A gdyby drukowanie 3D było sto razy szybsze?

To, co nazywamy drukowaniem 3D - mówi Joe DeSimone - to tak naprawdę drukowanie 2D, warstwa po warstwie. Podczas prelekcji na TED2015 prezentuje całkiem nową metodę drukowania, zainspirowaną przez... Terminatora 2, która jest od 25 aż do 100 razy szybsza i tworzy mocne, gładkie struktury. Czy ta technologia pomoże w końcu spełnić daną nam obietnicę dotyczącą drukowania 3D?

Cieszę się, że tu jestem,

aby podzielić się z wami czymś,
nad czym pracuję

od ponad dwóch lat.

To technika wytwarzania przyrostowego,

znana także jako drukowanie 3D.

Widzicie piłeczkę.

Wygląda w miarę prosto,
ale równocześnie jest bardzo złożona.

Składa się ze struktur geometrycznych

połączonych między sobą.

Nie da się jej wyprodukować
tradycyjnymi metodami.

Ma strukturę, która nie pozwala
użyć formy wtryskowej.

Nie można jej wyfrezować.

To robota dla drukarki 3D,

ale większości z nich drukowanie
zajęłoby od 3 do 10 godzin.

My zaś podejmiemy wyzwanie
stworzenia tego samego tu, na scenie,

przez następne 10 minut.

Życzcie nam powodzenia.

"Drukowanie 3D" to tak naprawdę zła nazwa.

To drukowanie 2D kolejnych warstw,

i tak naprawdę wykorzystuje
techniki związane z drukiem 2D.

To tak, jakby drukarka atramentowa
kładła tusz, żeby wydrukować litery,

po czym powtarzała to wielokrotnie,
żeby stworzyć obiekt trójwymiarowy.

W mikroelektronice używamy litografii,

aby produkować układy scalone,
wielowarstwowe,

powtarzając tę metodę kilkukrotnie.

To wszystko są techniki 2D.

Jestem chemikiem i materiałoznawcą,

a moi koledzy też badają materiały,

jeden to chemik, drugi to fizyk.

Razem zainteresowaliśmy się drukiem 3D.

Jak wiadomo, nowe pomysły
są często prostym połączeniem

ludzi z różnymi doświadczeniami
i z różnych społeczności,

i tak było w naszym przypadku.

Zainspirowani sceną z T-1000
w "Terminatorze 2",

pomyśleliśmy, że tak mogłaby
działać drukarka 3D.

Produkt powstaje z kałuży tuszu,

właściwie w czasie rzeczywistym,

zasadniczo bez odpadów,

i staje się czymś wspaniałym.

Tak, jak w filmach.

Czy Hollywood może zainspirować

naprawdę działające wynalazki?

To było nasze wyzwanie.

Chcieliśmy sprawdzić,

czy rozwiążemy trzy problemy
powstrzymujące druk 3D

od przemiany w proces przemysłowy.

Po pierwsze, drukowanie 3D
strasznie się wlecze.

Niektóre grzyby rosną szybciej,
niż produkty drukarki 3D. (Śmiech)

Proces budowy warstwa po warstwie

prowadzi do wad mechanicznych,

co drukowanie ciągiem
mogłoby wyeliminować.

Szybki wzrost pozwoliłby na użycie
materiałów samoutwardzalnych,

co dałoby niesamowite właściwości.

Jeżeli nam się uda skopiować Hollywood,

możemy rozpocząć prawdziwą
produkcję elementów 3D.

Chcieliśmy użyć podstawowej wiedzy

z chemii polimerów,

żeby wykorzystać światło i tlen
do ciągłej budowy elementów drukowanych.

Światło działa inaczej niż tlen.

Światło może zamienić
żywicę w ciało stałe,

może zamienić płyn w ciało stałe.

Tlen hamuje ten proces.

Światło i tlen są przeciwieństwami

z chemicznego punktu widzenia.

Kontrola przestrzeni
zajmowanej przez światło i tlen,

pozwoli kontrolować ten proces.

Nazwaliśmy to CLIP.
[Ciągła produkcja za pomocą cieczy]

Ma trzy główne elementy.

Posiada zbiornik tuszu, tak jak T-1000.

Na dnie zbiornika jest specjalne okienko,

ale o tym później.

Ma też podstawkę zanurzoną w tuszu,

która wynurza się wraz z obiektem.

Trzecim elementem jest
cyfrowy system projekcji światła,

znajdujący się pod zbiornikiem.

Świeci on światłem ultrafioletowym.

Najważniejsze jest to okienko
na dnie zbiornika.

Jest stworzone z kompozytów,
to wyjątkowy rodzaj szkła.

Przepuszcza nie tylko światło, ale i tlen.

Ma charakterystykę soczewek kontaktowych.

Możemy zobaczyć, jak to działa.

Jak widać podczas zanurzania podstawki,

w tradycyjnym drukowaniu,
z oknem nieprzepuszczającym tlenu

tworzy się dwuwymiarowy wzór

i przykleja do szyby z tradycyjnym szkłem,

trzeba więc kłaść następną warstwę,
oddzielać je od siebie,

wprowadzić nową żywicę,
zmienić jej położenie,

powtarzać ten sam proces w kółko.

