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

Translator: Petra Aquamarine Reviewer: Vladimír Harašta

I'm thrilled to be here tonight

Som rád, že vám tu dnes môžem

to share with you something we've been working on

predstaviť výsledok našej dvojročnej práce.

for over two years,

and it's in the area of additive manufacturing,

Ide o oblasť aditívnej výroby, známej ako 3D tlač.

also known as 3D printing.

You see this object here.

Pozrite sa na túto vecičku.

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

Vyzerá jednoducho a pritom je dosť zložitá.

It's a set of concentric geodesic structures

Tvoria ju vzájomne pospájané sústredné geodetické štruktúry.

with linkages between each one.

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

Tak, ako je, sa nedá vyrobiť tradičnými výrobnými postupmi.

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

S takouto symetriou si vstrekovací lis neporadí.

You can't even manufacture it through milling.

Nedá sa to ani vyfrézovať.

This is a job for a 3D printer,

Je to proste práca pre 3D tlačiareň,

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

ale bežnej 3D tlačiarni by to trvalo 3 až 10 hodín.

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

My to riskneme a skúsime to vyrobiť počas tejto 10-minútovej prednášky.

during this 10-minute talk.

Wish us luck.

Držte palce.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

3D tlač nie je úplne vhodný názov.

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

V skutočnosti ide o 2D tlač stále dokola

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

a aj použité technológie sú rovnaké ako pri 2D.

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

Je to ako atramentová tlačiareň,

ktorá nanáša farbu na papier a vytvára tak písmená;

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

keby ju vrstvila znovu a znovu, vznikla by 3D štruktúra.

In microelectronics, they use something

Na tomto princípe funguje tzv. litografia,

called lithography to do the same sort of thing,

ktorá sa v mikroelektronike používa na výrobu

to make the transistors and integrated circuits

tranzistorov a integrovaných obvodov.

and build up a structure several times.

These are all 2D printing technologies.

To sú všetko 2D techniky.

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

Ja som chemik a materiálový inžinier,

and my co-inventors are also material scientists,

moji kolegovia sú tiež materiáloví vedci,

one a chemist, one a physicist,

jeden je chemik, druhý fyzik, a 3D tlač nás zaujala.

and we began to be interested in 3D printing.

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

Ako to už býva, nové nápady vznikajú jednoduchým spojením

between people with different experiences in different communities,

skúseností ľudí z rôznych odvetví a to bol aj náš prípad.

[Objav je vidieť, čo všetci, a myslieť, ako zatiaľ nikto.]

and that's our story.

Now, we were inspired

Inšpirovala nás scéna s robotom T-1000 z Terminátora dvojky.

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

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

Prečo by 3D tlačiareň nemohla fungovať takto,

where you have an object arise out of a puddle

že by objekt povstal z kaluže

in essentially real time

v reálnom čase a prakticky bez odpadu?

with essentially no waste

to make a great object?

Okay, just like the movies.

Presne ako vo filme.

And could we be inspired by Hollywood

Podarilo by sa nám dosiahnuť,

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

aby to, čo vymysleli v Hollywoode, aj skutočne fungovalo?

And that was our challenge.

To bola výzva.

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

Vedeli sme, že ak sa nám to podarí,

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

vyriešime tri veci, ktoré doteraz bránili 3D tlači,

from being a manufacturing process.

aby sa stala výrobnou technikou.

One, 3D printing takes forever.

Po prvé, 3D tlač trvá večnosť.

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

Sú huby, čo rastú rýchlejšie, než 3D-tlačené súčiastky.

[3D tlač trvá večnosť]

To vrstvenie spôsobuje aj mechanické vady

The layer by layer process

leads to defects in mechanical properties,

čomu by sa dalo zabrániť, ak by objekt rástol kontinuálne.

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

[Výtlačky sú mechanicky slabé]

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

Keby sme tlačili fakt rýchlo, dali by sa použiť samo-vytvrdzujúce materiály,

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

a dosiahli by sme úžasné vlastnosti.

[Obmedzený výber materiálu]

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

Ak by sa nám podarilo napodobniť Hollywood,

we could in fact address 3D manufacturing.

bola by to revolúcia v 3D výrobe.

Our approach is to use some standard knowledge

Náš prístup je založený na bežných poznatkoch polymérovej chémie.

in polymer chemistry

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

Plynulosť procesu dosahujeme súčinnosťou svetla a kyslíka.

Light and oxygen work in different ways.

Pôsobia odlišne.

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

Svetlo vytvrdzuje živicu, mení tekutinu na pevnú látku.

can convert a liquid to a solid.

Oxygen inhibits that process.

A kyslík tento proces brzdí.

