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

Перекладач: Tetiana Abrosimova Утверджено: Hanna Leliv

I'm thrilled to be here tonight

Я дуже щасливий бути сьогодні тут.

to share with you something we've been working on

Два роки я працював над проектом

for over two years,

в області аддитивного виробництва,

and it's in the area of additive manufacturing,

або іншими словами - 3D друкування,

also known as 3D printing.

і хочу поділитися з вами успіхами цього проекту.

You see this object here.

В мене в руках ви бачите цю річ.

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

Вона здається простою, але насправді вона доволі складна.

It's a set of concentric geodesic structures

Вона скомпонована з поєднаних між собою

with linkages between each one.

концентричних геодезичних елементів.

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

Таку річ неможливо виготовити за класичними технологіями.

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

Через таку симетрію неможливо застосувати виливання під тиском.

You can't even manufacture it through milling.

І звичайна механічна обробка теж не підходить.

This is a job for a 3D printer,

Це завдання для 3D друкування.

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

Проте виробництво такої речі на більшості 3D принтерів триватиме

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

10 годин, а я ризикну прямо зараз перед вами виготовити її

during this 10-minute talk.

за 10 хвилин моєї промови.

Wish us luck.

Тримайте за мене кулаки.

Now, 3D printing is actually a misnomer.

Насправді, 3D друкування тільки так називається.

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

Фактично, це багато разів повторюване 2D друкування,

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

задля якого використовують саме 2D технології.

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

Уявіть собі струменевий принтер, який викладає літери на папері фарбою.

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

Потрібно повторити це багато разів, щоб отримати тривімірний об'єкт.

In microelectronics, they use something

В мікроелектроніці цей процес

called lithography to do the same sort of thing,

називається літографія.

to make the transistors and integrated circuits

Завдяки ньому виготовляють тринзистори

and build up a structure several times.

та інтегральні схеми, а потім збирають системи.

These are all 2D printing technologies.

Це все 2D технології.

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

Я - хімік і матеріалознавець,

and my co-inventors are also material scientists,

мої співатори - також матеріалознавці:

one a chemist, one a physicist,

перший - хімік, другий - фізик,

and we began to be interested in 3D printing.

ми всі зацікавились 3D друкуванням.

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

Часто нові ідеї зароджуються

в колективах, де є різний досвід,

between people with different experiences in different communities,

and that's our story.

так було і з нами.

Now, we were inspired

Нас надихнула сцена з фільму

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

"Термінатор-2", де було відтворено Т-1000.

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

Нам стало цікаво:

як налаштувати 3D принтер таким чином,

where you have an object arise out of a puddle

щоб кінцевий продукт формувався з рідкого стану,

in essentially real time

обов'язково синхронізовано в часі

with essentially no waste

to make a great object?

і без залишків?

Точно так, як у фільмі.

Okay, just like the movies.

And could we be inspired by Hollywood

Чи можна зробити в реальності

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

те саме, що зробили в Голівуді?

And that was our challenge.

Таким був наш виклик.

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

Якби ми змогли це зробити,

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

то ми б поборили три проблеми, які завадили 3D друкуванню

from being a manufacturing process.

розвинутись у промислову технологію.

One, 3D printing takes forever.

По-перше, 3D друкування потребує забагато часу.

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

Навіть деякі гриби ростуть швидше за друковані на 3D принтері об'єкти.

(Сміх в залі)

Пошаровий процес друкування

The layer by layer process

leads to defects in mechanical properties,

має недоліком дефекти механічних властивостей,

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

якщо ж виготовляти безперервно, можна уникнути таких дефектів.

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

Ба більше: якщо виробляти достатньо швидко, можна використовувати

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

самовулканізувальні матеріали і досягти чудових властивостей.

So if we could pull this off, imitate Hollywood,

Якщо б нам це вдалось, як у голлівудському фільмі,

we could in fact address 3D manufacturing.

то ми б знову повернулись до 3D виробництва.

Our approach is to use some standard knowledge

Ми використали стандартні знання

in polymer chemistry

з полімерної хімії про те,

to harness light and oxygen to grow parts continuously.

як зв'язати світло і кисень для одномоментного формування деталей.

Light and oxygen work in different ways.

Світло і кисень мають протилежну дію.

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

Під впливом світла смола твердіє.

can convert a liquid to a solid.

З рідкого стану переходить в твердий.

Oxygen inhibits that process.

Кисень гальмує це перетворення.

