Jako mi je drago što sam večeras ovdje
kako bih podijelio s vama nešto na čemu radimo
već duže od dvije godine,
u području aditivne proizvodnje,
poznatijem kao 3D printanje.
Pogledajte ovaj predmet.
Izgleda poprilično jednostavno, ali je istodobno vrlo kompliciran.
Sastoji se od niza koncentričnih geodetskih struktura
s međusobnim poveznicama.
U ovom kontekstu, ne može se izraditi tradicionalnim tehnikama proizvodnje.
Ima takvu simetriju da se ne može izraditi injekcijskim prešanjem.
Ne možete ga izraditi čak niti glodanjem.
Ovo je zadatak za 3D printer,
no većini bi 3D printera trebalo između tri do deset sati za izradu,
a večeras ćemo riskirati i pokušati izraditi jedan na pozornici
tijekom ovog desetominutnog govora.
Poželite nam sreću.
3D printanje je zapravo netočan naziv.
To je zapravo kontinuirano 2D printanje
i zapravo koristi tehnologije povezane s 2D printanjem.
Zamislite printanje tintom gdje se tinta polaže na papir i stvara slova
i zatim ponovite to mnogo puta da izradite trodimenzionalni predmet.
U mikroelektronici, koriste
litografiju kako bi napravili nešto slično,
za izradu tranzistora i integriranih krugova
te nekoliko puta izgrađuju strukturu.
Ovo su sve tehnologije 2D printanja.
Ja sam kemičar i materijalni znanstvenik
i moji suradnici su također materijalni znanstvenici,
jedan je kemičar, drugi fizičar
i zainteresiralo nas je 3D printanje.
Vrlo često, kao što znate, nove ideje su samo jednostavne veze
između ljudi s različitim iskustvima u različitim zajednicama,
a to je i naša priča.
Inspirirala nas je
scena s T-1000 iz "Terminatora 2"
i pomislili smo: zašto ne bi 3D printer mogao funkcionirati na ovaj način,
da se predmet uzdiže iz lokve
u stvarnom vremenu
bez otpada
kako bi se izradio odličan predmet?
OK, isto kao u filmovima.
Može li nas Hollywood inspirirati
u smišljanju načina na koji bi ovo funkcioniralo?
Ovo je bio naš izazov.
Naš pristup bio bi, kada bismo mogli to učiniti,
mogli bismo preispitati tri problema koja sprječavaju to da 3D printanje
bude proizvodni proces.
Prvo, 3D printanje je sporo.
Postoje gljive koje rastu brže od printanih 3D dijelova. (Smijeh)
Proces sloja na sloj
dovodi do pogrešaka u mehaničkim značajkama,
a kada se nešto razvija u kontinuitetu, ove pogreške se mogu eliminirati.
Kada bismo mogli ubrzano razvijati, mogli bismo početi koristiti materijale
koji se sami polimeriziraju i dobili bismo nevjerojatne značajke.
Kada bismo mogli ovo napraviti, oponašati Hollywood,
mogli bismo se okrenuti 3D proizvodnji.
Naš pristup sastoji se od upotrebe nekih standardnih saznanja
iz kemije polimera
kako bismo iskoristili svjetlo i kisik za kontinuirani razvoj dijelova.
Svjetlo i kisik djeluju na različite načine.
Svjetlo može pretvoriti smolu u kruto stanje,
može pretvoriti tekućinu u kruto stanje.
Kisik sprječava taj proces.
Tako su svjetlo i kisik potpuno suprotni jedno od drugoga
iz kemijske perspektive
i kada bismo prostorno mogli kontrolirati svjetlo i kisik,
mogli bismo kontrolirati ovaj proces.
Ovo nazivamo CLIP. [Continuous Liquid Interface Production.]
Ima tri operativne komponente.
Prvo, ima rezervoar koji sadrži tekućinu,
baš kao T-1000.
Na dnu rezervoara je poseban prozor.
Vratit ću se na ovo.
Također, ima stalak koji se spušta u tekućinu
i vadi predmet iz tekućine.
Treća komponenta je sustav digitalne projekcije svjetla
ispod rezervoara,
koji svijetli svjetlom iz ultraljubičastog raspona.
Ključno je to da je prozor koji je u donjem dijelu rezervoara
kompozitan, to je vrlo poseban prozor.
Ne samo da je proziran za svjetlo, nego propušta i kisik.
Ima karakteristike kontaktne leće.
Vidimo kako proces funkcionira.
Možete vidjeti da spuštanjem stalka,
u tradicionalnom procesu s prozorom koji ne propušta kisik,
radite dvodimenzionalni uzorak
te lijepite to na prozor, s tradicionalnim prozorom,
a kako biste uveli sljedeći sloj, morate ga razdvojiti,
uvesti novu smolu, ponovno ga pozicionirati
i neprestano ponavljati ovaj proces.
Ali s našim posebnim prozorom,
možemo napraviti to da kada kisik dolazi od ispod
i kada ga svjetlo udari
taj kisik sprječava reakciju
i stvaramo mrtvu zonu.
