저는 오늘 밤 이곳에서, 아주 흥분감에 들떠 있습니다.
우리가 지난 2년동안 준비한 것을 여러분과 공유하게 때문입니다.
3D 프린팅이라고도 알려져 있는 적층식 생산법 분야의 이야기입니다.
여러분, 이 물체가 보이시죠?
이것은 상당히 단순해 보이지만, 동시에 매우 복잡한 것입니다.
이는 삼각형 형태의 측지적인 구조물들이 각각 서로 연결되어
중앙 집중적으로 연결된 형태입니다.
그런 맥락에서, 그것은 전통적 제조기법으로는 제조가 불가능합니다.
이것은 주물로 찍어낼 수 없을 정도의 대칭 구조를 가지고 있습니다.
그것은 갈아서 만들 수도 없습니다.
이렇게 하는 것이 3D 프린터의 작업이죠.
하지만 대부분 3D 프린터들은 이것을 합성하는 데 3 -10시간이 걸립니다.
그래서 우리가 오늘 밤 이 무대에서 합성해 보겠습니다.
제가 10 분동안 강연하는 사이에 말이죠.
우리에게 행운을 빌어 주세요.
사실 3D 프린팅은 잘못 지어진 이름입니다.
이것은 2D 프린팅을 계속해서 반복하는 것입니다.
사실 2D 프린팅과 관련된 기술을 사용하는 것이지요.
글자를 찍기 위해서 잉크를 내려놓는 잉크젯 프린터를 생각해보세요.
그 다음에 삼차원 물체처럼 쌓여지도록 그것을 계속 반복하는 것입니다.
초소형 전자공학에서, 사람들은
석판인쇄라고 불리우는 것도 같은 종류의 일을 합니다.
트랜지스터와 직접회로를 만들어서 몇 차례 구조물을 쌓아 올려갑니다.
이것들은 모두 2D 프린팅 기술입니다.
자, 저는 화학자이고 재료 과학자이기도 합니다.
그리고 제 동료 발명가들도 재료 과학자들인데,
한 사람은 화학자이고, 다른 한 사람은 물리학자입니다.
우리는 3D 프린팅에 관심을 갖기 시작했습니다.
그리고 여러분들도 알다시피 새로운 아이디어들은
다른 사회에서 다른 경험을 한 사람들의 단순한 결합에서 자주 일어납니다.
그리고 그것이 우리의 이야기 입니다.
우리는 터미네이터2 의 T-1000이 나오는 장면에서 영감을 받았습니다.
우리는, 왜 3D 프린터를 이런 식으로 작동시킬 수 없었지? 라고 생각했죠.
액체 웅덩이에서 물체가 솟아 오르게 하여,
본질적으로 실시간에, 낭비도 전혀 없이 굉장한 물건을 만드는 그런 방식으로요.
마치 정말 영화처럼 말이죠. 우리가 헐리우드 영화에 영감을 받아
정말 이렇게 작동하는 방법을 찾아낼 수 있을까?
그것이 우리의 도전이었죠.
그리고 우리의 접근 방법은, 우리가 이렇게 할 수 있다면,
근본적으로 3D 프린팅이 제조공정이 되는 것을 억제하는
세가지 문제점을 처리할 수 있을 거라는 점이었습니다.
첫째는 3D 프린팅이 너무 오래 걸린다는 점입니다.
3D 프린팅이 되는 물건의 일부보다 더 빠르게 자라는 버섯이 있을 정도니까요.
(웃음)
층층이 쌓아 올리는 과정은 기계적 특성의 결함으로 이어집니다.
만약 우리가 계속 성장한다면, 이런 결함도 없앨 수 있습니다.
사실, 우리가 정말 빠르게 발전한다면, 스스로 복구되는 물질을 사용할 수 있고,
우리는 굉장한 특성들을 갖게 될 것입니다.
만약 우리가 헐리우드 영화를 흉내내서 이렇게 해낼 수 있다면,
우리는 제대로 된 3D 공정을 볼 수 있을 것입니다.
우리의 접근방법은 고분자 화학의 기본적 지식을 사용하는 것이었죠.
빛과 산소를 함께 이용하여 물건이 계속 자라도록 했습니다.
빛과 산소는 다른 방식으로 작용합니다.
빛은 레진을 취해서 고체로 만들 수 있습니다.
