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

Джо ДеСимон: Что, если бы 3D-печать была в 100 раз быстрее?

Переводчик: Galina Kuznetsova Редактор: Stanislav Korotygin

I'm thrilled to be here tonight

Я очень рад быть здесь сегодня вечером,

to share with you something we've been working on

чтобы поделиться с вами тем, над чем мы работали

for over two years,

более двух лет

and it's in the area of additive manufacturing,

в области аддитивного производства,

also known as 3D printing.

также известного как 3D-печать.

You see this object here.

Видите этот предмет?

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

Он выглядит простым, но в то же время он довольно сложен.

It's a set of concentric geodesic structures

Это комплект концентрических геодезических структур

with linkages between each one.

со связями между друг другом.

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

Его нельзя изготовить с помощью традиционной технологии производства.

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

У него такая симметрия, которой нельзя добиться при помощи литья под давлением.

You can't even manufacture it through milling.

Вы не сможете произвести его даже при помощи фрезеровки.

This is a job for a 3D printer,

Это задача для 3D-принтера,

но у большинства 3D-принтеров уйдёт от 3 до 10 часов на его изготовление.

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

Сегодня мы возьмём на себя риск попытаться изготовить его на сцене

during this 10-minute talk.

в течение этого 10-минутного выступления.

Wish us luck.

Пожелайте нам удачи.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

На самом деле 3D-печать — это неправильное название.

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

Фактически это двухмерная печать, повторяющаяся снова и снова.

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

Она использует технологии, связанные с двухмерной печатью.

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

Подумайте о струйной печати, когда чернила наносятся на страницу, чтобы создать буквы.

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

Проделайте это снова и снова, чтобы создать трёхмерный объект.

In microelectronics, they use something

В микроэлектронике используется

called lithography to do the same sort of thing,

так называемая литография, чтобы делать то же самое —

to make the transistors and integrated circuits

создавать транзисторы и интегральные схемы

and build up a structure several times.

и увеличивать структуру в несколько раз.

These are all 2D printing technologies.

Всё это технологии двухмерной печати.

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

Я химик, а также материаловед,

and my co-inventors are also material scientists,

и мои коллеги изобретатели — тоже материаловеды,

one a chemist, one a physicist,

один — химик, другой — физик.

and we began to be interested in 3D printing.

Мы начали интересоваться 3D-печатью.

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

Как вы знаете, очень часто новые идеи являются результатом связи

between people with different experiences in different communities,

между людьми с разным опытом в различных сообществах,

and that's our story.

и это — как раз наш случай.

Now, we were inspired

Нас вдохновила

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

сцена из фильма «Терминатор 2» про модель Т-1000,

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

и мы подумали, почему бы 3D-принтеру не действовать таким же образом,

where you have an object arise out of a puddle

когда объект поднимается из жидкого состояния

in essentially real time

практически в реальном времени,

with essentially no waste

не оставляя существенных отходов,

to make a great object?

чтобы превратиться в замечательный объект?

Okay, just like the movies.

Прямо как в фильмах.

And could we be inspired by Hollywood

Мог бы Голливуд вдохновить нас на то,

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

чтобы придумать способы заставить это работать?

And that was our challenge.

Это было нашей сложной задачей.

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

Наш подход был таким: если мы сможем сделать это, то сможем

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

справиться с тремя проблемами, мешающими 3D-печати

from being a manufacturing process.

стать производственным процессом.

Первая — 3D-печать занимает уйму времени.

One, 3D printing takes forever.

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

Есть грибы, которые растут быстрее, чем печатаются 3D-детали. (Смех)

Послойный процесс

The layer by layer process

leads to defects in mechanical properties,

приводит к дефектам механических свойств,

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

и если бы процесс шёл непрерывно, мы могли бы устранить эти дефекты.

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

Фактически, если бы он шёл очень быстро, мы также могли бы начать использовать

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

самоотверждаемые материалы и получили бы поразительные свойства.

Если бы мы смогли добиться успеха, смогли бы имитировать Голливуд,

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

we could in fact address 3D manufacturing.

мы фактически могли бы задуматься о 3D-производстве.

Our approach is to use some standard knowledge

Наш подход заключается в использовании некоторых стандартных знаний

in polymer chemistry

в области полимерной химии,

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

чтобы использовать свет и кислород для беспрерывного создания детали.

Light and oxygen work in different ways.

Свет и кислород работают в разных направлениях.

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

Свет может взять смолу и преобразовать её в твёрдое вещество,

can convert a liquid to a solid.

преобразовать жидкость в твёрдое вещество.

Oxygen inhibits that process.

Кислород сдерживает этот процесс.