So light and oxygen are polar opposites from one another

Takže z chemického hľadiska sú svetlo a kyslík dva protipóly

from a chemical point of view,

and if we can control spatially the light and oxygen,

a ak by sme s nimi vedeli manipulovať v priestore,

we could control this process.

mohli by sme ten proces ovládať.

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

[Kontinuálna produkcia v tekutom rozhraní]

It has three functional components.

Voláme to CLIP. Má to tri funkčné časti.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Prvým je nádrž na tú tekutinu,

just like the T-1000.

presne ako v Terminátorovi.

At the bottom of the reservoir is a special window.

Zospodu má okno. K tomu sa ešte vrátim.

I'll come back to that.

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

Potom je tam ponorná platforma,

and pull the object out of the liquid.

ktorá z tekutiny plynulo vyťahuje výtlačok.

The third component is a digital light projection system

Treťou súčasťou je digitálny projektor pod tou nádržou,

underneath the reservoir,

illuminating with light in the ultraviolet region.

ktorý premieta daný vzor UV svetlom.

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

Vtip je v tom, že to okno tu dolu

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

je zo špeciálneho kompozitu; prepúšťa nielen svetlo, ale aj kyslík.

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

It's got characteristics like a contact lens.

Vlastnosťami niečo ako kontaktná šošovka.

So we can see how the process works.

Pozrime sa, ako to funguje. Spustíme platformu k oknu

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

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

a pri tradičnom postupe, kde je okno nepriepustné pre kyslík,

you make a two-dimensional pattern

vzniká 2D vzor a ten sa na to okno nalepí.

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

Na to klasické, myslím.

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

Aby vznikla ďalšia vrstva, treba tú starú najprv odlepiť,

introduce new resin, reposition it,

naniesť novú živicu, vrátiť sa a tak stále dokola.

[ožiariť – oddeliť – naniesť – vrátiť sa]

and do this process over and over again.

Ale cez naše špeci-okno zospodu prúdi kyslík

But with our very special window,

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

as light hits it,

a ten to vytvrdzovacie pôsobenie svetla brzdí;

that oxygen inhibits the reaction,

and we form a dead zone.

vznikne tak mŕtva zóna.

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

Tá meria rádovo stotiny milimetra,

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

to je dvoj – trojnásobok priemeru červenej krvinky,

a tesne pri okne tvorí to tekuté rozhranie.

right at the window interface that remains a liquid,

and we pull this object up,

Pritom objekt vyťahujeme nahor.

and as we talked about in a Science paper,

Ako sme popísali v článku pre Science,

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

hrúbku mŕtvej zóny meníme ovládaním koncentrácie kyslíka.

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

Môžeme nastavovať rôzne faktory:

obsah kyslíka, intenzitu svetla, vytvrdzovaciu dávku,

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

the viscosity, the geometry,

viskozitu, geometriu

and we use very sophisticated software to control this process.

a celé to ovládame pomocou dômyselného softvéru.

The result is pretty staggering.

S ohromným výsledkom.

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

Je to 25 až 100-krát rýchlejšie než klasické 3D tlačiarne.

To je prelomové.

which is game-changing.

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

Vzhľadom na to, ako sme schopní privádzať tekutinu na rozhranie,

we can go 1,000 times faster I believe,

môže to ísť aj tisíckrát rýchlejšie,

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

čo by znamenalo veľkú produkciu tepla.

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

Mňa ako chemika – technológa fascinujú tepelné prenosy

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

a hlavne pomyslenie, že 3D tlačiarne sa raz budú musieť chladiť,

because they're going so fast.

lebo sú také rýchle.

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

Navyše náš výtlačok nie je vrstvený, keďže rastie kontinuálne.

and the parts are monolithic.

Je jednoliaty.

You don't see the surface structure.

Nevidíte tú štruktúru. Povrch je molekulárne hladký.

You have molecularly smooth surfaces.

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

Častým problémom klasických 3D výtlačkov je to,

are notorious for having properties that depend on the orientation

že ich mechanické vlastnosti závisia na smere, v akom sa tlačili.

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

Kvôli tomu vrstveniu.

Ale keď rastú takto, vlastnosti nezávisia na smere.

But when you grow objects like this,

the properties are invariant with the print direction.

[graf relatívnej pevnosti v ťahu]

These look like injection-molded parts,

Vyzerajú ako vstrekované do formy,

which is very different than traditional 3D manufacturing.

čo je veľký rozdiel oproti klasickým 3D výtlačkom.

In addition, we're able to throw

Navyše môžeme do toho naládovať celú učebnicu polymérovej chémie;

the entire polymer chemistry textbook at this,

dajú sa vytvoriť živice s presne takými vlastnosťami,

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

you really want in a 3D-printed object.

aké si len budete pre svoj výrobok priať.

