Ik ben blij om hier vanavond
over iets te kunnen spreken
waar we meer dan twee jaar aan hebben gewerkt.
Het gaat over additief fabriceren,
ook bekend als 3D-printen.
Je ziet hier dit object.
Het lijkt vrij eenvoudig, maar tegelijk is het vrij complex.
Het is een verzameling van concentrische geodetische structuren
met koppelingen tussen elk ervan.
Het is niet te maken met traditionele productietechnieken.
Het heeft een symmetrie die je niet kunt hebben met spuitgieten.
Je kunt het ook niet maken door frezen.
Dit is een taak voor een 3D-printer,
maar de meeste 3D-printers zouden er drie tot tien uur werk aan hebben,
en vanavond gaan we het risico nemen om het ter plekke te fabriceren
tijdens deze talk van 10 minuten.
Duimen maar.
3D-printen is eigenlijk een foute benaming.
Het is eigenlijk herhaaldelijk 2D-printen,
gebruik makend van 2D-printtechnologie.
Bij het inkjetprinten maak je met inkt letters op een pagina.
Doe je dit telkens opnieuw dan krijg je een driedimensionaal object.
In de micro-elektronica gebruiken ze daarvoor iets soortgelijks.
Dat heet lithografie.
Zo maken ze transistors en geïntegreerde schakelingen
door een structuur in meerdere fasen op te bouwen.
Dat zijn allemaal 2D-druktechnieken.
Ik ben chemicus en materiaalkundige.
Ook mijn mede-uitvinders zijn materiaalkundigen:
een is chemicus, een fysicus.
We raakten geïnteresseerd in 3D-printing.
Zoals je weet komen nieuwe ideeën vaak van de wisselwerking
tussen mensen met achtergronden in verschillende disciplines.
Dit is ons verhaal.
De Terminator 2-scène voor T-1000
inspireerde ons
om met een 3D-printer
een object uit een plas te laten oprijzen,
in realtime.
Zou je zo zonder afval,
net als in de film,
een groot object kunnen maken?
Zou Hollywood ons kunnen inspireren
om dit te proberen?
Dat was onze uitdaging.
Als we daarin zouden slagen,
zouden we drie kwesties kunnen aanpakken
die verhinderen dat 3D-printen uitgroeit tot een fabricageproces.
Eén: 3D-printen duurt een eeuwigheid.
Er zijn paddenstoelen die sneller groeien dan 3D-geprinte onderdelen.
(Gelach)
Het laag-na-laagproces
leidt tot defecten in de mechanische eigenschappen.
Continu kweken kan deze gebreken elimineren.
Als we echt snel kunnen kweken,
kunnen we ook zelfuithardende materialen gaan gebruiken.
Met verbazingwekkende eigenschappen.
Als we Hollywood konden nadoen,
waren we klaar voor 3D-productie.
Onze aanpak vertrekt
van standaardkennis uit de polymeerchemie:
licht en zuurstof benutten om onderdelen continu te laten groeien.
Licht en zuurstof werken op verschillende manieren.
Licht kan een hars omzetten in een vaste stof,
een vloeistof converteren naar een vaste stof.
Zuurstof remt dat proces.
Zo zijn licht en zuurstof
vanuit chemisch oogpunt elkaars tegenpolen.
Als we licht en zuurstof ruimtelijk kunnen beheersen
dan kunnen we dit proces sturen.
We noemen dit CLIP. [Continue Liquid Interface Production.]
Er zijn drie functionele componenten.
Eén: een reservoir met de vloeistof,
net als de T-1000.
Aan de onderzijde van het reservoir zit een speciaal venster.
Later meer daarover.
Daarnaast een plateau dat in de vloeistof zakt
en het voorwerp uit de vloeistof trekt.
De derde component zit onder het reservoir:
een digitaal lichtprojectiesysteem
met ultraviolet licht.
De sleutel is dit venster in de bodem van dit reservoir.
Het is een composiet, een zeer speciaal venster.
Het laat niet alleen licht, maar ook zuurstof door.
Net als bij een contactlens.
Zo kunnen we zien hoe het proces werkt.
Als je het plateau laat zakken
zal je bij een traditioneel proces, met een venster dat geen zuurstofdoorlaat,
een tweedimensionaal patroon maken
dat vastgelijmd zit op het traditionele venster.
Om de volgende laag te introduceren, moet je het eerst losmaken,
nieuw hars introduceren, herpositioneren,
en dat telkens weer.
Maar met ons zeer speciale venster
kunnen we zuurstof door de bodem laten komen.
Als er licht op valt,
verhindert zuurstof de reactie
en vormen we een dode zone.
Deze dode zone is maar enkele tientallen micron dik.
Ongeveer twee tot drie keer de dikte van een rode bloedcel.
Tegen het raam blijft het dus vloeibaar.
Dan trekken we het object omhoog.
In een artikel in Science legden we uit
hoe we door het zuurstofgehalte te wijzigen,
we de dikte van de dode zone kunnen wijzigen.
