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

2,361,860 views ・ 2015-03-19

TED


Vă rugăm să faceți dublu clic pe subtitrările în limba engleză de mai jos pentru a reda videoclipul.

Traducător: Maria Tancu Corector: Matei Sterian
00:12
I'm thrilled to be here tonight
0
12949
1824
Mă bucur să fiu aici în seara asta, să vă spun la ce lucrăm de peste doi ani.
00:14
to share with you something we've been working on
1
14773
2379
00:17
for over two years,
2
17152
2090
00:19
and it's in the area of additive manufacturing,
3
19242
2554
Este în domeniul fabricării aditive,
00:21
also known as 3D printing.
4
21796
2717
cunoscută și ca „imprimare 3D”.
00:24
You see this object here.
5
24513
1718
Vedeți obiectul acesta?
00:26
It looks fairly simple, but it's quite complex at the same time.
6
26231
3808
Pare destul de simplu, dar e foarte complex în același timp.
00:30
It's a set of concentric geodesic structures
7
30549
3251
Este un set de structuri geodezice concentrice,
00:33
with linkages between each one.
8
33800
2995
cu legături între ele.
00:36
In its context, it is not manufacturable by traditional manufacturing techniques.
9
36795
6002
În acest context, nu poate fi produs prin tehnici traditionale de producție.
00:43
It has a symmetry such that you can't injection mold it.
10
43343
3947
Din cauza simetriei nu poate fi produs prin injecție într-o matriță.
00:47
You can't even manufacture it through milling.
11
47290
3589
Nu poate fi nici prelucrat prin așchiere.
00:51
This is a job for a 3D printer,
12
51470
2647
Asta e o treabă pentru o imprimantă 3D.
Dar majoritatea imprimantelor 3D au nevoie de 3–10 ore s-o fabrice.
00:54
but most 3D printers would take between three and 10 hours to fabricate it,
13
54117
4481
00:58
and we're going to take the risk tonight to try to fabricate it onstage
14
58598
4226
Noi ne vom încumeta s-o realizăm acum pe scenă,
01:02
during this 10-minute talk.
15
62824
2577
în cele 10 minute ale acestei prezentări.
01:05
Wish us luck.
16
65401
2039
Urați-ne noroc.
01:08
Now, 3D printing is actually a misnomer.
17
68350
3274
De fapt denumirea de imprimare 3D e improprie.
01:11
It's actually 2D printing over and over again,
18
71624
3775
În realitate e imprimare 2D repetată de multe ori.
01:15
and it in fact uses the technologies associated with 2D printing.
19
75919
3842
De fapt utilizează tehnologii asociate cu imprimarea 2D.
01:20
Think about inkjet printing where you lay down ink on a page to make letters,
20
80401
4959
De exemplu, imprimanta cu jet de cerneală pune cerneală pe pagină
ca să facă litere.
01:25
and then do that over and over again to build up a three-dimensional object.
21
85360
4986
Apoi faci asta iar și iar ca să construiești un obiect 3D.
01:30
In microelectronics, they use something
22
90346
2071
În microelectronică se folosește litografia
01:32
called lithography to do the same sort of thing,
23
92417
2320
pentru a face în mod similar tranzistori și circuite integrate,
01:34
to make the transistors and integrated circuits
24
94737
2208
01:36
and build up a structure several times.
25
96945
2052
pentru a construi o structură de mai multe ori.
01:38
These are all 2D printing technologies.
26
98997
2402
Toate astea sunt tehnologii de imprimare 2D.
01:42
Now, I'm a chemist, a material scientist too,
27
102099
3888
Eu sunt chimist, și studiez și materiale,
01:45
and my co-inventors are also material scientists,
28
105987
2724
iar co-inventatorii mei studiază și ei materialele,
01:48
one a chemist, one a physicist,
29
108711
2299
unul e chimist, celalalt fizician,
și am început să fim interesați de imprimarea 3D.
01:51
and we began to be interested in 3D printing.
