Mă bucur să fiu aici în seara asta, să vă spun la ce lucrăm de peste doi ani.
Este în domeniul fabricării aditive,
cunoscută și ca „imprimare 3D”.
Vedeți obiectul acesta?
Pare destul de simplu, dar e foarte complex în același timp.
Este un set de structuri geodezice concentrice,
cu legături între ele.
În acest context, nu poate fi produs prin tehnici traditionale de producție.
Din cauza simetriei nu poate fi produs prin injecție într-o matriță.
Nu poate fi nici prelucrat prin așchiere.
Asta e o treabă pentru o imprimantă 3D.
Dar majoritatea imprimantelor 3D au nevoie de 3–10 ore s-o fabrice.
Noi ne vom încumeta s-o realizăm acum pe scenă,
în cele 10 minute ale acestei prezentări.
Urați-ne noroc.
De fapt denumirea de imprimare 3D e improprie.
În realitate e imprimare 2D repetată de multe ori.
De fapt utilizează tehnologii asociate cu imprimarea 2D.
De exemplu, imprimanta cu jet de cerneală pune cerneală pe pagină
ca să facă litere.
Apoi faci asta iar și iar ca să construiești un obiect 3D.
În microelectronică se folosește litografia
pentru a face în mod similar tranzistori și circuite integrate,
pentru a construi o structură de mai multe ori.
Toate astea sunt tehnologii de imprimare 2D.
Eu sunt chimist, și studiez și materiale,
iar co-inventatorii mei studiază și ei materialele,
unul e chimist, celalalt fizician,
și am început să fim interesați de imprimarea 3D.
Foarte adesea, după cum știți, ideile noi sunt simple conexiuni
între oameni cu experiențe diferite în comunități diferite.
Tot asta e și povestea noastră.
Noi am fost inspirați
de scena din „Terminator 2” cu T-1000.
Ne-am gândit: de ce n-ar putea o imprimantă 3D să facă asta,
să ai un obiect care se ridică dintr-o baltă,
practic în timp real,
practic fără risipă de materiale,
pentru a face un produs excelent?
Exact ca în filme.
Am putea fi oare inspirați de Hollywood
să găsim metode de a realiza asta în realitate?
Asta ne-am propus.
Prin abordarea noastră, dacă am reuși,
am putea rezolva fundamental cele trei probleme
care împiedică imprimarea 3D să fie un proces de producție.
Mai întâi, imprimarea 3D durează o veșnicie.
Există ciuperci care cresc mai repede decât piesele imprimate 3D.
(Râsete)
Procesul de imprimare strat cu strat
duce la defecte în proprietățile mecanice.
Printr-o creștere continuă am putea elimina aceste defecte.
Iar dacă am putea crește foarte repede, am putea începe să folosim materiale
care se cimentează de la sine și am putea avea proprietăți uimitoare.
Dacă am reuși să imităm Hollywood-ul,
am putea să rezolva producția 3D.
Abordarea noastră e de a folosi cunoștințe standard
din chimia polimerilor,
de a folosi lumina și oxigenul pentru a crește piesele continuu.
Lumina și oxigenul funcționează în moduri diferite.
Lumina poate converti o rășină într-un corp solid,
poate converti un lichid într-un solid.
Oxigenul inhibă acest proces.
Așadar lumina și oxigenul sunt la poli opuși din punct de vedere chimic,
și dacă am putea controla în spațiu lumina și oxigenul,
am putea controla acest proces.
L-am denumit CLIP: producție continuă la interfața cu lichidul.
Are trei componente funcționale.
Mai întâi are un rezervor care conține lichid,
exact ca T-1000 din film.
La fund rezervorul are o fereastră specială.
Mă voi întoarce la ea.
Apoi are o placă pe care o coborâm în lichid
și care va ridica obiectul din lichid.
A treia componentă e un sistem digital de proiecție a luminii,
sub rezervor,
care iluminează cu lumină ultravioletă.
Elementul cheie e fereastra de la fundul rezervorului,
care e un compozit, o fereastră foarte specială.
Nu e doar transparentă pentru lumină, ci și permeabilă pentru oxigen.
Are caracteristicile unei lentile de contact.
Iată cum se desfășoară procesul.
Vedeți cum la coborârea plăcii în lichid,
în procesul tradițional, cu o fereastră impermeabilă la oxigen,
faci un tipar bidimensional
și rămâi cu tiparul lipit pe geam, cu fereastra tradițională,
așa încât ca să produci următorul strat trebuie să-l separi,
să introduci din nou rășină, să-l repoziționezi
și să repeți procesul iar și iar.
Dar cu fereastra noastră specială,
când vine oxigenul prin partea de jos
și dă peste el lumina,
oxigenul acela inhibă reacția.
Formăm o zonă moartă.
