1
00:00:00,949 --> 00:00:02,773
我今天非常荣幸在此

2
00:00:02,773 --> 00:00:05,062
与大家分享我们最近两年

3
00:00:05,062 --> 00:00:07,242
所致力研究的成果，

4
00:00:07,242 --> 00:00:09,796
这些成果是在积层制造领域取得的，

5
00:00:09,796 --> 00:00:12,513
也就是所谓的3D打印。

6
00:00:12,513 --> 00:00:14,231
大家可以看下我手里这个东西。

7
00:00:14,231 --> 00:00:18,039
看似简单，但又相当复杂。

8
00:00:18,549 --> 00:00:21,800
这是一个同心和密网格结构的组合，

9
00:00:21,800 --> 00:00:24,795
每个部分都彼此相连。

10
00:00:24,795 --> 00:00:30,797
它并非传统制造技术所能完成。

11
00:00:31,343 --> 00:00:35,290
结构具有对称性，因此不能注塑模具。

12
00:00:35,424 --> 00:00:39,279
甚至不能通过铣削制造。

13
00:00:39,279 --> 00:00:42,107
这需要3D打印技术来实现，

14
00:00:42,107 --> 00:00:46,598
但大多数3D打印机需要
3-10小时来完成整个制造过程，

15
00:00:46,598 --> 00:00:50,824
今晚我们会尝试用
我上台演讲的10分钟时间

16
00:00:50,824 --> 00:00:53,401
来完成这个制造过程。

17
00:00:53,401 --> 00:00:54,970
祝我们好运吧！

18
00:00:55,849 --> 00:00:59,554
“3D打印”的叫法其实并不恰当。

19
00:00:59,564 --> 00:01:03,859
技术的本质是反复进行二维印刷，

20
00:01:03,919 --> 00:01:08,391
采用的是二维印刷的相关技术。

21
00:01:08,391 --> 00:01:13,750
试想你正在使用喷墨打印机
在纸上打印文字，

22
00:01:13,750 --> 00:01:18,346
反复进行这一过程
就可以构建一个三维物体。

23
00:01:18,346 --> 00:01:20,317
在微电子学中，

24
00:01:20,317 --> 00:01:22,737
人们使用相同原理的光刻技术，

25
00:01:22,737 --> 00:01:24,885
来制造晶体管和集成电路，

26
00:01:24,885 --> 00:01:26,997
反复构建一个结构。

27
00:01:26,997 --> 00:01:29,399
这些都是二维印刷技术。

28
00:01:30,099 --> 00:01:33,987
我是个化学家，也是材料学家，

29
00:01:33,987 --> 00:01:36,571
我的发明伙伴也都是材料学家，

30
00:01:36,571 --> 00:01:39,010
一个是化学家，一个物理学家，

31
00:01:39,010 --> 00:01:41,936
我们开始对3D打印产生了浓厚的兴趣。

32
00:01:41,936 --> 00:01:46,791
大家知道，新颖的想法往往只是一些

33
00:01:46,791 --> 00:01:51,034
不同机构里跨领域跨背景的人
相互沟通后的产物，

34
00:01:51,034 --> 00:01:52,751
而这就是我们的故事。

35
00:01:54,461 --> 00:01:56,595
我们的灵感来源于

36
00:01:56,595 --> 00:02:00,893
《终结者2》的机器人T-1000
出现的一个场景，

37
00:02:00,893 --> 00:02:06,616
而后我们就产生了这样的疑问：为何3D打印机
不能通过这样的方式来运行？

38
00:02:06,616 --> 00:02:10,341
让一个物体从液体中成形，

39
00:02:10,341 --> 00:02:13,520
达到实时完成并

40
00:02:13,520 --> 00:02:15,749
避免造成浪费的目的，

41
00:02:15,749 --> 00:02:17,971
又能制造出很棒的物体。

42
00:02:17,971 --> 00:02:19,418
就像电影中那样。

43
00:02:19,418 --> 00:02:22,877
我们可否取材好莱坞，

44
00:02:22,877 --> 00:02:26,294
找出办法真正尝试实现这一效果？

45
00:02:26,294 --> 00:02:28,450
这就是我们面临的挑战。

46
00:02:28,450 --> 00:02:31,787
而我们的思路是，
如果我们能做到，

47
00:02:31,787 --> 00:02:35,471
那我们就可以从根本上解决

48
00:02:35,471 --> 00:02:38,086
阻碍3D打印进入制造工程的三个难题。

49
00:02:38,086 --> 00:02:40,617
首先，3D打印耗时太长。

50
