Я дуже щасливий бути сьогодні тут.
Два роки я працював над проектом
в області аддитивного виробництва,
або іншими словами - 3D друкування,
і хочу поділитися з вами успіхами цього проекту.
В мене в руках ви бачите цю річ.
Вона здається простою, але насправді вона доволі складна.
Вона скомпонована з поєднаних між собою
концентричних геодезичних елементів.
Таку річ неможливо виготовити за класичними технологіями.
Через таку симетрію неможливо застосувати виливання під тиском.
І звичайна механічна обробка теж не підходить.
Це завдання для 3D друкування.
Проте виробництво такої речі на більшості 3D принтерів триватиме
10 годин, а я ризикну прямо зараз перед вами виготовити її
за 10 хвилин моєї промови.
Тримайте за мене кулаки.
Насправді, 3D друкування тільки так називається.
Фактично, це багато разів повторюване 2D друкування,
задля якого використовують саме 2D технології.
Уявіть собі струменевий принтер, який викладає літери на папері фарбою.
Потрібно повторити це багато разів, щоб отримати тривімірний об'єкт.
В мікроелектроніці цей процес
називається літографія.
Завдяки ньому виготовляють тринзистори
та інтегральні схеми, а потім збирають системи.
Це все 2D технології.
Я - хімік і матеріалознавець,
мої співатори - також матеріалознавці:
перший - хімік, другий - фізик,
ми всі зацікавились 3D друкуванням.
Часто нові ідеї зароджуються
в колективах, де є різний досвід,
так було і з нами.
Нас надихнула сцена з фільму
"Термінатор-2", де було відтворено Т-1000.
Нам стало цікаво:
як налаштувати 3D принтер таким чином,
щоб кінцевий продукт формувався з рідкого стану,
обов'язково синхронізовано в часі
і без залишків?
Точно так, як у фільмі.
Чи можна зробити в реальності
те саме, що зробили в Голівуді?
Таким був наш виклик.
Якби ми змогли це зробити,
то ми б поборили три проблеми, які завадили 3D друкуванню
розвинутись у промислову технологію.
По-перше, 3D друкування потребує забагато часу.
Навіть деякі гриби ростуть швидше за друковані на 3D принтері об'єкти.
(Сміх в залі)
Пошаровий процес друкування
має недоліком дефекти механічних властивостей,
якщо ж виготовляти безперервно, можна уникнути таких дефектів.
Ба більше: якщо виробляти достатньо швидко, можна використовувати
самовулканізувальні матеріали і досягти чудових властивостей.
Якщо б нам це вдалось, як у голлівудському фільмі,
то ми б знову повернулись до 3D виробництва.
Ми використали стандартні знання
з полімерної хімії про те,
як зв'язати світло і кисень для одномоментного формування деталей.
Світло і кисень мають протилежну дію.
Під впливом світла смола твердіє.
З рідкого стану переходить в твердий.
Кисень гальмує це перетворення.
Отже, світло і кисень є протилежностями
в хімічному процесі.
Якби нам вдалось тримати окремо світло і кисень,
ми б змогли контролювати цей процес.
Ми назвали це CLIP [Постійне продукування з рідким інтерфейсом]
В ньому три функціональні складові.
Резервуар з рідиною,
як у Т-1000.
На дні резервуара є спеціальне віконце.
Я ще повернусь до нього.
Є платформа, яка занурюється в рідину
і витягує об'єкт з неї.
Третім компонентом є цифрова проекційна система світла,
яка розміщується під резервуаром
і випромінює світло ультрафіолетового діапазону.
Фокус в тому, що віконце на дні резервуару
виготовлене з композиту.
Воно пропускає не тільки світло, а й кисень.
Такі самі характеристики мають контактні лінзи.
Можна спостерігати, як триває процес.
В традиційному процесі з кисненезахисним віконцем
платформа занурюється в резервуар,
робить двовимірний відтиск на віконце
і для того, щоб зробити новий відтиск,
потрібно відділити попередній,
захопити нову порцію смоли,
встановити платформу і повторити це багато разів.
Але, завдяки нашому особливому віконцю,
кисень проникає через дно,
взаємодіє зі світлом і гальмує реакцію,
таким чином формується мертва зона.
Ця зона завтовшки кілька десятків мікрон,
це дорівнює двом-трьом діаметрам червоного кров'яного тільця,
знаходится прямо над поверхнею, що залишається рідкою,
і ми підтягуємо об'єкт догори.