So light and oxygen are polar opposites from one another

Отже, світло і кисень є протилежностями

from a chemical point of view,

в хімічному процесі.

and if we can control spatially the light and oxygen,

Якби нам вдалось тримати окремо світло і кисень,

we could control this process.

ми б змогли контролювати цей процес.

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

Ми назвали це CLIP [Постійне продукування з рідким інтерфейсом]

It has three functional components.

В ньому три функціональні складові.

One, it has a reservoir that holds the puddle,

Резервуар з рідиною,

just like the T-1000.

як у Т-1000.

At the bottom of the reservoir is a special window.

На дні резервуара є спеціальне віконце.

I'll come back to that.

Я ще повернусь до нього.

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

Є платформа, яка занурюється в рідину

and pull the object out of the liquid.

і витягує об'єкт з неї.

The third component is a digital light projection system

Третім компонентом є цифрова проекційна система світла,

underneath the reservoir,

яка розміщується під резервуаром

illuminating with light in the ultraviolet region.

і випромінює світло ультрафіолетового діапазону.

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

Фокус в тому, що віконце на дні резервуару

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

виготовлене з композиту.

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

Воно пропускає не тільки світло, а й кисень.

It's got characteristics like a contact lens.

Такі самі характеристики мають контактні лінзи.

So we can see how the process works.

Можна спостерігати, як триває процес.

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

В традиційному процесі з кисненезахисним віконцем

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

платформа занурюється в резервуар,

you make a two-dimensional pattern

робить двовимірний відтиск на віконце

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

і для того, щоб зробити новий відтиск,

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

потрібно відділити попередній,

introduce new resin, reposition it,

захопити нову порцію смоли,

встановити платформу і повторити це багато разів.

and do this process over and over again.

But with our very special window,

Але, завдяки нашому особливому віконцю,

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

кисень проникає через дно,

as light hits it,

взаємодіє зі світлом і гальмує реакцію,

that oxygen inhibits the reaction,

таким чином формується мертва зона.

and we form a dead zone.

Ця зона завтовшки кілька десятків мікрон,

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

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

це дорівнює двом-трьом діаметрам червоного кров'яного тільця,

right at the window interface that remains a liquid,

знаходится прямо над поверхнею, що залишається рідкою,

and we pull this object up,

і ми підтягуємо об'єкт догори.

and as we talked about in a Science paper,

Як було описано в звіті про дослідження,

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

змінюючи вміст кисню, ми можемо регулювати товщину мертвої зони.

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

Так ми маємо ключові змінні, які можна регулювати:

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

вміст кисню, світло, інтенсивність світла, доза затвердіння,

the viscosity, the geometry,

в'язкість, геометрія,

and we use very sophisticated software to control this process.

все це регулюється за допомогою високоточного програмного забезпечення.

The result is pretty staggering.

Результати вражають.

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

Цей процес швидший за класичне 3D друкування в 25-100 разів,

а це вже якісна зміна.

which is game-changing.

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

До того ж, прискоривши подачу рідини до віконця, ми прискоримо весь процес

we can go 1,000 times faster I believe,

десь у 1000 разів,

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

а це вже створює перспективу теплообміну великого об'єму.

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

Як інженер-хімік, я захоплений ідеєю,

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

що одного дня ми матимемо водяне охолодження 3D принтерів

because they're going so fast.

завдяки швидкості їх роботи.

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

Крім того, ми формуємо речі, а не нашаровуємо.

and the parts are monolithic.

Тому деталі створюються монолітними.

You don't see the surface structure.

Поверхня не структурована.

You have molecularly smooth surfaces.

Вона гладка на молекулярному рівні.

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

Виготовлення деталей на 3D принтері

are notorious for having properties that depend on the orientation

робить їх залежними від орієнтації

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

напрямку друку шарів.

But when you grow objects like this,

Але завдяки формуванню об'єктів,

the properties are invariant with the print direction.

їхні властивості не залежать від напрямку друкування.

These look like injection-molded parts,

Виглядають вони як виготовлені шляхом відливання під тиском,

which is very different than traditional 3D manufacturing.

а зовсім не як надруковані на класичному 3D принтері.

In addition, we're able to throw

Додам, що ми можемо

the entire polymer chemistry textbook at this,

використати всі надбання полімерної хімії і створити сполуки,

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

you really want in a 3D-printed object.

об'єктам 3D друкування.

(Applause)

(Оплески)

There it is. That's great.

Ось він. Чудово.

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

Завжди ризикуєш провалитися прямо на сцені, правда?