Ova mrtva zona je debljine od otprilike desetak mikrona,
što je dva ili tri promjera crvene krvne stanice,
točno na prozoru sučelja koji ostaje tekućina
i podižemo ovaj predmet
i kako smo naveli u znanstvenoj studiji,
mijenjanjem sadržaja kisika možemo promijeniti debljinu mrtve zone.
Tako imamo nekoliko ključnih varijabli koje kontroliramo: sadržaj kisika,
svjetlo, jačinu svjetla, dozu polimerizacije,
viskoznost, geometriju
i koristimo vrlo sofisticirani softver za kontrolu ovog procesa.
Rezultat je doista zapanjujuć.
Ovo je 25 do 100 puta brže od tradicionalnih 3D printera,
što sve mijenja.
Također, sa sposobnošću dovođenja tekućine do sučelja,
možemo biti i 1000 puta brži,
a to otvara mogućnost zagrijavanja
i kao inženjer kemije vrlo sam uzbuđen radi prijenosa topline
i ideje da bi jednog dana mogli imati 3D printere hlađene vodom
jer su toliko brzi.
Također, zbog razvijanja predmeta, uklanjamo slojeve
te su dijelovi monolitni.
Ne vidite površinu strukture.
Dobivate molekularno glatke površine.
Mehaničke značajke većine dijelova izrađenih 3D printerima su
na zlu glasu jer imaju značajke koje ovise o orijentaciji
samog printanja, zbog slojevite strukture.
No, kada ovako razvijate predmete,
značajke se ne mijenjaju u odnosu na smjer printanja.
Ovo izgleda poput injekcijskog prešanja
što je vrlo drugačije od tradicionalne 3D prozivodnje.
Također, možemo ubaciti
cijeli udžbenik o kemiji polimera u ovo
i možemo stvoriti kemije koje stvaraju značajke
koje doista želite u isprintanom 3D objektu.
(Pljesak)
Evo ga. Odlično.
Uvijek riskirate da ovakvo nešto neće uspjeti na pozornici, zar ne?
Možemo imati materijale s odličnim mehaničkim značajkama.
Po prvi puta, možemo imati elastomere
koji imaju visoku elastičnost ili visoko prigušenje.
Zamislite vibracijsku kontrolu ili odlične tenisice, na primjer.
Možemo napraviti materijale koji su nevjerojatno čvrsti,
imaju visok omjer čvrstoće u odnosu na težinu, doista čvrste materijale,
doista odlične elastomere,
tako da ćemo ovo baciti u publiku.
Odlične materijalne značajke.
Mogućnost koja se javlja jest da ako možete napraviti dio
koji ima značajke finalnog dijela
i pravite ga ovom brzinom,
moguće je transformirati proizvodnju.
Trenutno se u proizvodnji odvija
takozvana digitalna nit u digitalnoj proizvodnji.
Kreće se od crteža u CAD-u, dizajna, do prototipa i proizvodnje.
Često se digitalna nit razbija već kod prototipa
jer se ne može nastaviti do proizvodnje
pošto većina dijelova nema značajku finalnog dijela.
Sada možemo povezati digitalnu nit
sve od dizajna do prototipa i proizvodnje,
a ova mogućnost doista otvara razne prilike
od boljih, učinkovitijih auta, odličnih značajki rešetaka
s visokim omjerom čvrstoće i težine,
novih turbinskih lopatica, svakakvih prekrasnih predmeta.
Zamislite da vam je hitno potreban stent,
umjesto da liječnik uzima jedan s police,
koji je standardne veličine,
imate stent koji je stvoren za vas, za vašu anatomiju
s vlastitim protočnim svojstvima
koji se printa u hitnoj situaciji u stvarnom vremenu sa značajkom
razgradnje nakon 18 mjeseci: to doista mijenja sve.
Ili digitalna stomatologija i izrada ovakvih struktura
čak dok sjedite u stomatološkom stolcu.
Pogledajte strukture koje izrađuju moji studenti
na Sveučilištu u Sjevernoj Karolini.
Ovo su nevjerojatne strukture na mikro razini.
Svijet je jako dobar u nano proizvodnji.
Mooreov zakon je gurnuo stvari od 10 mikrona na niže.
Doista smo dobri u tome,
ali je iznimno teško izraditi stvari veličine od 10 do 1000 mikrona,
na mezorazini.
Suptraktivne tehnike silicijske industrije
ne mogu ovo dobro učiniti.
Ne mogu urezivati tanke pločice tako dobro.
Ovaj proces je tako nježan
da možemo razvijati predmete od dna u visinu
upotrebom aditivne proizvodnje
te napraviti nevjerojatne stvari u desetinkama sekunde
što otvara nove senzorske tehnologije,
nove tehnike ubrizgavanja lijekova,
nove primjene minijaturnih analitičkih sustava, doista velike promjene.
Mogućnost izrade dijela u stvarnom vremenu,
koji ima značajke finalnog dijela,
doista otvara mogućnost 3D proizvodnje,
a za nas je ovo vrlo uzbudljivo jer je ovo doista
križanje između hardvera, softvera i molekularne znanosti
i jedva čekam vidjeti što će dizajneri i inženjeri diljem svijeta
napraviti s ovim odličnim alatom.
Hvala na pažnji.
(Pljesak)