00:02:40,617 --> 00:02:45,841
甚至某些蘑菇生长速度
都比3D打印制造还快。（笑声）

51
00:02:47,111 --> 00:02:49,417
积层叠加的制造工艺

52
00:02:49,417 --> 00:02:52,209
使得机械性能存在缺陷，

53
00:02:52,209 --> 00:02:56,266
如果能实现无间断制造，
就可以消除这些缺陷。

54
00:02:56,266 --> 00:03:00,808
事实上，如果生产速度够快，
也可以开始使用

55
00:03:00,808 --> 00:03:05,912
自凝材料，取得材料特性上的突破。

56
00:03:05,912 --> 00:03:09,971
如果我们能成功模仿好莱坞，

57
00:03:09,971 --> 00:03:12,912
我们就可以真正解决3D制造问题。

58
00:03:14,612 --> 00:03:17,953
我们的方法是使用高分子化学领域中的

59
00:03:17,953 --> 00:03:20,553
常识性知识，

60
00:03:20,553 --> 00:03:27,152
通过控制光和氧气来进行无间断制造。

61
00:03:27,152 --> 00:03:30,099
光和氧气的作用不同。

62
00:03:30,099 --> 00:03:33,141
光可以将液态树脂转换成固体，

63
00:03:33,141 --> 00:03:35,295
即把液体转换为固体。

64
00:03:35,295 --> 00:03:38,829
氧气则可抑制这一过程。

65
00:03:38,829 --> 00:03:41,886
所以从化学角度看，

66
00:03:41,886 --> 00:03:44,603
光和氧气的作用彼此对立，

67
00:03:44,603 --> 00:03:48,001
我们要是能立体地控制光和氧气，

68
00:03:48,001 --> 00:03:49,948
我们就可以控制制作过程。

69
00:03:50,288 --> 00:03:53,739
我们将这个过程称为
CLIP（无间断液态界面印制法）。

70
00:03:53,739 --> 00:03:55,615
CLIP有三个功能组件。

71
00:03:56,285 --> 00:04:00,326
第一个是用于存放液体的容器，

72
00:04:00,326 --> 00:04:02,205
就像液态金属机器人T-1000。

73
00:04:02,205 --> 00:04:04,461
容器的底部有一个特殊窗口。

74
00:04:04,461 --> 00:04:06,112
我等下会谈到。

75
00:04:06,112 --> 00:04:09,892
组件二是一个平台，可下降至容器，

76
00:04:09,892 --> 00:04:12,481
把物体从溶液中径直拉出。

77
00:04:12,481 --> 00:04:16,285
第三部分是数字光投影系统，

78
00:04:16,285 --> 00:04:18,305
位于容器的下方，

79
00:04:18,305 --> 00:04:21,577
可提供紫外光区域的照明。

80
00:04:22,048 --> 00:04:25,271
关键就在于容器底部的窗口，

81
00:04:25,271 --> 00:04:28,150
这是一个复合体，
一个非常特殊的窗口

82
00:04:28,150 --> 00:04:31,796
不仅透光，而且透氧。

83
00:04:31,796 --> 00:04:34,455
性质与隐形眼镜相似。

84
00:04:35,435 --> 00:04:37,716
这里可以看到这个过程是如何进行的。

85
00:04:37,716 --> 00:04:41,130
大家可以看到，
当架台降低到那里，

86
00:04:41,130 --> 00:04:45,309
传统制造使用不透氧窗，

87
00:04:45,309 --> 00:04:47,148
可以制造出二维图案，

88
00:04:48,008 --> 00:04:51,370
并最终用传统的不透气窗口
将图案粘合到窗口上，

89
00:04:51,370 --> 00:04:54,922
因此，要形成下一层，
你必须将其分开，

90
00:04:54,922 --> 00:04:58,451
重新添加树脂、重新定位，

91
00:04:58,451 --> 00:05:00,910
并重复完成这个过程。

92
00:05:01,190 --> 00:05:03,554
但用我们的特殊窗口，

93
00:05:03,554 --> 00:05:06,563
我们可以让氧气从底部进入，

94
00:05:06,563 --> 00:05:07,816
当光线击中氧气，

95
00:05:09,256 --> 00:05:11,926
氧气就会抑制反应，

96
00:05:11,926 --> 00:05:14,550
形成一个无感区。

97
00:05:14,550 --> 00:05:18,869
无感区大约有几十微米厚，

98
00:05:18,869 --> 00:05:22,036
大约是红细胞直径的两三倍，

99
00:05:22,036 --> 00:05:24,627
位于窗口接口处依然可以保持液体状，