Як було описано в звіті про дослідження,
змінюючи вміст кисню, ми можемо регулювати товщину мертвої зони.
Так ми маємо ключові змінні, які можна регулювати:
вміст кисню, світло, інтенсивність світла, доза затвердіння,
в'язкість, геометрія,
все це регулюється за допомогою високоточного програмного забезпечення.
Результати вражають.
Цей процес швидший за класичне 3D друкування в 25-100 разів,
а це вже якісна зміна.
До того ж, прискоривши подачу рідини до віконця, ми прискоримо весь процес
десь у 1000 разів,
а це вже створює перспективу теплообміну великого об'єму.
Як інженер-хімік, я захоплений ідеєю,
що одного дня ми матимемо водяне охолодження 3D принтерів
завдяки швидкості їх роботи.
Крім того, ми формуємо речі, а не нашаровуємо.
Тому деталі створюються монолітними.
Поверхня не структурована.
Вона гладка на молекулярному рівні.
Виготовлення деталей на 3D принтері
робить їх залежними від орієнтації
напрямку друку шарів.
Але завдяки формуванню об'єктів,
їхні властивості не залежать від напрямку друкування.
Виглядають вони як виготовлені шляхом відливання під тиском,
а зовсім не як надруковані на класичному 3D принтері.
Додам, що ми можемо
використати всі надбання полімерної хімії і створити сполуки,
які забезпечать потрібні властивості
об'єктам 3D друкування.
(Оплески)
Ось він. Чудово.
Завжди ризикуєш провалитися прямо на сцені, правда?
Ми можемо отримати матеріали з чудовими механічними властивостями.
Вперше ми можемо отримати еластомери
високої елестичності або поглинаючої властивості.
Вони важливі для віброізоляції чи кросівок, наприклад.
Можна виготовити матеріали значної міцності,
з великим коефіцієнтом міцності до маси,
справді прекрасні еластомери,
я кидаю цей зразок в аудиторію.
Про чудові матеріальні властивості.
Нині з'явилась можливість
виготовляти деталі з властивостями
кінцевого продукту зі швидкістю, яка змінює правила гри в царині,
і це насправді трансформує виробництво.
Сьогодні цифрове виробництво переходить
на так звану безперервну інтеграцію процесів виробництва.
За малюнком у САПР і конструюванням відразу переходимо до прототипування
і виробництва. Цей процес переривається на етапі прототипування,
адже часто більшість деталей не мають властивостей кінцевого продукту,
і щоб завершити виробництво, потрібно виготовити кожну з них окремо.
За нових правил ми можемо відновити
інтеграцію процесів від проектування через прототипування до виробництва.
Це відкриває можливості для безлічі покращень:
економічніші автівки, завдяки властивостям ґратки з високим коефіцієнтом
міцності до ваги,
нові лопаті турбін, інші чудові речі.
Якщо вам потрібен катетер у випадку невідкладної допомоги,
замість стандартного розміру
доктор може за потребою
прямо на місці роздрукувати персональний,
відповідно до анатомії ваших судин
катетер, який розпадеться без залишків
через 18 місяців - ось це насправді інноваційно.
Або в цифровій стоматології:
відновлення відбувається нагайно, поки пацієнт сидить в кріслі.
Ось структури, які було створено моїми учнями
з університету Північної Кароліни.
Це дивовижні мікроструктури.
Знаєте, в світі вже добре організовано нановиробництво.
Закон Мура дав поштовх розробляти речі менші за 10 мікронів.
І нам це добре вдається,
але набагато складніше створювати речі мезомасштабу -
від 10 до 1000 мікронів.
Субтрактивні технології з кремнієвої галузі
не дуже підходять для таких завдань.
Вони не достатньо добре вміють вирізати пластини.
Але наш процес настільки точний,
ми можемо формувати такі об'єкти з низу до верху
за допомогою адитивного виробництва
і створювати чудові речі за десятки секунд.
Створювати нові сенсорні технології,
нові техніки введення ліків,
нові застосування типу "лабораторія на чіпі", інші інноваційні речі.
Така нагода виготовлення деталей одномоментно
з властивостями кінцевого продукту
відкриває широкий шлях 3D друкуванню.
Нас це дуже тішить, адже
все це працює завдяки об'єднанню апаратного і програмного забезпечення
з молекулярною наукою, і я нетерпляче очікую на
застосування цих інструментів в роботі дизйнерів та інженерів.
Дякую за увагу.
(Оплески)