(Applause)

(potlesk)

There it is. That's great.

Máme to tu. Paráda.

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

Človek vždy riskuje, že sa takéto niečo na javisku nepodarí.

But we can have materials with great mechanical properties.

Môžeme použiť materiály so skvelými mechanickými vlastnosťami.

For the first time, we can have elastomers

Napríklad vysoko elastické alebo vysoko tlmiace elastoméry.

that are high elasticity or high dampening.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

To by sa hodilo na tlmenie vibrácií alebo trebárs na tenisky.

We can make materials that have incredible strength,

Môžeme vyrobiť ohromne silný materiál, s dobrým pomerom pevnosti a hmotnosti.

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

really great elastomers,

Tieto tu sú z úžasných elastomérov, hoďte to ďalej do publika.

so throw that in the audience there.

So great material properties.

Takže skvelé materiálové vlastnosti.

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

Dnes ide aj o toto:

Ak má náš výtlačok všetky požadované vlastnosti konečného výrobku

that has the properties to be a final part,

and you do it in game-changing speeds,

a jeho tlač je naozaj rýchla,

you can actually transform manufacturing.

mení sa tým celá logika výroby.

Right now, in manufacturing, what happens is,

Súčasným trendom v digitálnej výrobe je tzv. digitálne vlákno.

the so-called digital thread in digital manufacturing.

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

Ide to od návrhu v CADe, cez prototyp až k výrobe.

Often, the digital thread is broken right at prototype,

Digitálne vlákno sa však niekedy preruší už pri prototype,

because you can't go all the way to manufacturing

nedá sa prikročiť k výrobe,

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

lebo väčšina dielcov nemá vlastnosti požadované pre finálny výrobok.

We now can connect the digital thread

Teraz môžeme prepojiť digitálne vlákno

all the way from design to prototyping to manufacturing,

od návrhu cez prototyp až k výrobe.

and that opportunity really opens up all sorts of things,

Otvára to kopu možností: od áut s nízkou spotrebou,

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

vďaka ľahkým a pevným mriežkovým materiálom,

with high strength-to-weight ratio,

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

až k novým lopatkám turbín a ďalším skvelým veciam.

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

Predstavte si, že ste na pohotovosti, potrebujete cievnu výztuž

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

a lekár nemusí vyberať spomedzi štandardných stentov v zásuvke,

that was just standard sizes,

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

ale v tejto núdzovej situácii rýchlo vytlačí stent

with your own tributaries,

presne podľa vašej anatómie, vášho krvného riečiska,

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

a to z materiálu, ktorý sa po roku a pol vstrebe,

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

naozaj prevratné.

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Alebo digitálna zubarina a tlačenie podobných vecičiek počas toho,

even while you're in the dentist chair.

čo vy sedíte v zubárskom kresle.

And look at the structures that my students are making

Pozrite sa, čo vyrábajú moji študenti na University of North Carolina.

at the University of North Carolina.

These are amazing microscale structures.

Úžasné mikro-štruktúry.

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

Dnes sme v nano-výrobe dobrí.

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

Moorov zákon popohnal veci menšie ako 10 mikrometrov.

We're really good at that,

To nám fakt ide,

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

príliš sa nám ale nedarí vyrábať veci od 10 do 1000 mikrometrov,

the mesoscale.

strednú mierku.

And subtractive techniques from the silicon industry

Ani subtraktívne techniky polovodičového priemyslu,

can't do that very well.

ako je leptanie waferov, nie sú dokonalé.

They can't etch wafers that well.

But this process is so gentle,

Ale náš proces je úplne jemný,

we can grow these objects up from the bottom

objekt rastie zospodu aditívnym postupom

using additive manufacturing

and make amazing things in tens of seconds,

a v ráde desiatok sekúnd vznikajú úžasné veci.

opening up new sensor technologies,

To sú nové možnosti pre senzorové technológie,

new drug delivery techniques,

pre systémy podávania liečiv, pre aplikácie lab-on-a-chip,

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

fakt revolučné veci.

So the opportunity of making a part in real time

To, že výtlačok môže mať rovno vlastnosti finálneho produktu,

spolu s rýchlosťou tlače,

that has the properties to be a final part

really opens up 3D manufacturing,

to mení celú 3D výrobu.

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

My sme z toho nadšení, lebo sa nám podarilo pokryť

the intersection between hardware, software and molecular science,

priesečník medzi hardvérom, softvérom a molekulárnou vedou

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

a neviem sa dočkať, s čím prídu dizajnéri a inžinieri z celého sveta

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

vďaka tejto skvelej pomôcke.

Thanks for listening.

Ďakujem za pozornosť.

(Applause)

(potlesk)