액체를 고체로 만들 수 있는 거죠.
산소는 그 과정을 억제합니다.
그래서, 화학적인 관점에서 보면, 빛과 산소는 서로 상극인 셈입니다.
만약 우리가 빛과 산소의 공간을 제어할 수 있다면,
우리는 이 과정을 제어할 수 있습니다.
우리는 이것을 클립이라고 부릅니다. [CLIP: 연속된 액체 환경 생산]
클립은 세 가지의 기능적 구성 요소를 갖고 있습니다.
마치 T-1000처럼 먼저 액체 웅덩이를 담을 용기가 있는 것이죠.
용기 바닥에는 특별한 창이 있습니다. 이것은 나중에 다시 말씀 드리죠.
또한, 액체 웅덩이 속으로 들어가게 될 판이 있습니다.
이것이 액체에서 물건을 뽑아낼 것입니다.
세번째 요소는 디지털 방식의 빛 주사 시스템인데,
용기 아래에서 자외선 영역의 빛을 비추게 됩니다.
이제, 중요한 기능을 하는 용기 바닥의 창인데,
이것은 합성된 물질입니다. 아주 특별한 창이지요.
이것은 빛을 투과시킬 뿐 아니라 산소도 투과시킵니다.
마치 컨택트 렌즈와 같은 특징을 가지고 있습니다.
그래서 우리는 그 과정이 어떻게 되는지 볼 수 있습니다.
한 단계를 낮춰서 보면 여러분은 아실 수 있을 것입니다.
산소가 투과되지 않는 창을 가진 전통적인 방식에서는
2차원 모양을 만들고, 그것을 전통적인 창에 붙이게 됩니다.
그 다음에, 레이어를 만들기 위해서는 그것을 분리해야 합니다.
새 레진을 만들고, 다시 위치를 잡고, 이 과정을 계속 반복하는 것입니다.
하지만, 우리가 만든 특별한 창으로 우리가 할 수 있는 것은,
바닥에서 산소가 나올 때 빛이 그 산소에 닿게 되면
그 산소가 반작용을 억제시키고 사각지대가 만들어지는 것입니다.
이 사각지대는 수십 미크론 이상의 두께로
두 세개의 혈액 세포의 직경의 길이 정도가 됩니다.
창 환경에서 그 부분은 액체로 남고, 우리는 이 물체를 들어올려서,
우리가 한 과학 잡지에서 거론한 것처럼
우리가 산소 성분을 바꾸면, 사각 지대의 두께를 바꿀 수 있습니다.
그러면, 우리는 통제할 수 있는 주요 변수들을 많이 갖게 되는데,
산소 성분, 빛, 빛의 강도, 투여량,
점성, 기하학 같은 것들입니다.
그리고 우리는 이 과정을 제어할 굉장히 복잡한 프로그램을 사용합니다.
이 결과는 매우 충격적입니다.
전통적인 3D 프린터보다 25-100배 빠르고, 그건 획기적인 변화입니다.
더우기, 그 환경에 액체를 전달하는 우리의 능력이 발전하면,
제가 믿기로는, 우리는 1000배가 더 빠르게 생산할 수 있습니다.
사실, 그것은 많은 열을 만들어 낼 가능성을 일으킵니다.
화학 공학자로서, 저는 열전도 현상에 대해 상당히 흥분하고 있는데요,
우리가 수냉식 3D프린터를 소유하게 되리라는 아이디어 말이죠.
프린터들이 아주 빨라질 테니까요.
더우기, 우리가 물건을 기르므로 쌓는 층을 제거합니다.
이 부품들은 이음새가 없고, 표면 구조가 보이지 않습니다.
분자적으로 부드러운 표면을 갖고 있으니까요.
3D 프린터에서 만들어진 물건들의 기계적인 특성은
겹층 구조때문에 프린트하는 방향에 따라 특성이 다른 것으로 악명이 높죠.
하지만 이같은 물건을 길러낸다면,
프린트의 방향에 따라 특성이 달라지지 않습니다.
이것들은 주물 생산 물건처럼 보이는데, 전통적인 3D 공정과는 매우 다르지요.
더우기, 우리는 고분자 화학 교과서의 내용을 여기에 적용할 수 있습니다.
