Uzbuđen sam što sam ovde večeras
da bih sa vama podelio nešto na čemu radimo
preko dve godine,
a to je u polju proizvodnje aditiva,
poznatije kao 3D štampanje.
Vidite ovaj predmet.
Izgleda prilično jednostavno, ali je u isto vreme kompleksan.
To je niz koncentričnih geodezijskih struktura
sa vezama između sebe.
U svom kontekstu, nije ga moguće proizvesti tradicionalnim tehnikama.
Poseduje takvu simetriju da se ne može dobiti ubrizgavanjem u kalup.
Čak se ne može dobiti izradom na glodalici.
Ovo je posao za 3D štampač,
ali većini 3D štampača bi bilo potrebno između tri i deset sati da ga naprave,
a mi ćemo večeras rizikovati da probamo da ga napravimo na sceni
tokom ovog govora od 10 minuta.
Poželite nam sreću.
"3D štampanje" je zapravo pogrešan naziv.
To je zapravo 2D štampanje, iznova i iznova
i zapravo koristi tehnologije povezane sa 2D štampanjem.
Pomislite na štampanje mastilom gde na list stavite mastilo da dobijete slova,
i onda to radite iznova i iznova kako bi se dobio trodimenzionalni objekat.
U mikroelektronici, koristi se nešto
što se zove litografija, kako bi se uradilo isto to,
kako bi se napravili tranzistori i integrisana kola
i napravila struktura nekoliko puta.
Ovo su sve tehnologije 2D štampanja.
Ja sam hemičar, znači da sam i ja materijalni naučnik
a moji saradnici su takođe materijalni naučnici,
jedan je hemičar, jedan je fizičar
i počelo je da nas interesuje 3D štampanje.
Kao što znate, nove ideje su veoma često jednostavne veze
između ljudi sa različitim iskustvima iz različitih zajednica,
i to je naša priča.
Inspirisala nas je scena
iz "Terminatora 2" sa T-1000
i pomislili smo, zašto 3D štampač ne bi ovako funkcionisao,
gde bi se predmet podizao iz barice
u suštini u realnom vremenu
bez ikakvog otpada
kako bi nastao sjajan predmet.
Baš kao u filmovima.
Možemo li biti inspirisani Holivudom
i smisliti načine da zapravo pokušamo da nateramo ovo da radi?
To je bio naš izazov.
Naš pristup je bio, ako bismo mogli da uradimo ovo,
onda bismo mogli da u osnovi rešimo tri problema koja sputavaju 3D štampanje
da bude proces proizvodnje.
Prvi je to što 3D štampanje traje večno.
Postoje pečurke koje rastu brže od delova koji se štampaju u 3D. (Smeh)
Proces sloja po sloj
dovodi do defekata u mehaničkim svojstvima
a ukoliko bismo "uzgajali" bez prekida mogli bismo i da uklonimo te defekte.
Zapravo, kada bismo veoma brzo "uzgajali", mogli bismo da počnemo da koristimo
materijale koji se sami suše, mogli bismo da imamo neverovatna svojstva.
Kada bismo mogli da izvedemo ovo, da imitiramo Holivud,
mogli bismo da rešimo 3D proizvodnju.
Naš pristup je do koristimo neka osnovna znanja
iz hemije polimera
kako bismo koristili svetlost i kiseonik da neprestano "uzgajamo" delove.
Svetlost i kiseonik funkcionišu na različite načine.
Svetlost može smolu da pretvori u čvrstu materiju,
tečnost u čvrstu materiju.
Kiseonik usporava taj proces.
Tako su svetlost i kiseonik polarno suprotni
sa hemijske tačke gledišta
i ako prostorno možemo da kontrolišemo svetlost i kiseonik,
mogli bismo da kontrolišemo ovaj proces.
Ovo nazivamo PSIT. [Produkcija stalnog interfejsa tečnosti]
Ima tri funkcionalne komponente.
Prvo, ima rezervoar u kom je barica,
baš kao T-1000.
Na dnu rezervoara je poseban prozor.
Vratiću se na to.
Pored toga, ima i skelu koja se spušta u baricu
i izvlači predmet iz tečnosti.
Treća komponenta je sistem za digitalnu projekciju svetla
ispod rezervoara,
koji emituje svetlost u ultraljubičastom regionu.
Ključno je da je ovaj prozor na dnu rezervoara,
to je kompozitni materijal i veoma poseban prozor.
Ne samo da je transparentan na svetlo već je i propustljiv na kiseonik.
Ima karakteristike kao kontaktno sočivo.
Možemo videti kako se odvija proces.
Možete videti da kako spuštate skelu,
u tradicionalnom procesu sa prozorom kroz koji prodire kiseonik,
pravi se dvodimenzionalni šablon
i na kraju to zalepite za prozor sa tradicionanim prozorom,
a kako bi se uveo novi sloj, morate da ga odvojite,
uvedete novu smolu, premestite je
i ponovite ovaj proces iznova i iznova.
Ali sa našim posebnim prozorom,
sa kiseonikom koji dolazi odozdo,
kako ga dodiruje svetlost,
taj kiseonik usporava reakciju
i možemo da stvorimo mrtvu zonu.
