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

Traducător: Maria Tancu Corector: Matei Sterian

I'm thrilled to be here tonight

Mă bucur să fiu aici în seara asta, să vă spun la ce lucrăm de peste doi ani.

to share with you something we've been working on

for over two years,

and it's in the area of additive manufacturing,

Este în domeniul fabricării aditive,

also known as 3D printing.

cunoscută și ca „imprimare 3D”.

You see this object here.

Vedeți obiectul acesta?

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

Pare destul de simplu, dar e foarte complex în același timp.

It's a set of concentric geodesic structures

Este un set de structuri geodezice concentrice,

with linkages between each one.

cu legături între ele.

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

În acest context, nu poate fi produs prin tehnici traditionale de producție.

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

Din cauza simetriei nu poate fi produs prin injecție într-o matriță.

You can't even manufacture it through milling.

Nu poate fi nici prelucrat prin așchiere.

This is a job for a 3D printer,

Asta e o treabă pentru o imprimantă 3D.

Dar majoritatea imprimantelor 3D au nevoie de 3–10 ore s-o fabrice.

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

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

Noi ne vom încumeta s-o realizăm acum pe scenă,

during this 10-minute talk.

în cele 10 minute ale acestei prezentări.

Wish us luck.

Urați-ne noroc.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

De fapt denumirea de imprimare 3D e improprie.

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

În realitate e imprimare 2D repetată de multe ori.

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

De fapt utilizează tehnologii asociate cu imprimarea 2D.

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

De exemplu, imprimanta cu jet de cerneală pune cerneală pe pagină

ca să facă litere.

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

Apoi faci asta iar și iar ca să construiești un obiect 3D.

In microelectronics, they use something

În microelectronică se folosește litografia

called lithography to do the same sort of thing,

pentru a face în mod similar tranzistori și circuite integrate,

to make the transistors and integrated circuits

and build up a structure several times.

pentru a construi o structură de mai multe ori.

These are all 2D printing technologies.

Toate astea sunt tehnologii de imprimare 2D.

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

Eu sunt chimist, și studiez și materiale,

and my co-inventors are also material scientists,

iar co-inventatorii mei studiază și ei materialele,

one a chemist, one a physicist,

unul e chimist, celalalt fizician,

și am început să fim interesați de imprimarea 3D.

and we began to be interested in 3D printing.

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

Foarte adesea, după cum știți, ideile noi sunt simple conexiuni

between people with different experiences in different communities,

între oameni cu experiențe diferite în comunități diferite.

and that's our story.

Tot asta e și povestea noastră.

Now, we were inspired

Noi am fost inspirați

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

de scena din „Terminator 2” cu T-1000.

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

Ne-am gândit: de ce n-ar putea o imprimantă 3D să facă asta,

where you have an object arise out of a puddle

să ai un obiect care se ridică dintr-o baltă,

in essentially real time

practic în timp real,

with essentially no waste

practic fără risipă de materiale,

to make a great object?

pentru a face un produs excelent?

Exact ca în filme.

Okay, just like the movies.

And could we be inspired by Hollywood

Am putea fi oare inspirați de Hollywood

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

să găsim metode de a realiza asta în realitate?

And that was our challenge.

Asta ne-am propus.

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

Prin abordarea noastră, dacă am reuși,

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

am putea rezolva fundamental cele trei probleme

care împiedică imprimarea 3D să fie un proces de producție.

from being a manufacturing process.

Mai întâi, imprimarea 3D durează o veșnicie.

One, 3D printing takes forever.

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

Există ciuperci care cresc mai repede decât piesele imprimate 3D.

(Râsete)

Procesul de imprimare strat cu strat

The layer by layer process

leads to defects in mechanical properties,

duce la defecte în proprietățile mecanice.

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

Printr-o creștere continuă am putea elimina aceste defecte.

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

Iar dacă am putea crește foarte repede, am putea începe să folosim materiale

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

care se cimentează de la sine și am putea avea proprietăți uimitoare.

Dacă am reuși să imităm Hollywood-ul,

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

am putea să rezolva producția 3D.

we could in fact address 3D manufacturing.

Our approach is to use some standard knowledge

Abordarea noastră e de a folosi cunoștințe standard

in polymer chemistry

din chimia polimerilor,

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

de a folosi lumina și oxigenul pentru a crește piesele continuu.

Light and oxygen work in different ways.

Lumina și oxigenul funcționează în moduri diferite.

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

Lumina poate converti o rășină într-un corp solid,

poate converti un lichid într-un solid.

can convert a liquid to a solid.

Oxygen inhibits that process.

Oxigenul inhibă acest proces.

