Što da je 3D printanje 100 puta brže?

3D printanje zamišljamo kao kontinuirano 2D printanje, kaže Joseph DeSimone ... usporeno. Na pozornici TED2015, otkriva hrabru novu tehniku — inspiriranu, istina, Terminatorom 2 — koja je 25 do 100 puta brža te stvara glatke, čvrste dijelove. Može li ovo napokon pomoći pri ispunjavanju golemog obećanja 3D printanja?

Jako mi je drago
što sam večeras ovdje

kako bih podijelio s vama
nešto na čemu radimo

već duže od dvije godine,

u području aditivne proizvodnje,

poznatijem kao 3D printanje.

Pogledajte ovaj predmet.

Izgleda poprilično jednostavno,
ali je istodobno vrlo kompliciran.

Sastoji se od niza koncentričnih
geodetskih struktura

s međusobnim poveznicama.

U ovom kontekstu, ne može se izraditi
tradicionalnim tehnikama proizvodnje.

Ima takvu simetriju da se ne može
izraditi injekcijskim prešanjem.

Ne možete ga izraditi čak
niti glodanjem.

Ovo je zadatak za 3D printer,

no većini bi 3D printera trebalo između
tri do deset sati za izradu,

a večeras ćemo riskirati i pokušati
izraditi jedan na pozornici

tijekom ovog desetominutnog govora.

Poželite nam sreću.

3D printanje je zapravo
netočan naziv.

To je zapravo
kontinuirano 2D printanje

i zapravo koristi tehnologije
povezane s 2D printanjem.

Zamislite printanje tintom gdje se
tinta polaže na papir i stvara slova

i zatim ponovite to mnogo puta
da izradite trodimenzionalni predmet.

U mikroelektronici, koriste

litografiju kako bi napravili
nešto slično,

za izradu tranzistora
i integriranih krugova

te nekoliko puta izgrađuju strukturu.

Ovo su sve tehnologije 2D printanja.

Ja sam kemičar
i materijalni znanstvenik

i moji suradnici su također
materijalni znanstvenici,

jedan je kemičar, drugi fizičar

i zainteresiralo nas je 3D printanje.

Vrlo često, kao što znate,
nove ideje su samo jednostavne veze

između ljudi s različitim iskustvima
u različitim zajednicama,

a to je i naša priča.

Inspirirala nas je

scena s T-1000 iz "Terminatora 2"

i pomislili smo: zašto ne bi 3D printer
mogao funkcionirati na ovaj način,

da se predmet uzdiže iz lokve

u stvarnom vremenu

bez otpada

kako bi se izradio odličan predmet?

OK, isto kao u filmovima.

Može li nas Hollywood inspirirati

u smišljanju načina
na koji bi ovo funkcioniralo?

Ovo je bio naš izazov.

Naš pristup bio bi,
kada bismo mogli to učiniti,

mogli bismo preispitati tri problema
koja sprječavaju to da 3D printanje

bude proizvodni proces.

Prvo, 3D printanje je sporo.

Postoje gljive koje rastu brže
od printanih 3D dijelova. (Smijeh)

Proces sloja na sloj

dovodi do pogrešaka
u mehaničkim značajkama,

a kada se nešto razvija u kontinuitetu,
ove pogreške se mogu eliminirati.

Kada bismo mogli ubrzano razvijati,
mogli bismo početi koristiti materijale

koji se sami polimeriziraju
i dobili bismo nevjerojatne značajke.

Kada bismo mogli ovo napraviti,
oponašati Hollywood,

mogli bismo se okrenuti 3D proizvodnji.

Naš pristup sastoji se od upotrebe
nekih standardnih saznanja

iz kemije polimera

kako bismo iskoristili svjetlo i kisik
za kontinuirani razvoj dijelova.

Svjetlo i kisik djeluju
na različite načine.

Svjetlo može pretvoriti
smolu u kruto stanje,

može pretvoriti tekućinu
u kruto stanje.

Kisik sprječava taj proces.

Tako su svjetlo i kisik
potpuno suprotni jedno od drugoga

iz kemijske perspektive

i kada bismo prostorno mogli
kontrolirati svjetlo i kisik,

mogli bismo kontrolirati ovaj proces.

Ovo nazivamo CLIP.
[Continuous Liquid Interface Production.]

Ima tri operativne komponente.

Prvo, ima rezervoar
koji sadrži tekućinu,

baš kao T-1000.

Na dnu rezervoara je
poseban prozor.

Vratit ću se na ovo.

Također, ima stalak
koji se spušta u tekućinu

i vadi predmet iz tekućine.

Treća komponenta je
sustav digitalne projekcije svjetla

ispod rezervoara,

koji svijetli svjetlom
iz ultraljubičastog raspona.

Ključno je to da je prozor
koji je u donjem dijelu rezervoara

kompozitan,
to je vrlo poseban prozor.

Ne samo da je proziran za svjetlo,
nego propušta i kisik.

Ima karakteristike kontaktne leće.

Vidimo kako proces funkcionira.

Možete vidjeti da
spuštanjem stalka,

u tradicionalnom procesu s
prozorom koji ne propušta kisik,

radite dvodimenzionalni uzorak

te lijepite to na prozor,
s tradicionalnim prozorom,

a kako biste uveli sljedeći sloj,
morate ga razdvojiti,

uvesti novu smolu,
ponovno ga pozicionirati

i neprestano ponavljati ovaj proces.

Ali s našim posebnim prozorom,

možemo napraviti to da
kada kisik dolazi od ispod

i kada ga svjetlo udari

taj kisik sprječava reakciju

i stvaramo mrtvu zonu.