100
00:05:24,627 --> 00:05:26,577
然后我们把这物体拉出，

101
00:05:26,577 --> 00:05:28,969
正如我们在《科学》杂志中介绍的，

102
00:05:28,969 --> 00:05:33,682
我们只要改变氧含量，
就可以改变无感区的厚度。

103
00:05:33,682 --> 00:05:37,374
因此我们控制了一些关键变量：
氧含量、

104
00:05:37,374 --> 00:05:40,439
光、光的强度、凝剂剂量、

105
00:05:40,439 --> 00:05:42,401
粘度、形状结构。

106
00:05:42,401 --> 00:05:45,817
我们用非常精密的软件
来控制这个过程。

107
00:05:46,547 --> 00:05:49,460
得出的成果是相当惊人的。

108
00:05:49,460 --> 00:05:53,196
与传统的3D打印机相比，
这要快25到100倍，

109
00:05:54,156 --> 00:05:56,170
这是划时代的变革。

110
00:05:56,170 --> 00:06:00,506
另外，随着控制接口
液体调节的能力提升，

111
00:06:00,506 --> 00:06:04,246
我相信打印速度可以再快1000倍，

112
00:06:04,246 --> 00:06:07,803
而这同时开启获得大量热量的机会，

113
00:06:07,803 --> 00:06:11,866
而作为一名化学工程师，
我热衷于热量的转化，

114
00:06:11,866 --> 00:06:16,045
未来也许会出现水冷式3D打印机，

115
00:06:16,045 --> 00:06:18,437
因为打印的速度太快了。

116
00:06:18,437 --> 00:06:22,500
另外，因为我们生长式的制造方式，
摒弃了传统的积层制造，

117
00:06:22,500 --> 00:06:24,474
部件的整体性得到提升，

118
00:06:24,474 --> 00:06:26,374
你看不到表层到结构。

119
00:06:26,374 --> 00:06:29,057
可以得到分子级的平滑表面。

120
00:06:29,057 --> 00:06:32,387
3D打印的大部分部件

121
00:06:32,387 --> 00:06:37,353
并不受欢迎，
这是因为层式结构导致其机械特性

122
00:06:37,353 --> 00:06:41,254
取决于你打印时的方向和定位。

123
00:06:41,254 --> 00:06:43,699
但当你通过生长式的方式打印，

124
00:06:43,699 --> 00:06:47,368
物体的特性不会因打印方向而变。

125
00:06:47,368 --> 00:06:50,317
这些看起来更像浇筑零件，

126
00:06:50,317 --> 00:06:54,079
与传统的3D制造大不一样。

127
00:06:54,079 --> 00:06:57,089
此外，我们能够利用

128
00:06:57,089 --> 00:07:00,705
整本高分子化学课本的知识，

129
00:07:00,705 --> 00:07:04,826
设计出合适的化学材料，
来制造你真正在一个3D打印零件中

130
00:07:04,826 --> 00:07:07,868
所期待的特性。

131
00:07:07,868 --> 00:07:09,205
（掌声）

132
00:07:09,205 --> 00:07:12,439
做好了，非常棒！

133
00:07:14,049 --> 00:07:17,627
在台上做这样的事总会担心它不成功，
对吧？

134
00:07:18,037 --> 00:07:21,056
但是我们的材料有强大的机械特性。

135
00:07:21,056 --> 00:07:23,494
这是第一次，我们可以制作高弹性

136
00:07:23,494 --> 00:07:25,955
或高阻尼系数的弹性体。

137
00:07:25,955 --> 00:07:29,288
试想用它们进行振动控制
或者制作优质运动鞋。

138
00:07:29,288 --> 00:07:31,978
我们可以制造出超高强度材料，

139
00:07:32,828 --> 00:07:36,404
具有高强度重量比，
真正的超高强度材料，

140
00:07:36,404 --> 00:07:38,517
真正超弹力材料，

141
00:07:38,517 --> 00:07:41,242
那么我抛给在场的观众感受一下。

142
00:07:41,242 --> 00:07:43,878
这些都是伟大的材料特性。

143
00:07:43,878 --> 00:07:47,293
眼前的机遇就是：如果制造出的成果

144
00:07:47,293 --> 00:07:50,973
可以成为最终成品，

145
00:07:50,973 --> 00:07:54,073
又能以行业变革的速度进行，

146
00:07:54,073 --> 00:07:56,860
那就可以真正改变制造业的面貌。

147
00:07:56,860 --> 00:07:59,446