화학물질을 설계해 특징을 다양하게 하여
여러분이 정말 원하는 3D 프린팅 물건을 만들 수 있는 것입니다.
(박수)
완성되었군요. 멋집니다.
(박수)
무대에서 이런 게 작동하지 않을 수도 있는 위험을 감수해야 해요, 그렇죠?
이제 우리는 대단한 기계적 특성을 가진 물건들을 만들 수 있습니다.
먼저, 합성 고무를 만들 수 있는데요,
아주 유연하거나 축축한 성질을 갖게 할 수 있습니다.
예를 들어, 진동 제어법이나 멋진 단화를 생각해보세요.
우리는 믿을 수 없을 정도의 고강도 물체를 만들 수 있습니다.
중량대 강도비가 매우 높은 물건을 만들 수 있어요.
멋진 합성 고무를 만들 수도 있죠. 저쪽 청중에게 던져 드리죠.
정말 멋진 물리적 특성들입니다.
기회는, 만약 여러분이 실제로 최종 상품의 특성의 물건을 만들어
여러분이 획기적인 속도로 할 수 있으면 제조 공정을 정말로 혁신시키는 것이죠.
현재 제조 공정에서 생기는 일은,
보통 디지털 실이라고 불리우는 디지털 제조 공정입니다.
캐드로 그린 디자인에서 생산을 위한 원형 제작을 하는 것입니다.
디지털 실은 원형 제작에 자주 실패 하게 되는데,
이것은 모든 제조 공정을 제대로 거칠 수 없고,
대부분의 물건이 최종 제품의 특성을 가지고 있지 않기 때문입니다.
이제는 디지털 실을 디자인, 원형생산, 제조 공정까지 전부 연결할 수 있어요.
이것은 모든 물건의 생산에 이용될 수 있는데,
개선된 연료 절감형 자동차부터
높은 중량대 강도비를 갖도록 멋진 격자 형태의 부속을 사용하고
새로운 터빈 블레이드를 만들어, 모든 굉장한 것들을 만들 수 있어요.
응급 상황에서 대체 혈관인 스텐트가 필요하다고 생각해보세요.
의사가 표준 사이즈의 스텐트를 선반에서 꺼내는 대신
여러분 해부구조에 꼭 맞게 설계된 스텐트를 여러분 혈관에 사용하는 거죠.
18개월 후에 사라지게 되는 그런 특징을 가진 스텐트를
응급 상황에서 실시간으로 만드는 것. 이것은 정말 획기적인 변화입니다.
아니면 디지털 치과도 있습니다. 이런 구조들을 만들 수 있어요.
심지어 여러분이 치과 의자에 앉아 있는 사이에 말입니다.
노스 캐롤라이나 대학의 제 학생들이 만드는 이 구조물들을 보세요.
이것들은 굉장한 미크로 단위의 작은 구조물들입니다.
아시다시피, 이 세계는 정말 나노 합성에 능합니다.
무어의 법칙은 물건들을 10 미크론 이하까지 작아지게 했죠.
우리는 정말 이런 것을 잘 합니다.
하지만, 10 미크론 방식에서 1000 미크론방식으로 바꾸는 건 어렵습니다.
중간 방식의 제작 방법으로 말이죠.
실리콘 산업의 감산 기술들은 이것을 잘 해낼 수 없습니다.
그들은 웨이퍼 반도체에 그렇게 잘 새길 수 없어요.
하지만, 이 방법은 아주 부드럽기 때문에,
우리는 물건을 바닥에서 위로 가산 공법을 사용해 길러낼 수 있어요.
그리고 놀라운 것들을 수십초 만에 만들어 냅니다.
새로운 센서 기술 개발을 가능하게 하고, 신약 개발 기술을 만들고,
새로운 칩을 개발하는 신 연구실 등, 정말 획기적인 변화입니다.
그래서 최종 상품의 특징을 가진 부속을 실시간으로 만드는 기회가
진정한 3D 제작을 가능하게 하는 것입니다.
이것은 우리에게는 매우 흥분되는 멋진 일입니다.
하드웨어, 소프트웨어, 분자과학들 중에 독자적인 것이기 때문입니다.
세계 설계자들과 공학자들이 이 멋진 장비로 무엇을 할 수 있을지 기대됩니다.
경청해 주셔서 감사합니다.
(박수)