So light and oxygen are polar opposites from one another

Свет и кислород являются полярными противоположностями друг друга

from a chemical point of view,

с точки зрения химии,

and if we can control spatially the light and oxygen,

и если мы сможем управлять светом и кислородом в пространстве,

we could control this process.

мы сможем контролировать этот процесс.

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

Мы называем это НПЖИ. [Непрерывное Производство из Жидкого Интерфейса.]

It has three functional components.

Оно имеет три функциональных компонента.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Первый — у него есть резервуар, удерживающий жидкое вещество,

just like the T-1000.

прямо как T-1000.

At the bottom of the reservoir is a special window.

На дне резервуара есть специальное окно.

I'll come back to that.

Я расскажу об этом позже.

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

Кроме этого, у него есть платформа, которая будет опускаться в жидкость

and pull the object out of the liquid.

и вытягивать оттуда предмет.

The third component is a digital light projection system

Третий компонент — цифровая система проецирования света,

underneath the reservoir,

находящаяся под резервуаром,

illuminating with light in the ultraviolet region.

излучающая свет в ультрафиолетовом диапазоне.

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

Ключевой момент в том, что это окно на дне резервуара —

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

это композит, это особое окно.

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

Оно пропускает не только свет, но и позволяет проникать кислороду.

It's got characteristics like a contact lens.

Оно имеет характеристики как у контактной линзы.

So we can see how the process works.

Итак, мы можем видеть, как работает процесс.

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

Вы можете начать видеть это по мере того, как опускаете туда платформу.

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

При традиционном процессе с непроницаемым для кислорода окном

you make a two-dimensional pattern

вы делаете двухмерную модель

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

и приклеиваете её на платформу при помощи традиционного окна.

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

Для того, чтобы нанести следующий слой, вы должны отсоединить платформу,

introduce new resin, reposition it,

добавить новую смесь, переместить платформу

and do this process over and over again.

и проделывать этот процесс снова и снова.

But with our very special window,

Но с нашим особым окном

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

мы можем сделать так, что когда кислород проходит сквозь дно

as light hits it,

по мере того, как свет достигает его,

that oxygen inhibits the reaction,

кислород препятствует реакции,

and we form a dead zone.

и мы образуем застойную зону.

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

Эта застойная зона составляет порядка десятков микрон в толщину —

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

это два или три диаметра красного кровяного тельца —

прямо на границе раздела окна и остальной жидкости.

right at the window interface that remains a liquid,

and we pull this object up,

Далее мы подтягиваем этот предмет.

and as we talked about in a Science paper,

Как мы уже сообщали в научном докладе,

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

по мере изменения содержания кислорода мы можем изменять толщину застойной зоны.

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

Итак, у нас есть некое количество контролируемых ключевых переменных:

содержание кислорода, свет, яркость света, доза облучения,

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

the viscosity, the geometry,

вязкость, геометрия.

and we use very sophisticated software to control this process.

Мы используем очень сложное программное обеспечение для контроля этого процесса.

The result is pretty staggering.

Результат просто ошеломляющий.

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

Он от 25 до 100 раз быстрее, чем традиционные 3D-принтеры,

which is game-changing.

что меняет правила игры.

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

Кроме того, при способности доставлять жидкость в этот интерфейс,

we can go 1,000 times faster I believe,

я думаю, мы можем сделать процесс до 1 000 раз быстрее.

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

Это фактически открывает возможность для генерации большого количества тепла,

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

и, как инженера-химика, меня очень волнует передача тепла

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

и идея о том, что однажды у нас будут 3D-принтеры c водяным охлаждением,

потому что они будут работать очень быстро.

because they're going so fast.

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

Вдобавок, используя такой метод, мы устраняем слои,

and the parts are monolithic.

что делает предметы монолитными.

You don't see the surface structure.

Вы не видите структуру поверхности.

You have molecularly smooth surfaces.

Вы получаете молекулярно гладкие поверхности.

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

Механические свойства большинства деталей, сделанных на 3D-принтере,

are notorious for having properties that depend on the orientation

печально известны наличием свойств, зависящих от ориентации,

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

при которой их печатали, из-за слойной структуры.

But when you grow objects like this,

Но когда вы создаёте предмет таким образом,

the properties are invariant with the print direction.

свойства остаются неизменными независимо от направления печати.

These look like injection-molded parts,

Эти изделия похожи на литые,

which is very different than traditional 3D manufacturing.

что очень отличается от традиционного 3D-производства.

In addition, we're able to throw

Кроме того, мы можем применить при этом знания

the entire polymer chemistry textbook at this,

из всего учебника по полимерной химии,

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

разработав химические составы, обладающие свойствами,

you really want in a 3D-printed object.

которыми вы хотите наделить объекты 3D-печати.

(Applause)

(Аплодисменты)

There it is. That's great.