目前在制造业中，数字化制造领域

148
00:07:59,446 --> 00:08:02,678
正在应用的就是所谓的“数字线”。

149
00:08:02,678 --> 00:08:07,717
我们从CAD绘图、设计，到原型，再到制造。

150
00:08:07,717 --> 00:08:11,160
经常会发生数字线生产在
原型制造这一环节卡壳，

151
00:08:11,160 --> 00:08:12,872
因为无法直接生产制造，

152
00:08:12,872 --> 00:08:16,587
因为大部分部件不具备
成为最终产品的特性。

153
00:08:16,587 --> 00:08:18,978
现在我们可以把数字化线的
每个环节串联起来

154
00:08:18,978 --> 00:08:23,227
从设计、原型设计一直到制造，

155
00:08:23,227 --> 00:08:26,176
这一机遇真正打开了
制造各样物品的可能性，

156
00:08:26,176 --> 00:08:31,129
例如可以通过使用高强度重量比的
网格型材料，

157
00:08:31,129 --> 00:08:33,080
新的涡轮叶片，以及其他很多

158
00:08:33,080 --> 00:08:36,508
性能优越的零件来降低汽车的油耗。

159
00:08:37,467 --> 00:08:42,623
想想看，如果你在急救中需要一个支架，

160
00:08:42,623 --> 00:08:46,593
相比医生从架子上拿一个

161
00:08:46,593 --> 00:08:48,822
标准尺寸的支架而言，

162
00:08:48,822 --> 00:08:52,978
一个符合你自身结构，

163
00:08:52,978 --> 00:08:54,789
为你量身定做的支架，

164
00:08:54,789 --> 00:08:58,748
在紧急情况下可随时打印获得，

165
00:08:58,748 --> 00:09:02,397
而支架可以在18个月后消失：
革命性的改变。

166
00:09:02,397 --> 00:09:05,633
或者数字化牙科：
就在你躺在牙医椅子上时

167
00:09:05,633 --> 00:09:08,814
就可以做出这类结构。

168
00:09:08,814 --> 00:09:11,530
看看我的学生

169
00:09:11,530 --> 00:09:13,504
在北卡罗莱纳大学所完成的成果。

170
00:09:13,504 --> 00:09:16,313
这些是令人惊叹的微型结构。

171
00:09:16,313 --> 00:09:19,309
众所周知，现今世界的
纳米制造技术已经非常尖端了。

172
00:09:19,309 --> 00:09:23,599
摩尔定律已经让我们可以制作10微米
甚至更小的物体，

173
00:09:23,599 --> 00:09:25,201
我们这方面做得很好，

174
00:09:25,201 --> 00:09:29,241
但在10到1000微米的范围内
制造物体是非常困难的，

175
00:09:29,241 --> 00:09:31,261
在这个中等尺度范围。

176
00:09:31,261 --> 00:09:34,094
而硅产业的消减技术

177
00:09:34,094 --> 00:09:35,370
无法胜任此工作。

178
00:09:35,370 --> 00:09:37,159
他们不能理想地蚀刻芯片。

179
00:09:37,159 --> 00:09:39,109
但我们的制造过程相当精细，

180
00:09:39,109 --> 00:09:41,594
可以从底部向上制作物体，

181
00:09:41,594 --> 00:09:43,590
利用添加制造技术，

182
00:09:43,590 --> 00:09:45,683
在几十秒内达到惊人的效果，

183
00:09:45,683 --> 00:09:47,932
这将带来新的传感技术、

184
00:09:47,932 --> 00:09:50,417
新的药品传输技术、

185
00:09:50,417 --> 00:09:54,149
崭新的”芯片实验室“应用
等真正的革命性产物。

186
00:09:55,149 --> 00:09:59,983
因此这种让零件制造成为成品的

187
00:09:59,983 --> 00:10:02,816
实时制造技术，

188
00:10:02,816 --> 00:10:05,792
真正打开了3D制造业的大门，

189
00:10:05,792 --> 00:10:08,992
对我们来说，这非常令人振奋，

190
00:10:08,992 --> 00:10:15,589
因为这真正实现了硬件、
软件和分子科学之间的交互，

191
00:10:15,589 --> 00:10:19,755
我迫不及待地想看到
世界各地的设计师和工程师们

192
00:10:19,755 --> 00:10:22,029
会用这伟大的工具做出什么成果。

193
00:10:22,499 --> 00:10:24,618
感谢各位的聆听。

194
00:10:24,618 --> 00:10:29,727
（掌声）