Mrtva zona je debela po redu desetina mikrona,
to je dva ili tri prečnika ćelije crvenog krvnog zrnca,
baš na interfejsu prozora koji ostaje u tečnom stanju
i ovaj predmet dižemo
i kao što smo rekli u svom naučnom radu,
kako menjamo sadržaj kiseonika, možemo da menjamo debljinu mrtve zone.
Postoji nekoliko ključnih varijabli koje kontrolišemo: sadržaj kiseonika,
svetlost, intenzitet svetla, doza koju treba osušiti,
viskoznost, geometrija
i koristimo veoma sofisticiran softver da bismo kontrolisali ovaj proces.
Rezultat je zapanjujući.
25 do 100 puta je brže od tradicionalnih 3D štampača,
što potpuno menja igru.
Pored te mogućnosti dostavljanja tečnosti na interfejs,
možemo da idemo 1000 puta brže
i to otvara mogućnosti za stvaranje dosta toplote,
a kao hemijski inženjer, veoma se uzbudim zbog prenosa toplote
i zamisli da jednog dana možemo imati 3D štampače sa vodenim hlađenjem
jer će ići tako brzo.
Pored toga, zato što "uzgajamo" predmete, eliminišu se slojevi
i delovi su monolitni.
Ne vidite površinsku strukturu.
Imate površine koje su glatke na molekularnom nivou.
Mehanička svojstva većine delova koji su nastali u 3D štampaču
na zlom su glasu zbog svojstava koji zavise od pravca
u kom ih štampate, zbog strukture nalik na slojeve.
Ali kada ovako "uzgajate" predmete,
svojstva ne zavise od pravca štampanja.
Ovi delovi izgledaju kao da su nastali ubacivanjem u kalupe,
što je umnogome drugačije od tradicionalnog 3D štampanja.
Pored toga, možemo da primenimo
ceo udžbenik hemije polimera
i možemo da osmislimo hemije koje mogu da dovedu do izražaja
svojstva koja zaista želite u 3D odštampanom proizvodu.
(Aplauz)
Eto ga. To je sjajno.
Uvek rizikujete da ovako nešto neće raditi na sceni, zar ne?
Ali možemo da imamo materijale sa sjajnim mehaničkim svojstvima.
Po prvi put, možemo imati elastomere
sa visokim elasticitetom i prigušenjem.
Pomislite na kontrolu vibracija ili odlične patike, na primer.
Možemo da napravimo materijale sa neverovatnom snagom,
visokim odnosom snage po težini, zaista snažne materijale,
zaista sjajne elastomere,
pa bacite to u publiku.
Sjajna svojstva materijala.
Sada je prilika, da ako zapravo napravite deo
koji ima svojstva da bude konačan deo
i to uradite sa revolucionarnom brzinom,
možete transformisati proizvodnju.
Sada se u proizvodnji dešava
takozvana digitalna nit u digitalnoj proizvodnji.
Ide se sa CAD nacrta, dizajna, na prototip, pa na proizvodnju.
Često se digitalna nit prekida odmah kod prototipa
jer ne možete da odete do proizvodnje
jer većina delova nema svojstva da bude konačni deo.
Sada možemo povezati digitalnu nit
sve od dizajna, preko prototipa, do proizvodnje,
i to zaista otvara mogućnosti za mnogo toga,
od automobila sa boljom ekonomijom goriva gde se radi o boljim svojstvima rešetke
sa boljim odnosom snage i težine,
novim perajima turbine, mnogo divnih stvari.
Pomislite da vam treba stent u hitnoj situaciji,
umesto da doktor uzima stent sa police
u standardnoj veličini,
možete imati stent dizajniran za vas, za vašu anatomiju
po vašem krvotoku
koji se štampa u hitnoj situaciji u stvarnom vremenu od svojstava
tako da stent može da se skloni nakon 18 meseci - zaista revolucionarno.
Ili digitalno zubarstvo i pravljenje ovakvih struktura
čak dok ste u stolici kod zubara.
Pogledajte strukture koje pravimo ja i moji učenici
na Univerzitetu Severne Karoline.
Ovo su neverovatne strukture na mikro skali.
Svet je zaista dobar u nano-proizvodnji.
Murov zakon je doveo stvari do nivoa od 10 mikrona i ispod.
Zaista smo dobri u tome
ali zapravo je veoma teško napraviti stvari od 10 do 1000 mikrona,
to je mezoskala.
Suptraktivne tehnike iz industrije silikona
to ne mogu da rade veoma dobro.
Ne mogu tako dobro da graviraju oblande.
Ali ovaj proces je tako nežan
da možemo da "uzgajamo" ove predmete od samog početka
koristeći aditivnu proizvodnju
i da pravimo neverovatne stvari za desetine sekundi,
otvarajući nove tehnologije senzora,
nove tehnike dostave lekova,
nove primene laboratorija na čipu, zaista revolucionarne stvari.
Prilika da se u realnom vremenu stvara deo
koji ima svojstva konačnog dela
zaista otvara 3D proizvodnju
i ovo je za nas veoma uzbudljivo jer je ovo zaista posedovanje
preseka između hardvera, softvera i molekularne nauke
i jedva čekam da vidim šta će sa ovom alatkom moći da urade
dizajneri i naučnici širom sveta.
Hvala na slušanju.
(Aplauz)