We controleren dus een aantal belangrijke variabelen:
zuurstofgehalte, licht, lichtintensiteit, dosis om uit te harden,
viscositeit, geometrie.
We gebruiken zeer geavanceerde software om dit proces te sturen.
Het resultaat is buitengewoon.
Het gaat 25 tot 100 maal sneller dan de traditionele 3D-printers.
Dat is baanbrekend.
Als we bovendien de vloeistof sneller naar die interface krijgen,
dan kunnen we volgens mij 1.000 keer sneller gaan,
en dat gaat veel warmte genereren.
Als chemisch ingenieur ben ik erg geïnteresseerd in warmteoverdracht.
Ooit krijgen we misschien watergekoelde 3D-printers.
Omdat het zo snel gaat.
Omdat we dingen kweken, elimineren we de lagen
en worden de onderdelen monolithisch.
Je ziet geen oppervlaktestructuur meer.
Je hebt moleculair gladde oppervlakken.
De mechanische eigenschappen van de meeste 3D-geprinte onderdelen
zijn berucht omdat hun eigenschappen afhangen van de oriëntatie
waarmee geprint wordt door de structuur in lagen.
Maar als je objecten op deze manier kweekt,
zijn de eigenschappen onafhankelijk van de printrichting.
Het lijken spuitgegoten onderdelen,
heel anders dan bij de traditionele 3D-productie.
Daarbij kunnen we
de hele polymeerchemie hierop toepassen.
We kunnen chemische technieken ontwerpen die net die eigenschappen geven
die je echt wil hebben in een 3D-geprint object.
(Applaus)
Daar is het. Dat is geweldig.
Je loopt altijd het risico dat zoiets tijdens een demonstratie net niet lukt.
We krijgen materialen met interessante mechanische eigenschappen.
Voor het eerst kunnen we elastomeren krijgen
met een hoge elasticiteit en hoge demping.
Bijvoorbeeld trillingbeheersing of geweldige loopschoenen.
We kunnen ongelooflijk sterke materialen maken,
met een hoge sterkte-gewichtsverhouding, echt sterke materialen,
echt geweldige elastomeren.
Dit gooi ik even in het publiek.
Geweldige materiaaleigenschappen dus.
Je hebt nu de mogelijkheid om een onderdeel te maken
met de eigenschappen van een eindproduct.
Als je dat baanbrekend snel doet,
krijg je een totaal nieuw soort productieproces.
Op dit moment heb je in de industrie
de zogenaamde digitale draad bij digitale productie.
We gaan uit van een CAD-tekening naar ontwerp, prototype, vervaardigen.
Vaak wordt de digitale draad net bij het prototype onderbroken,
omdat je de hele weg naar productie niet kan gaan
omdat de meeste delen geen eigenschappen van een eindproduct hebben.
Nu kunnen we de digitale draad helemaal vanaf het ontwerp
tot prototype tot productie doen aansluiten.
Dat maakt allerlei dingen mogelijk.
Van zuinigere auto's, geweldige roostereigenschappen
met hoge sterkte-gewichtsverhouding,
tot nieuwe turbinebladen, allerlei prachtige dingen.
Denk je eens in dat je een stent nodig hebt in een noodsituatie.
In plaats van een stent uit het schap
met standaardmaten,
krijg je een stent op maat van je eigen anatomie
met je eigen aderstructuur,
in een noodsituatie in real time geprint
zodat hij na 18 maanden kan oplossen, echt baanbrekend.
Of digitale tandheelkunde: ze maken dit soort structuren
terwijl je in de tandartsstoel zit.
Kijk eens naar de structuren die mijn studenten maken
aan de Universiteit van North Carolina.
Het zijn geweldige microschaalstructuren.
De wereld is echt goed in nano-fabricage.
De wet van Moore gaat over dingen van 10 micron en minder.
Daar zijn we echt goed in,
maar het is heel moeilijk om dingen te maken van 10 tot 1.000 micron,
de mesoschaal.
Met de subtractieve technieken uit de siliciumindustrie
lukt dat niet erg goed.
Wafers etsen kunnen ze niet zo goed.
Maar dit proces is zo subtiel.
We kunnen objecten van beneden af kweken,
met additief fabriceren,
en in tientallen seconden verbazingwekkende dingen maken.
Dat opent de weg voor nieuwe sensortechnologieën,
nieuwe technieken voor medicatietoediening,
nieuwe lab-on-a-chip-toepassingen, weer baanbrekende dingen.
Dus de mogelijkheid om in realtime een onderdeel te maken
met de eigenschappen van een afgewerkt product
opent echt de weg naar 3D-productie.
Voor ons is dit erg spannend, nu zijn we echt baas over het kruispunt
van hardware, software en moleculaire wetenschappen.
Ik kan niet wachten op wat ontwerpers en ingenieurs over de hele wereld
met deze geweldige methode gaan kunnen doen.
Bedankt voor jullie aandacht.
(Applaus)