Această zonă moartă e groasă de ordinul zecilor de microni,
adică de 2–3 ori cât diametrul unei globule roșii,
la interfața cu fereastra rămâne lichid.
Ridicăm acest obiect,
și, cum spuneam în articolul din Science,
schimbând concentrația de oxigen putem schimba grosimea zonei moarte.
Așadar avem mai multe variabile cheie pe care le controlăm:
cantitatea de oxigen, lumina, intensitatea luminii, doza de cimentat,
vâscozitatea, geometria,
și utilizăm programe foarte sofisticate pentru a controla acest proces.
Rezultatul este uimitor.
Este de 25–100 de ori mai rapid decât imprimarea 3D tradițională.
E ceva revoluționar.
În plus, în funcție de capacitatea de a aduce lichid la acea suprafață,
putem mări viteza de 1000 de ori, cred eu.
Iar asta aduce posibilitatea generării de multă căldură
și, ca inginer chimist, mă bucur de transferul de căldură
și de ideea că vom avea cândva imprimante 3D răcite cu apă
pentru că funcționează așa rapid.
În plus, pentru că producem prin creștere, eliminăm stratificarea,
iar piesele sunt monolitice.
Nu se mai vede structura suprafeței.
Avem suprafețe netede la nivel molecular.
Proprietățile mecanice ale celor mai multe piese imprimate 3D
sunt renumite că depind de orientarea imprimării,
din cauza structurii stratificate.
Dar prin metoda noastră
proprietățile nu mai depind de direcția imprimării.
Acestea arată ca niște piese create prin injecție,
metodă foarte diferită de imprimarea 3D tradițională.
Mai mult, ne putem utiliza întregul manual de chimie a polimerilor,
putem gândi procese chimice
care să dea proprietățile dorite obiectului 3D.
(Aplauze)
Iată-l! E grozav!
Riști mereu ca experimentul să nu funcționeze pe scenă.
Putem avea materiale cu proprietăți mecanice grozave.
Pentru prima dată, putem crea elastomeri
cu elasticitate mare sau cu amortizare mare.
Gândiți-vă la controlul vibrațiilor sau teniși grozavi, de exemplu.
Putem face materiale cu o rezistență incredibilă,
raport rezistență/masă excelent, materiale foarte rezistente,
elastomeri realmente grozavi.
Prindeți-o acolo în public.
Deci proprietăți materiale grozave.
Șansa pe care o avem acum, dacă putem crea o piesă
care să aibă proprietățile piesei finite,
și o facem la viteze revoluționare,
putem transforma radical industria prelucrătoare.
În prezent în industrie
are loc așa-zisul proces digital de producție:
pornim de la desenele CAD, un proiect, la un prototip, apoi la producție.
Adesea procesul digital este întrerupt direct la prototip,
nu se ajunge la producție,
majoritatea pieselor neavând proprietățile produsului finit.
Acum putem conecta procesul digital
de la proiect, la prototip, la producție.
Această șansă deschide multe posibilități,
de la mașini eficiente cu proprietăți structurale grozave,
cu un raport rezistență/masă mare,
elici noi pentru turbine, tot felul de lucruri minunate.
Gândiți-vă că aveți nevoie de un stent într-o situație de urgență.
În loc ca medicul să scoată un stent din dulap,
unde are doar mărimi standard,
ai putea avea un stent făcut pentru tine, pentru propria ta anatomie,
pentru vasele tale de sânge,
imprimat într-o situație de urgență, în timp real,
cu proprietăți încât stentul să se dizolve în 18 luni.
Cu adevărat revoluționar.
Sau stomatologie digitală, să ți se imprime aceste structuri
în timp ce ești pe scaunul stomatologului.
Iată ce structuri fac studenții mei la Universitatea Carolina de Nord.
Sunt structuri microscopice uimitoare.
Știți, omenirea se pricepe bine la nanofabricație.
Legea lui Moore a împins lucrurile până la 10 microni și mai jos.
Suntem foarte buni.
Dar este foarte greu să faci lucruri între 10 și 1000 microni, scala mezo.
Tehnicile substractive din industria siliciului nu pot face asta prea bine,
nu poți coroda plachetele așa bine.
Dar acest proces e atât de blând,
putem crește aceste obiecte de jos în sus
folosind un proces aditiv
și face lucruri uimitoare în zeci de secunde,
deschizând calea pentru noi tehnologii de senzori,
noi metode de medicație,
noi aplicații „laborator pe un cip”, lucruri absolut revoluționare.
Așadar șansa de a face o piesă în timp real
cu proprietăți piesă finită
deschide larg porțile imprimării 3D.
Iar noi ne bucurăm imens, pentru că ne plasează la intersecția
dintre hardware, software și știința moleculară.
Și abia aștept să-i văd pe designerii și inginerii din întreaga lume
punând la treabă această tehnologie.
Mulțumesc că m-ați ascultat.
(Aplauze)