Ova mrtva zona je debljine
od otprilike desetak mikrona,

što je dva ili tri promjera
crvene krvne stanice,

točno na prozoru sučelja
koji ostaje tekućina

i podižemo ovaj predmet

i kako smo naveli
u znanstvenoj studiji,

mijenjanjem sadržaja kisika
možemo promijeniti debljinu mrtve zone.

Tako imamo nekoliko ključnih varijabli
koje kontroliramo: sadržaj kisika,

svjetlo, jačinu svjetla,
dozu polimerizacije,

viskoznost, geometriju

i koristimo vrlo sofisticirani softver
za kontrolu ovog procesa.

Rezultat je doista zapanjujuć.

Ovo je 25 do 100 puta brže od
tradicionalnih 3D printera,

što sve mijenja.

Također, sa sposobnošću dovođenja
tekućine do sučelja,

možemo biti i 1000 puta brži,

a to otvara mogućnost zagrijavanja

i kao inženjer kemije
vrlo sam uzbuđen radi prijenosa topline

i ideje da bi jednog dana mogli imati
3D printere hlađene vodom

jer su toliko brzi.

Također, zbog razvijanja predmeta,
uklanjamo slojeve

te su dijelovi monolitni.

Ne vidite površinu strukture.

Dobivate molekularno glatke površine.

Mehaničke značajke većine dijelova
izrađenih 3D printerima su

na zlu glasu jer imaju značajke
koje ovise o orijentaciji

samog printanja, zbog slojevite strukture.

No, kada ovako razvijate predmete,

značajke se ne mijenjaju
u odnosu na smjer printanja.

Ovo izgleda poput injekcijskog prešanja

što je vrlo drugačije od
tradicionalne 3D prozivodnje.

Također, možemo ubaciti

cijeli udžbenik o kemiji polimera u ovo

i možemo stvoriti kemije koje
stvaraju značajke

koje doista želite u
isprintanom 3D objektu.

(Pljesak)

Evo ga. Odlično.

Uvijek riskirate da ovakvo nešto neće
uspjeti na pozornici, zar ne?

Možemo imati materijale
s odličnim mehaničkim značajkama.

Po prvi puta, možemo imati elastomere

koji imaju visoku elastičnost ili
visoko prigušenje.

Zamislite vibracijsku kontrolu
ili odlične tenisice, na primjer.

Možemo napraviti materijale
koji su nevjerojatno čvrsti,

imaju visok omjer čvrstoće u odnosu na težinu,
doista čvrste materijale,

doista odlične elastomere,

tako da ćemo ovo baciti u publiku.

Odlične materijalne značajke.

Mogućnost koja se javlja jest
da ako možete napraviti dio

koji ima značajke
finalnog dijela

i pravite ga ovom brzinom,

moguće je
transformirati proizvodnju.

Trenutno se u proizvodnji odvija

takozvana digitalna nit
u digitalnoj proizvodnji.

Kreće se od crteža u CAD-u, dizajna,
do prototipa i proizvodnje.

Često se digitalna nit razbija
već kod prototipa

jer se ne može
nastaviti do proizvodnje

pošto većina dijelova
nema značajku finalnog dijela.

Sada možemo
povezati digitalnu nit

sve od dizajna do
prototipa i proizvodnje,

a ova mogućnost
doista otvara razne prilike

od boljih, učinkovitijih auta,
odličnih značajki rešetaka

s visokim omjerom čvrstoće i težine,

novih turbinskih lopatica,
svakakvih prekrasnih predmeta.

Zamislite da vam je
hitno potreban stent,

umjesto da liječnik uzima
jedan s police,

koji je standardne veličine,

imate stent koji je stvoren za vas,
za vašu anatomiju

s vlastitim protočnim svojstvima

koji se printa u hitnoj situaciji u
stvarnom vremenu sa značajkom

razgradnje nakon 18 mjeseci:
to doista mijenja sve.

Ili digitalna stomatologija i izrada
ovakvih struktura

čak dok sjedite u
stomatološkom stolcu.

Pogledajte strukture koje izrađuju
moji studenti

na Sveučilištu u Sjevernoj Karolini.

Ovo su nevjerojatne strukture
na mikro razini.

Svijet je jako dobar u
nano proizvodnji.

Mooreov zakon je gurnuo stvari
od 10 mikrona na niže.

Doista smo dobri u tome,

ali je iznimno teško izraditi stvari
veličine od 10 do 1000 mikrona,

na mezorazini.

Suptraktivne tehnike
silicijske industrije

ne mogu ovo dobro učiniti.

Ne mogu urezivati tanke
pločice tako dobro.

Ovaj proces je tako nježan

da možemo razvijati predmete
od dna u visinu

upotrebom aditivne proizvodnje

te napraviti nevjerojatne stvari
u desetinkama sekunde

što otvara nove
senzorske tehnologije,

nove tehnike ubrizgavanja lijekova,

nove primjene minijaturnih analitičkih
sustava, doista velike promjene.

Mogućnost izrade dijela
u stvarnom vremenu,

koji ima značajke
finalnog dijela,

doista otvara mogućnost
3D proizvodnje,

a za nas je ovo vrlo uzbudljivo
jer je ovo doista

križanje između hardvera, softvera
i molekularne znanosti

i jedva čekam vidjeti što će dizajneri
i inženjeri diljem svijeta

napraviti s
ovim odličnim alatom.

Hvala na pažnji.

(Pljesak)