So light and oxygen are polar opposites from one another

Așadar lumina și oxigenul sunt la poli opuși din punct de vedere chimic,

from a chemical point of view,

and if we can control spatially the light and oxygen,

și dacă am putea controla în spațiu lumina și oxigenul,

we could control this process.

am putea controla acest proces.

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

L-am denumit CLIP: producție continuă la interfața cu lichidul.

It has three functional components.

Are trei componente funcționale.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Mai întâi are un rezervor care conține lichid,

just like the T-1000.

exact ca T-1000 din film.

At the bottom of the reservoir is a special window.

La fund rezervorul are o fereastră specială.

I'll come back to that.

Mă voi întoarce la ea.

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

Apoi are o placă pe care o coborâm în lichid

and pull the object out of the liquid.

și care va ridica obiectul din lichid.

The third component is a digital light projection system

A treia componentă e un sistem digital de proiecție a luminii,

underneath the reservoir,

sub rezervor,

illuminating with light in the ultraviolet region.

care iluminează cu lumină ultravioletă.

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

Elementul cheie e fereastra de la fundul rezervorului,

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

care e un compozit, o fereastră foarte specială.

Nu e doar transparentă pentru lumină, ci și permeabilă pentru oxigen.

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

It's got characteristics like a contact lens.

Are caracteristicile unei lentile de contact.

So we can see how the process works.

Iată cum se desfășoară procesul.

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

Vedeți cum la coborârea plăcii în lichid,

în procesul tradițional, cu o fereastră impermeabilă la oxigen,

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

you make a two-dimensional pattern

faci un tipar bidimensional

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

și rămâi cu tiparul lipit pe geam, cu fereastra tradițională,

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

așa încât ca să produci următorul strat trebuie să-l separi,

introduce new resin, reposition it,

să introduci din nou rășină, să-l repoziționezi

and do this process over and over again.

și să repeți procesul iar și iar.

But with our very special window,

Dar cu fereastra noastră specială,

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

când vine oxigenul prin partea de jos

as light hits it,

și dă peste el lumina,

that oxygen inhibits the reaction,

oxigenul acela inhibă reacția.

and we form a dead zone.

Formăm o zonă moartă.

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

Această zonă moartă e groasă de ordinul zecilor de microni,

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

adică de 2–3 ori cât diametrul unei globule roșii,

la interfața cu fereastra rămâne lichid.

right at the window interface that remains a liquid,

and we pull this object up,

Ridicăm acest obiect,

and as we talked about in a Science paper,

și, cum spuneam în articolul din Science,

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

schimbând concentrația de oxigen putem schimba grosimea zonei moarte.

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

Așadar avem mai multe variabile cheie pe care le controlăm:

cantitatea de oxigen, lumina, intensitatea luminii, doza de cimentat,

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

the viscosity, the geometry,

vâscozitatea, geometria,

and we use very sophisticated software to control this process.

și utilizăm programe foarte sofisticate pentru a controla acest proces.

The result is pretty staggering.

Rezultatul este uimitor.

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

Este de 25–100 de ori mai rapid decât imprimarea 3D tradițională.

which is game-changing.

E ceva revoluționar.

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

În plus, în funcție de capacitatea de a aduce lichid la acea suprafață,

we can go 1,000 times faster I believe,

putem mări viteza de 1000 de ori, cred eu.

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

Iar asta aduce posibilitatea generării de multă căldură

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

și, ca inginer chimist, mă bucur de transferul de căldură

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

și de ideea că vom avea cândva imprimante 3D răcite cu apă

pentru că funcționează așa rapid.

because they're going so fast.

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

În plus, pentru că producem prin creștere, eliminăm stratificarea,

and the parts are monolithic.

iar piesele sunt monolitice.

You don't see the surface structure.

Nu se mai vede structura suprafeței.

You have molecularly smooth surfaces.

Avem suprafețe netede la nivel molecular.

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

Proprietățile mecanice ale celor mai multe piese imprimate 3D

are notorious for having properties that depend on the orientation

sunt renumite că depind de orientarea imprimării,

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

din cauza structurii stratificate.

But when you grow objects like this,

Dar prin metoda noastră

the properties are invariant with the print direction.

proprietățile nu mai depind de direcția imprimării.

These look like injection-molded parts,

Acestea arată ca niște piese create prin injecție,

which is very different than traditional 3D manufacturing.

metodă foarte diferită de imprimarea 3D tradițională.

In addition, we're able to throw

Mai mult, ne putem utiliza întregul manual de chimie a polimerilor,

the entire polymer chemistry textbook at this,

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

putem gândi procese chimice

care să dea proprietățile dorite obiectului 3D.

you really want in a 3D-printed object.