Вот он. Прекрасно.

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

Вы всегда рискуете, что на сцене что-то пойдёт не так, верно?

Мы можем получать материалы с потрясающими механическими свойствами.

But we can have materials with great mechanical properties.

For the first time, we can have elastomers

Впервые у нас есть эластомеры

that are high elasticity or high dampening.

с высокой эластичностью или высокой амортизацией.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

Подумайте о контроле вибрации или об отличных кроссовках, например.

We can make materials that have incredible strength,

Мы можем создать материалы, обладающие невероятной прочностью,

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

высоким коэффициентом соотношения прочности к весу, очень прочные материалы,

really great elastomers,

действительно великолепные эластомеры.

so throw that in the audience there.

Я брошу это в аудиторию.

So great material properties.

Потрясающие свойства материала.

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

Возможности сейчас таковы, что, если вы на самом деле создаёте предмет,

that has the properties to be a final part,

имеющий такие свойства, при которых он может быть конечным изделием,

and you do it in game-changing speeds,

и делаете это на революционных скоростях,

you can actually transform manufacturing.

вы реально можете преобразовать производство.

Right now, in manufacturing, what happens is,

Сейчас в производстве происходит

the so-called digital thread in digital manufacturing.

так называемый цифровой поток. В цифровом производстве

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

мы идём от чертежа, сделанного в САПР, от дизайна, к прототипу и к производству.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

Зачастую цифровой поток прерывается на стадии прототипа,

because you can't go all the way to manufacturing

потому что вы не можете перейти к производству из-за того,

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

что большинство частей не имеет свойств, необходимых для конечного продукта.

We now can connect the digital thread

Теперь мы можем восстановить цифровой поток

all the way from design to prototyping to manufacturing,

на всём пути от дизайна до создания прототипов и до производства,

и эта возможность действительно позволяет создавать новые предметы:

and that opportunity really opens up all sorts of things,

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

от более экономичных машин с улучшенными структурными свойствами,

with high strength-to-weight ratio,

с высоким коэффициентом прочности к весу,

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

до новых лопаток турбины — всевозможных удивительных вещей.

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

Подумайте о том, что вам понадобится стент в чрезвычайной ситуации.

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

Вместо того, чтобы поставить вам имеющийся в наличии стент

that was just standard sizes,

стандартных размеров,

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

врачи поставят стент, сконструированный специально для вас, под вашу анатомию,

with your own tributaries,

с вашими венозными ветвями,

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

напечатанный в чрезвычайной ситуации в реальном времени и с такими свойствами,

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

что от него не останется и следа через 18 месяцев, — это действительно прорыв.

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Или взять цифровую стоматологию и создание вот таких структур,

even while you're in the dentist chair.

пока вы находитесь в кресле у стоматолога.

And look at the structures that my students are making

Посмотрите на структуры, которые мои студенты создают

at the University of North Carolina.

в Университете Северной Каролины.

These are amazing microscale structures.

Это потрясающие микроскопические структуры.

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

Вы знаете, мир добился больших успехов в нанотехнологиях.

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

Закон Мура позволил создавать предметы в 10 микрон и меньше.

We're really good at that,

У нас это получается очень хорошо,

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

но на самом деле очень трудно сделать вещи от 10 микрон до 1 000 микрон,

the mesoscale.

то, что называется мезомасштабом.

And subtractive techniques from the silicon industry

И субтрактивные методы в производстве микросхем

не могут делать это очень хорошо.

can't do that very well.

They can't etch wafers that well.

Они не могут травить кремниевые пластины так хорошо.

But this process is so gentle,

Но наш процесс настолько мягок,

we can grow these objects up from the bottom

что мы можем создавать объекты снизу вверх

using additive manufacturing

при помощи аддитивного производства

and make amazing things in tens of seconds,

и делать поразительные вещи за десятки секунд,

opening up new sensor technologies,

открывая новые сенсорные технологии,

new drug delivery techniques,

новые методы доставки лекарственных препаратов к участку действия,

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

новые приложения «лаборатория на чипе» — действительно революционные вещи.

So the opportunity of making a part in real time

Так что возможность создания предмета в реальном времени,

that has the properties to be a final part

имеющего свойства, при которых он может быть конечным изделием,

really opens up 3D manufacturing,

действительно предоставляет условия для 3D-производства.

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

Мы очень взволнованы, потому что находимся

the intersection between hardware, software and molecular science,

в точке пересечения между оборудованием, ПО и молекулярной наукой,

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

и мне не терпится увидеть, что дизайнеры и инженеры по всему миру

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

смогут сделать при помощи этого прекрасного инструмента.

Thanks for listening.

Спасибо за внимание.

(Applause)

(Аплодисменты)