Ми можемо отримати матеріали з чудовими механічними властивостями.

But we can have materials with great mechanical properties.

For the first time, we can have elastomers

Вперше ми можемо отримати еластомери

that are high elasticity or high dampening.

високої елестичності або поглинаючої властивості.

Think about vibration control or great sneakers, for example.

Вони важливі для віброізоляції чи кросівок, наприклад.

We can make materials that have incredible strength,

Можна виготовити матеріали значної міцності,

з великим коефіцієнтом міцності до маси,

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

справді прекрасні еластомери,

really great elastomers,

so throw that in the audience there.

я кидаю цей зразок в аудиторію.

So great material properties.

Про чудові матеріальні властивості.

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

Нині з'явилась можливість

that has the properties to be a final part,

виготовляти деталі з властивостями

and you do it in game-changing speeds,

кінцевого продукту зі швидкістю, яка змінює правила гри в царині,

you can actually transform manufacturing.

і це насправді трансформує виробництво.

Right now, in manufacturing, what happens is,

Сьогодні цифрове виробництво переходить

the so-called digital thread in digital manufacturing.

на так звану безперервну інтеграцію процесів виробництва.

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

За малюнком у САПР і конструюванням відразу переходимо до прототипування

і виробництва. Цей процес переривається на етапі прототипування,

Often, the digital thread is broken right at prototype,

because you can't go all the way to manufacturing

адже часто більшість деталей не мають властивостей кінцевого продукту,

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

і щоб завершити виробництво, потрібно виготовити кожну з них окремо.

We now can connect the digital thread

За нових правил ми можемо відновити

all the way from design to prototyping to manufacturing,

інтеграцію процесів від проектування через прототипування до виробництва.

and that opportunity really opens up all sorts of things,

Це відкриває можливості для безлічі покращень:

from better fuel-efficient cars dealing with great lattice properties

економічніші автівки, завдяки властивостям ґратки з високим коефіцієнтом

with high strength-to-weight ratio,

міцності до ваги,

new turbine blades, all sorts of wonderful things.

нові лопаті турбін, інші чудові речі.

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

Якщо вам потрібен катетер у випадку невідкладної допомоги,

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

замість стандартного розміру

that was just standard sizes,

доктор може за потребою

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

прямо на місці роздрукувати персональний,

with your own tributaries,

відповідно до анатомії ваших судин

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

катетер, який розпадеться без залишків

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

через 18 місяців - ось це насправді інноваційно.

Or digital dentistry, and making these kinds of structures

Або в цифровій стоматології:

even while you're in the dentist chair.

відновлення відбувається нагайно, поки пацієнт сидить в кріслі.

And look at the structures that my students are making

Ось структури, які було створено моїми учнями

at the University of North Carolina.

з університету Північної Кароліни.

These are amazing microscale structures.

Це дивовижні мікроструктури.

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

Знаєте, в світі вже добре організовано нановиробництво.

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

Закон Мура дав поштовх розробляти речі менші за 10 мікронів.

We're really good at that,

І нам це добре вдається,

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

але набагато складніше створювати речі мезомасштабу -

the mesoscale.

від 10 до 1000 мікронів.

And subtractive techniques from the silicon industry

Субтрактивні технології з кремнієвої галузі

не дуже підходять для таких завдань.

can't do that very well.

They can't etch wafers that well.

Вони не достатньо добре вміють вирізати пластини.

But this process is so gentle,

Але наш процес настільки точний,

we can grow these objects up from the bottom

ми можемо формувати такі об'єкти з низу до верху

using additive manufacturing

за допомогою адитивного виробництва

and make amazing things in tens of seconds,

і створювати чудові речі за десятки секунд.

opening up new sensor technologies,

Створювати нові сенсорні технології,

new drug delivery techniques,

нові техніки введення ліків,

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

нові застосування типу "лабораторія на чіпі", інші інноваційні речі.

So the opportunity of making a part in real time

Така нагода виготовлення деталей одномоментно

that has the properties to be a final part

з властивостями кінцевого продукту

really opens up 3D manufacturing,

відкриває широкий шлях 3D друкуванню.

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

Нас це дуже тішить, адже

the intersection between hardware, software and molecular science,

все це працює завдяки об'єднанню апаратного і програмного забезпечення

з молекулярною наукою, і я нетерпляче очікую на

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

застосування цих інструментів в роботі дизйнерів та інженерів.

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

Thanks for listening.

Дякую за увагу.

(Applause)

(Оплески)