30
111010
2926
01:53
And very often, as you know, new ideas are often simple connections
31
113936
5595
Foarte adesea, după cum știți, ideile noi sunt simple conexiuni
01:59
between people with different experiences in different communities,
32
119531
3743
între oameni cu experiențe diferite în comunități diferite.
02:03
and that's our story.
33
123274
1477
Tot asta e și povestea noastră.
02:05
Now, we were inspired
34
125591
2531
Noi am fost inspirați
02:08
by the "Terminator 2" scene for T-1000,
35
128122
4771
de scena din „Terminator 2” cu T-1000.
02:12
and we thought, why couldn't a 3D printer operate in this fashion,
36
132893
4943
Ne-am gândit: de ce n-ar putea o imprimantă 3D să facă asta,
02:18
where you have an object arise out of a puddle
37
138426
3936
să ai un obiect care se ridică dintr-o baltă,
02:23
in essentially real time
38
143052
2468
practic în timp real,
02:25
with essentially no waste
39
145520
2229
practic fără risipă de materiale,
02:27
to make a great object?
40
147749
2322
pentru a face un produs excelent?
Exact ca în filme.
02:30
Okay, just like the movies.
41
150071
1417
02:31
And could we be inspired by Hollywood
42
151488
3389
Am putea fi oare inspirați de Hollywood
02:34
and come up with ways to actually try to get this to work?
43
154877
3507
să găsim metode de a realiza asta în realitate?
02:38
And that was our challenge.
44
158384
2066
Asta ne-am propus.
02:40
And our approach would be, if we could do this,
45
160450
3367
Prin abordarea noastră, dacă am reuși,
02:43
then we could fundamentally address the three issues holding back 3D printing
46
163817
3854
am putea rezolva fundamental cele trei probleme
care împiedică imprimarea 3D să fie un proces de producție.
02:47
from being a manufacturing process.
47
167671
2415
Mai întâi, imprimarea 3D durează o veșnicie.
02:50
One, 3D printing takes forever.
48
170086
2531
02:52
There are mushrooms that grow faster than 3D printed parts. (Laughter)
49
172617
5224
Există ciuperci care cresc mai repede decât piesele imprimate 3D.
(Râsete)
Procesul de imprimare strat cu strat
02:59
The layer by layer process
50
179281
2136
03:01
leads to defects in mechanical properties,
51
181417
2902
duce la defecte în proprietățile mecanice.
03:04
and if we could grow continuously, we could eliminate those defects.
52
184319
3947
Printr-o creștere continuă am putea elimina aceste defecte.
03:08
And in fact, if we could grow really fast, we could also start using materials
53
188266
5132
Iar dacă am putea crește foarte repede, am putea începe să folosim materiale
03:13
that are self-curing, and we could have amazing properties.
54
193398
4644
care se cimentează de la sine și am putea avea proprietăți uimitoare.
Dacă am reuși să imităm Hollywood-ul,
03:18
So if we could pull this off, imitate Hollywood,
55
198042
4109
am putea să rezolva producția 3D.
03:22
we could in fact address 3D manufacturing.
56
202151
2761
03:26
Our approach is to use some standard knowledge
57
206702
3251
Abordarea noastră e de a folosi cunoștințe standard
03:29
in polymer chemistry
58
209953
2600
din chimia polimerilor,
03:32
to harness light and oxygen to grow parts continuously.
59
212553
6599
de a folosi lumina și oxigenul pentru a crește piesele continuu.
03:39
Light and oxygen work in different ways.
60
219152
2947
Lumina și oxigenul funcționează în moduri diferite.
03:42
Light can take a resin and convert it to a solid,
61
222099
3042
Lumina poate converti o rășină într-un corp solid,
poate converti un lichid într-un solid.
03:45
can convert a liquid to a solid.
62
225141
2154
03:47
Oxygen inhibits that process.
63
227295
3534
Oxigenul inhibă acest proces.
