas diferentes.

Light and oxygen work in different ways.

A luz pode pegar numa resina e transformá-la num objeto sólido,

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

can convert a liquid to a solid.

pode transformar um líquido num sólido.

Oxygen inhibits that process.

O oxigénio inibe esse processo.

So light and oxygen are polar opposites from one another

Por isso, a luz e o oxigénio são o oposto um do outro

do ponto de vista químico.

from a chemical point of view,

and if we can control spatially the light and oxygen,

Se conseguíssemos controlar a luz e o oxigénio no espaço,

podíamos controlar este processo.

we could control this process.

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

Referimo-nos a isto como PCIL. [Interface de Produção Contínua Líquida]

It has three functional components.

Possui três componentes funcionais.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Primeiro, tem um reservatório que contém a poça,

just like the T-1000.

tal como o T-1000.

At the bottom of the reservoir is a special window.

No fundo do reservatório há uma janela especial.

I'll come back to that.

Volto a isso mais tarde.

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

Além disso, tem uma plataforma que se baixa em direção à poça,

and pull the object out of the liquid.

e puxa o objeto para fora do líquido.

The third component is a digital light projection system

O terceiro componente é um sistema de projeção de luz digital

underneath the reservoir,

por baixo do reservatório,

illuminating with light in the ultraviolet region.

iluminando a região com luz ultravioleta.

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

A chave é precisamente que a janela no fundo deste reservatório,

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

é um compósito, uma janela muito especial.

Não só é transparente para a luz como é permeável para o oxigénio.

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

It's got characteristics like a contact lens.

Tem as características das lentes de contacto.

So we can see how the process works.

Vejamos como funciona o processo.

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

Podem começar a ver que, enquanto a plataforma baixa,

num processo tradicional, com uma janela impermeável ao oxigénio,

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

you make a two-dimensional pattern

gera-se um padrão bidimensional.

Isso acaba por aderir à janela com uma janela tradicional,

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,

e assim, para introduzir a camada seguinte,

temos de separá-la,

introduce new resin, reposition it,

introduzir nova resina, reposicioná-la,

and do this process over and over again.

e repetir este processo vezes sem conta.

But with our very special window,

Mas com a nossa janela especial,

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

com o oxigénio a partir da zona baixa,

as light hits it,

enquanto a luz o atinge,

that oxygen inhibits the reaction,

conseguimos que o oxigénio iniba a reação,

and we form a dead zone.

e formamos uma zona vazia.

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

Esta zona vazia tem dezenas de mícrones de espessura,

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

— o que equivale a dois ou três diâmetros de um glóbulo vermelho —

e na plataforma da janela permanece o líquido.

right at the window interface that remains a liquid,

and we pull this object up,

Puxamos este objeto para cima.

and as we talked about in a Science paper,

Como referimos num artigo científico,

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

ao mudar o conteúdo do oxigénio, mudamos a espessura da zona vazia.

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

Assim, temos um número de variáveis que controlamos:

o conteúdo de oxigénio,

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

a luz, a intensidade da luz, as doses,

the viscosity, the geometry,

a viscosidade, a geometria,

and we use very sophisticated software to control this process.

e utilizamos um software sofisticado para controlar este processo.

The result is pretty staggering.

O resultado é surpreendente.

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

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

which is game-changing.

o que muda muita coisa.

Além disso, a nossa capacidade de levar o líquido a esta plataforma,

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

we can go 1,000 times faster I believe,

permitirá aumentar a velocidade umas 1000 vezes, segundo creio.

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

Isso dá-nos a oportunidade de gerar grandes quantidades de calor.

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

Enquanto engenheiro químico, a transferência de calor entusiasma-me

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

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

because they're going so fast.

porque funcionam muito depressa.

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

Além disso, como criamos objetos, eliminamos as camadas,

and the parts are monolithic.

e as partes são monolíticas.

You don't see the surface structure.

Não vemos a estrutura da superfície.

You have molecularly smooth surfaces.

Temos superfícies molecularmente lisas.

E as propriedades mecânicas dos objetos feitos numa impressora 3D

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

are notorious for having properties that depend on the orientation

são notáveis por terem propriedades que dependem da orientação

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

com a qual são impressos, devido à sua estrutura por camadas.

But when you grow objects like this,

Mas quando criamos objetos desta forma,

the properties are invariant with the print direction.

as propriedades não variam consoante a direção da impressão.

These look like injection-molded parts,

Estas partes parecem ter sido injetadas,

which is very different than traditional 3D manufacturing.

o que é muito diferente das manufaturas 3D tradicionais.