(Applause)

(Aplauze)

There it is. That's great.

Iată-l! E grozav!

Riști mereu ca experimentul să nu funcționeze pe scenă.

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

But we can have materials with great mechanical properties.

Putem avea materiale cu proprietăți mecanice grozave.

Pentru prima dată, putem crea elastomeri

For the first time, we can have elastomers

that are high elasticity or high dampening.

cu elasticitate mare sau cu amortizare mare.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

Gândiți-vă la controlul vibrațiilor sau teniși grozavi, de exemplu.

We can make materials that have incredible strength,

Putem face materiale cu o rezistență incredibilă,

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

raport rezistență/masă excelent, materiale foarte rezistente,

really great elastomers,

elastomeri realmente grozavi.

so throw that in the audience there.

Prindeți-o acolo în public.

So great material properties.

Deci proprietăți materiale grozave.

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

Șansa pe care o avem acum, dacă putem crea o piesă

that has the properties to be a final part,

care să aibă proprietățile piesei finite,

and you do it in game-changing speeds,

și o facem la viteze revoluționare,

putem transforma radical industria prelucrătoare.

you can actually transform manufacturing.

Right now, in manufacturing, what happens is,

În prezent în industrie

are loc așa-zisul proces digital de producție:

the so-called digital thread in digital manufacturing.

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

pornim de la desenele CAD, un proiect, la un prototip, apoi la producție.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

Adesea procesul digital este întrerupt direct la prototip,

because you can't go all the way to manufacturing

nu se ajunge la producție,

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

majoritatea pieselor neavând proprietățile produsului finit.

We now can connect the digital thread

Acum putem conecta procesul digital

all the way from design to prototyping to manufacturing,

de la proiect, la prototip, la producție.

Această șansă deschide multe posibilități,

and that opportunity really opens up all sorts of things,

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

de la mașini eficiente cu proprietăți structurale grozave,

with high strength-to-weight ratio,

cu un raport rezistență/masă mare,

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

elici noi pentru turbine, tot felul de lucruri minunate.

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

Gândiți-vă că aveți nevoie de un stent într-o situație de urgență.

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

În loc ca medicul să scoată un stent din dulap,

that was just standard sizes,

unde are doar mărimi standard,

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

ai putea avea un stent făcut pentru tine, pentru propria ta anatomie,

with your own tributaries,

pentru vasele tale de sânge,

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

imprimat într-o situație de urgență, în timp real,

cu proprietăți încât stentul să se dizolve în 18 luni.

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

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Cu adevărat revoluționar.

Sau stomatologie digitală, să ți se imprime aceste structuri

even while you're in the dentist chair.

în timp ce ești pe scaunul stomatologului.

And look at the structures that my students are making

Iată ce structuri fac studenții mei la Universitatea Carolina de Nord.

at the University of North Carolina.

These are amazing microscale structures.

Sunt structuri microscopice uimitoare.

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

Știți, omenirea se pricepe bine la nanofabricație.

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

Legea lui Moore a împins lucrurile până la 10 microni și mai jos.

We're really good at that,

Suntem foarte buni.

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

Dar este foarte greu să faci lucruri între 10 și 1000 microni, scala mezo.

the mesoscale.

And subtractive techniques from the silicon industry

Tehnicile substractive din industria siliciului nu pot face asta prea bine,

can't do that very well.

They can't etch wafers that well.

nu poți coroda plachetele așa bine.

But this process is so gentle,

Dar acest proces e atât de blând,

putem crește aceste obiecte de jos în sus

we can grow these objects up from the bottom

using additive manufacturing

folosind un proces aditiv

and make amazing things in tens of seconds,

și face lucruri uimitoare în zeci de secunde,

opening up new sensor technologies,

deschizând calea pentru noi tehnologii de senzori,

new drug delivery techniques,

noi metode de medicație,

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

noi aplicații „laborator pe un cip”, lucruri absolut revoluționare.

So the opportunity of making a part in real time

Așadar șansa de a face o piesă în timp real

that has the properties to be a final part

cu proprietăți piesă finită

really opens up 3D manufacturing,

deschide larg porțile imprimării 3D.

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

Iar noi ne bucurăm imens, pentru că ne plasează la intersecția

the intersection between hardware, software and molecular science,

dintre hardware, software și știința moleculară.

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

Și abia aștept să-i văd pe designerii și inginerii din întreaga lume

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

punând la treabă această tehnologie.

Thanks for listening.

Mulțumesc că m-ați ascultat.

(Applause)

(Aplauze)