03:50
So light and oxygen are polar opposites from one another
64
230829
3251
Așadar lumina și oxigenul sunt la poli opuși din punct de vedere chimic,
03:54
from a chemical point of view,
65
234080
2508
03:56
and if we can control spatially the light and oxygen,
66
236588
3413
și dacă am putea controla în spațiu lumina și oxigenul,
04:00
we could control this process.
67
240001
1947
am putea controla acest proces.
04:02
And we refer to this as CLIP. [Continuous Liquid Interface Production.]
68
242288
3451
L-am denumit CLIP: producție continuă la interfața cu lichidul.
04:05
It has three functional components.
69
245739
1876
Are trei componente funcționale.
04:08
One, it has a reservoir that holds the puddle,
70
248465
3861
Mai întâi are un rezervor care conține lichid,
04:12
just like the T-1000.
71
252326
1879
exact ca T-1000 din film.
04:14
At the bottom of the reservoir is a special window.
72
254205
2416
La fund rezervorul are o fereastră specială.
04:16
I'll come back to that.
73
256621
1491
Mă voi întoarce la ea.
04:18
In addition, it has a stage that will lower into the puddle
74
258112
3780
Apoi are o placă pe care o coborâm în lichid
04:21
and pull the object out of the liquid.
75
261892
2589
și care va ridica obiectul din lichid.
04:24
The third component is a digital light projection system
76
264481
3804
A treia componentă e un sistem digital de proiecție a luminii,
04:28
underneath the reservoir,
77
268285
2020
sub rezervor,
04:30
illuminating with light in the ultraviolet region.
78
270305
3273
care iluminează cu lumină ultravioletă.
04:34
Now, the key is that this window in the bottom of this reservoir,
79
274048
3223
Elementul cheie e fereastra de la fundul rezervorului,
04:37
it's a composite, it's a very special window.
80
277271
2879
care e un compozit, o fereastră foarte specială.
Nu e doar transparentă pentru lumină, ci și permeabilă pentru oxigen.
04:40
It's not only transparent to light but it's permeable to oxygen.
81
280150
3646
04:43
It's got characteristics like a contact lens.
82
283796
2659
Are caracteristicile unei lentile de contact.
04:47
So we can see how the process works.
83
287435
2281
Iată cum se desfășoară procesul.
04:49
You can start to see that as you lower a stage in there,
84
289716
3414
Vedeți cum la coborârea plăcii în lichid,
în procesul tradițional, cu o fereastră impermeabilă la oxigen,
04:53
in a traditional process, with an oxygen-impermeable window,
85
293130
4179
04:57
you make a two-dimensional pattern
86
297309
1839
faci un tipar bidimensional
05:00
and you end up gluing that onto the window with a traditional window,
87
300008
3362
și rămâi cu tiparul lipit pe geam, cu fereastra tradițională,
05:03
and so in order to introduce the next layer, you have to separate it,
88
303370
3552
așa încât ca să produci următorul strat trebuie să-l separi,
05:06
introduce new resin, reposition it,
89
306922
3529
să introduci din nou rășină, să-l repoziționezi
05:10
and do this process over and over again.
90
310451
2459
și să repeți procesul iar și iar.
05:13
But with our very special window,
91
313400
1834
Dar cu fereastra noastră specială,
05:15
what we're able to do is, with oxygen coming through the bottom
92
315234
3329
când vine oxigenul prin partea de jos
05:18
as light hits it,
93
318563
1253
și dă peste el lumina,
05:21
that oxygen inhibits the reaction,
94
321256
2670
oxigenul acela inhibă reacția.
05:23
and we form a dead zone.
95
323926
2624
Formăm o zonă moartă.
05:26
This dead zone is on the order of tens of microns thick,
96
326550
4319
Această zonă moartă e groasă de ordinul zecilor de microni,
05:30
so that's two or three diameters of a red blood cell,
97
330869
3227
adică de 2–3 ori cât diametrul unei globule roșii,
la interfața cu fereastra rămâne lichid.