In addition, we're able to throw

Além disso, podemos utilizar

the entire polymer chemistry textbook at this,

qualquer polímero referido no manual de química

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

e podemos conceber químicas com as propriedades

you really want in a 3D-printed object.

que realmente queremos num objeto 3D.

(Applause)

(Aplausos)

There it is. That's great.

Aqui está. É ótimo.

Corremos sempre o risco de algo como isto não funcionar em palco, não é?

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

Mas podemos ter materiais com ótimas propriedades mecânicas.

But we can have materials with great mechanical properties.

For the first time, we can have elastomers

Pela primeira vez, podemos ter elastómeros

that are high elasticity or high dampening.

com grande elasticidade e grande amortecimento.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

Pensem no controlo de vibrações ou em boas sapatilhas, por exemplo.

We can make materials that have incredible strength,

Podemos criar materiais com uma força incrível,

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

com materiais muito fortes, numa proporção força-peso,

really great elastomers,

excelentes elastómeros.

so throw that in the audience there.

Vou atirar isto para o público.

So great material properties.

Ótimas propriedades materiais.

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

A oportunidade agora, se realmente criarmos uma parte

that has the properties to be a final part,

que tem as propriedades necessárias para ser um produto final,

and you do it in game-changing speeds,

e o fizermos numa velocidade recorde,

you can actually transform manufacturing.

é podermos realmente mudar a manufatura.

Right now, in manufacturing, what happens is,

Neste momento, a manufatura

the so-called digital thread in digital manufacturing.

inclui a chamada cadeia digital.

Na manufatura digital, passamos de um esboço CAD,

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

para um desenho, para um protótipo de manufatura.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

Muitas vezes, a cadeia digital rompe-se logo no protótipo,

because you can't go all the way to manufacturing

não podemos avançar diretamente para a manufatura

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

porque muitas das partes não têm as propriedades de um produto final.

We now can connect the digital thread

Podemos agora interligar a cadeia digital

all the way from design to prototyping to manufacturing,

desde o desenho até ao protótipo e até à manufatura.

and that opportunity really opens up all sorts of things,

Essa oportunidade abre a porta a todo o tipo de inovações,

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

como carros mais eficientes com grandes propriedades estruturais

with high strength-to-weight ratio,

e com enorme proporção força-peso,

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

novas pás de turbinas, todo o tipo de coisas maravilhosas.

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

Imaginem que precisam de um "stent" numa situação de emergência.

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

Em vez de o médico ir buscar um "stent" à prateleira

that was just standard sizes,

com tamanhos normalizados,

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

ter um "stent" personalizado para a nossa anatomia,

with your own tributaries,

com as nossas características,

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

impresso numa situação de emergência em tempo real,

com a vantagem de este "stent" perder a validade em 18 meses.

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

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Realmente muda tudo.

Ou na odontologia, criando esse tipo de estruturas

even while you're in the dentist chair.

exatamente quando estamos sentados na cadeira do dentista.

And look at the structures that my students are making

Observem as estruturas que os meus alunos estão a fazer

at the University of North Carolina.

na Universidade da Carolina do Norte.

These are amazing microscale structures.

São estruturas incríveis à micro escala.

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

Sabem, o mundo é realmente bom em nano fabrico.

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

A Lei de Moore proporcionou objetos com 10 mícrones ou menos.

We're really good at that,

Somos realmente bons nisto,

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

mas, na verdade, é muito difícil criar objetos de 10 a 1000 mícrones,

the mesoscale.

à mesoescala.

And subtractive techniques from the silicon industry

As técnicas subtrativas da indústria do silicone

não fazem isto muito bem,

can't do that very well.

They can't etch wafers that well.

materiais semicondutores, por exemplo.

But this process is so gentle,

Mas este processo é tão suave

we can grow these objects up from the bottom

que podemos criar estes objetos desde a sua base

using additive manufacturing

usando manufatura aditiva

and make amazing things in tens of seconds,

e criar coisas incríveis, em segundos,

opening up new sensor technologies,

criando novas tecnologias sensoriais,

new drug delivery techniques,

novas técnicas de administração de medicamentos,

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

novas aplicações "lab-on-a-chip", enormes mudanças.

So the opportunity of making a part in real time

Assim, a oportunidade de criar um objeto em tempo real

that has the properties to be a final part

que tem as propriedades de um produto final

really opens up 3D manufacturing,

possibilita realmente a manufatura 3D.

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

Para nós, isto é entusiasmante, porque isto é conseguir

the intersection between hardware, software and molecular science,

a intersecção entre hardware, software e ciência molecular.

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

Mal posso esperar para ver o que "designers" e engenheiros de todo o mundo

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

conseguirão fazer com esta incrível ferramenta.

Thanks for listening.

Obrigado pela vossa atenção.

(Applause)

(Aplausos)