05:34
right at the window interface that remains a liquid,
98
334096
2531
05:36
and we pull this object up,
99
336627
1950
Ridicăm acest obiect,
05:38
and as we talked about in a Science paper,
100
338577
2392
și, cum spuneam în articolul din Science,
05:40
as we change the oxygen content, we can change the dead zone thickness.
101
340969
4713
schimbând concentrația de oxigen putem schimba grosimea zonei moarte.
05:45
And so we have a number of key variables that we control: oxygen content,
102
345682
3692
Așadar avem mai multe variabile cheie pe care le controlăm:
cantitatea de oxigen, lumina, intensitatea luminii, doza de cimentat,
05:49
the light, the light intensity, the dose to cure,
103
349374
3065
05:52
the viscosity, the geometry,
104
352439
1962
vâscozitatea, geometria,
05:54
and we use very sophisticated software to control this process.
105
354401
3416
și utilizăm programe foarte sofisticate pentru a controla acest proces.
05:58
The result is pretty staggering.
106
358697
2763
Rezultatul este uimitor.
06:01
It's 25 to 100 times faster than traditional 3D printers,
107
361460
3736
Este de 25–100 de ori mai rapid decât imprimarea 3D tradițională.
06:06
which is game-changing.
108
366336
1834
E ceva revoluționar.
06:08
In addition, as our ability to deliver liquid to that interface,
109
368170
4336
În plus, în funcție de capacitatea de a aduce lichid la acea suprafață,
06:12
we can go 1,000 times faster I believe,
110
372506
3740
putem mări viteza de 1000 de ori, cred eu.
06:16
and that in fact opens up the opportunity for generating a lot of heat,
111
376246
3557
Iar asta aduce posibilitatea generării de multă căldură
06:19
and as a chemical engineer, I get very excited at heat transfer
112
379803
4063
și, ca inginer chimist, mă bucur de transferul de căldură
06:23
and the idea that we might one day have water-cooled 3D printers,
113
383866
4179
și de ideea că vom avea cândva imprimante 3D răcite cu apă
pentru că funcționează așa rapid.
06:28
because they're going so fast.
114
388045
2392
06:30
In addition, because we're growing things, we eliminate the layers,
115
390437
4063
În plus, pentru că producem prin creștere, eliminăm stratificarea,
06:34
and the parts are monolithic.
116
394500
1974
iar piesele sunt monolitice.
06:36
You don't see the surface structure.
117
396474
2090
Nu se mai vede structura suprafeței.
06:38
You have molecularly smooth surfaces.
118
398564
2493
Avem suprafețe netede la nivel molecular.
06:41
And the mechanical properties of most parts made in a 3D printer
119
401057
4240
Proprietățile mecanice ale celor mai multe piese imprimate 3D
06:45
are notorious for having properties that depend on the orientation
120
405297
4296
sunt renumite că depind de orientarea imprimării,
06:49
with which how you printed it, because of the layer-like structure.
121
409593
3761
din cauza structurii stratificate.
06:53
But when you grow objects like this,
122
413354
2345
Dar prin metoda noastră
06:55
the properties are invariant with the print direction.
123
415699
3669
proprietățile nu mai depind de direcția imprimării.
06:59
These look like injection-molded parts,
124
419368
2949
Acestea arată ca niște piese create prin injecție,
07:02
which is very different than traditional 3D manufacturing.
125
422317
3412
metodă foarte diferită de imprimarea 3D tradițională.
07:05
In addition, we're able to throw
126
425729
3530
Mai mult, ne putem utiliza întregul manual de chimie a polimerilor,
07:09
the entire polymer chemistry textbook at this,
127
429259
3576
07:12
and we're able to design chemistries that can give rise to the properties
128
432835
3991
putem gândi procese chimice
care să dea proprietățile dorite obiectului 3D.
07:16
you really want in a 3D-printed object.
129
436826
3042
07:19
(Applause)
130
439868
1337
(Aplauze)
07:21
There it is. That's great.
131
441205
3234
Iată-l! E grozav!
Riști mereu ca experimentul să nu funcționeze pe scenă.
07:26
You always take the risk that something like this won't work onstage, right?
132
446049
3578
07:30
But we can have materials with great mechanical properties.
133
450177
2879
Putem avea materiale cu proprietăți mecanice grozave.
Pentru prima dată, putem crea elastomeri
07:33
For the first time, we can have elastomers
134
453056
2438
07:35
that are high elasticity or high dampening.
135
455494
2461
cu elasticitate mare sau cu amortizare mare.
07:37
Think about vibration control or great sneakers, for example.
136
457955
3413
Gândiți-vă la controlul vibrațiilor sau teniși grozavi, de exemplu.
07:41
We can make materials that have incredible strength,
137
461368
2610
Putem face materiale cu o rezistență incredibilă,
07:44
high strength-to-weight ratio, really strong materials,
138
464828
3576
raport rezistență/masă excelent, materiale foarte rezistente,
07:48
really great elastomers,
139
468404
2113
elastomeri realmente grozavi.
07:50
so throw that in the audience there.
140
470517
2725
Prindeți-o acolo în public.
07:53
So great material properties.
141
473242
2636
Deci proprietăți materiale grozave.
07:55
And so the opportunity now, if you actually make a part
142
475878
3415
Șansa pe care o avem acum, dacă putem crea o piesă
07:59
that has the properties to be a final part,
143
479293
3680
care să aibă proprietățile piesei finite,
08:02
and you do it in game-changing speeds,
144
482973
3100
și o facem la viteze revoluționare,
putem transforma radical industria prelucrătoare.
08:06
you can actually transform manufacturing.
145
486073
2787
08:08
Right now, in manufacturing, what happens is,
146
488860
2856
În prezent în industrie
are loc așa-zisul proces digital de producție:
08:11
the so-called digital thread in digital manufacturing.
147
491716
2962
08:14
We go from a CAD drawing, a design, to a prototype to manufacturing.
148
494678
5039
pornim de la desenele CAD, un proiect, la un prototip, apoi la producție.
08:19
Often, the digital thread is broken right at prototype,
149
499717
2723
Adesea procesul digital este întrerupt direct la prototip,
08:22
because you can't go all the way to manufacturing
150
502440
2432
nu se ajunge la producție,
08:24
because most parts don't have the properties to be a final part.
151
504872
3715
majoritatea pieselor neavând proprietățile produsului finit.
08:28
We now can connect the digital thread
152
508587
2391
Acum putem conecta procesul digital
08:30
all the way from design to prototyping to manufacturing,
153
510978
4249
de la proiect, la prototip, la producție.
Această șansă deschide multe posibilități,
08:35
and that opportunity really opens up all sorts of things,
154
515227
2949
08:38
from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties
155
518176
4953
de la mașini eficiente cu proprietăți structurale grozave,
08:43
with high strength-to-weight ratio,
156
523129
1951
cu un raport rezistență/masă mare,
08:45
new turbine blades, all sorts of wonderful things.
157
525080
3428
elici noi pentru turbine, tot felul de lucruri minunate.
08:49
Think about if you need a stent in an emergency situation,
158
529468
5155
Gândiți-vă că aveți nevoie de un stent într-o situație de urgență.
08:54
instead of the doctor pulling off a stent out of the shelf
159
534623
3970
În loc ca medicul să scoată un stent din dulap,
08:58
that was just standard sizes,
160
538593
2229
unde are doar mărimi standard,
09:00
having a stent that's designed for you, for your own anatomy
161
540822
4156
ai putea avea un stent făcut pentru tine, pentru propria ta anatomie,
09:04
with your own tributaries,
162
544978
1811
pentru vasele tale de sânge,
09:06
printed in an emergency situation in real time out of the properties
163
546789
3249
imprimat într-o situație de urgență, în timp real,
cu proprietăți încât stentul să se dizolve în 18 luni.
09:10
such that the stent could go away after 18 months: really-game changing.
164
550038
3439
09:13
Or digital dentistry, and making these kinds of structures
165
553477
4156
Cu adevărat revoluționar.
Sau stomatologie digitală, să ți se imprime aceste structuri
09:17
even while you're in the dentist chair.
166
557633
3181
în timp ce ești pe scaunul stomatologului.
09:20
And look at the structures that my students are making
167
560814
2716
Iată ce structuri fac studenții mei la Universitatea Carolina de Nord.
09:23
at the University of North Carolina.
168
563530
1974
09:25
These are amazing microscale structures.
169
565504
2809
Sunt structuri microscopice uimitoare.
09:28
You know, the world is really good at nano-fabrication.
170
568313
2996
Știți, omenirea se pricepe bine la nanofabricație.
09:31
Moore's Law has driven things from 10 microns and below.
171
571309
4290
Legea lui Moore a împins lucrurile până la 10 microni și mai jos.
09:35
We're really good at that,
172
575599
1602
Suntem foarte buni.
09:37
but it's actually very hard to make things from 10 microns to 1,000 microns,
173
577201
4040
Dar este foarte greu să faci lucruri între 10 și 1000 microni, scala mezo.
09:41
the mesoscale.
174
581241
2020
09:43
And subtractive techniques from the silicon industry
175
583261
2833
Tehnicile substractive din industria siliciului nu pot face asta prea bine,
09:46
can't do that very well.
176
586094
1416
09:47
They can't etch wafers that well.
177
587510
1649
nu poți coroda plachetele așa bine.
09:49
But this process is so gentle,
178
589159
1950
Dar acest proces e atât de blând,
putem crește aceste obiecte de jos în sus
09:51
we can grow these objects up from the bottom
179
591109
2485
09:53
using additive manufacturing
180
593594
1996
folosind un proces aditiv
09:55
and make amazing things in tens of seconds,
181
595590
2253
și face lucruri uimitoare în zeci de secunde,
09:57
opening up new sensor technologies,
182
597843
2089
deschizând calea pentru noi tehnologii de senzori,
09:59
new drug delivery techniques,
183
599932
2485
noi metode de medicație,
10:02
new lab-on-a-chip applications, really game-changing stuff.
184
602417
3732
noi aplicații „laborator pe un cip”, lucruri absolut revoluționare.
10:07
So the opportunity of making a part in real time
185
607149
4834
Așadar șansa de a face o piesă în timp real
10:11
that has the properties to be a final part
186
611983
2833
cu proprietăți piesă finită
10:14
really opens up 3D manufacturing,
187
614816
2976
deschide larg porțile imprimării 3D.
10:17
and for us, this is very exciting, because this really is owning
188
617792
3200
Iar noi ne bucurăm imens, pentru că ne plasează la intersecția
10:20
the intersection between hardware, software and molecular science,
189
620992
6597
dintre hardware, software și știința moleculară.
10:27
and I can't wait to see what designers and engineers around the world
190
627589
4166
Și abia aștept să-i văd pe designerii și inginerii din întreaga lume
10:31
are going to be able to do with this great tool.
191
631755
2274
punând la treabă această tehnologie.
10:34
Thanks for listening.
192
634499
2119
Mulțumesc că m-ați ascultat.
10:36
(Applause)
193
636618
5109
(Aplauze)
Despre acest site

Acest site vă va prezenta videoclipuri de pe YouTube care sunt utile pentru a învăța limba engleză. Veți vedea lecții de engleză predate de profesori de top din întreaga lume. Faceți dublu clic pe subtitrările în limba engleză afișate pe fiecare pagină video pentru a reda videoclipul de acolo. Subtitrările se derulează în sincron cu redarea videoclipului. Dacă aveți comentarii sau solicitări, vă rugăm să ne contactați folosind acest formular de contact.

https://forms.gle/WvT1wiN1qDtmnspy7