Ale z naszym, specjalnym szkłem

można działać dzięki
zawartemu w zbiorniku tlenowi.

Kiedy tlen trafia na światło,

spowalnia reakcję

i tworzy martwą strefę.

Ta strefa ma grubość
kilkudziesięciu mikronów,

czyli średnicy dwóch-trzech
czerwonych krwinek.

Pozostaje płynna tuż przy oknie zbiornika

i wypycha te obiekty w górę.

Pisaliśmy o tym w Science.

Zmieniając zawartość tlenu,
można zmienić rozmiar martwej strefy.

Można kontrolować wiele
kluczowych wartości: zawartość tlenu,

światło i jego natężenie,
siłę utwardzenia, lepkość i geometrię.

Używamy wyrafinowanego
programu komputerowego.

Rezultaty są oszałamiające.

Okazało się, że to od 25 do 100 razy
szybsze od tradycyjnej drukarki.

To zmiana reguł gry.

Ponadto, dzięki możliwości
wykorzystania płynu

można działać tysiąc razy szybciej.

Ten fakt pozwala też
na tworzenie dużej ilości ciepła,

którego transfer fascynuje mnie
jako inżyniera-chemika.

Kiedyś być może
powstaną drukarki chłodzone wodą,

tak szybko będą działać.

Drukując w ten sposób eliminujemy warstwy,

części stają się zintegrowane.

Nie zobaczycie struktury powierzchni,

jest jednostajna.

Właściwości mechaniczne
większości elementów z drukarki 3D

zależą od kierunku,

w którym zostały wydrukowane
z powodu struktury podobnej do warstw.

Kiedy tworzysz obiekty naszym sposobem,

właściwości nie zależą
od kierunku drukowania.

Wyglądają na części wykonane wtryskowo,

inaczej niż w tradycyjnej produkcji 3D.

Można też wykorzystać

wszystkie dostępne polimery
z podręcznika do chemii,

aby stworzyć substancje,
które mogą dać właściwości,

pożądane w wydruku 3D.

(Brawa)

Mamy to. Świetnie.

Zawsze istnieje ryzyko,
że coś nie zadziała na scenie.

Można więc użyć materiałów
o świetnych właściwościach.

Po raz pierwszy można użyć elastomerów,

które mogą być
bardzo elastyczne lub wytłumione.

Pomyślcie o kontroli wibracji
lub na przykład świetnych trampkach.

Można użyć materiałów
o niesamowitej wytrzymałości,

mocnych materiałów
o dużej proporcji wytrzymałości do masy,

świetnych elastomerów.

Zobaczcie sami.

Mamy materiał o świetnych własnościach.

Mamy możliwość, aby stworzyć część,

która od razu działa,
jak skończone urządzenie.

Ponieważ dodatkowo
wygraliśmy w kategorii czasowej,

można zmienić sposób produkcji.

Ostatnim trendem w produkcji

jest tak zwany "cyfrowy wątek",
cyfrowa produkcja.

Mamy rysunek CAD,
projekt prototypu do wytworzenia.

Często wątek cyfrowy
jest uszkodzony już jako prototyp,

bo nijak nie da się go wykonać.

Większość części nie ma
właściwości produktu końcowego.

Możemy wykorzystać wątek cyfrowy

na wszystkich etapach -
od projektu przez prototyp do produkcji.

To otwiera przed nami wielkie możliwości,

od bardziej efektywnych samochodów,
dzięki właściwościom kratowicowym

i stosunku wytrzymałości do masy,

aż do nowych łopatek turbin,
wielu wspaniałych rzeczy.

Jeśli nagle potrzebny jest stent,
proteza rozszerzająca naczynia,

zamiast wyciągać z szafki

stent o standardowej wielkości,

doktor może mieć stent
dobrany do pacjenta,

z jego własnymi naczyniami,

możliwy do wydrukowania
natychmiast, w czasie rzeczywistym,

który może rozpuścić się po półtora roku.

Pomyśl o cyfrowej dentystyce,
tworzeniu takich rodzajów struktur,

gdy siedzisz na fotelu dentystycznym.

Popatrzcie na to,
co wyprodukowali moi studenci

na Uniwersytecie Północnej Kalifornii.

To niesamowite obiekty w mikroskali.

Świat jest bardzo dobry w nanoprodukcji.

Praw Moora napędziło elementy
mniejsze niż dziesięć mikronów.

Świetnie nam to idzie,

ale bardzo trudno tworzyć rzeczy
mające od dziesięciu do tysiąca mikronów,

w mezoskali.

Subtraktywne techniki przemysłu krzemowego

nie radzą sobie z tym dobrze.

Nie sprawdzają się.

Choć to delikatny proces,

można tworzyć obiekty od podstaw,

używając wytwarzania przyrostowego.

W kilkadziesiąt sekund
mogą powstać nowe rzeczy,

nowe technologie czujników,

nowe sposoby dostarczania leków,

nowe rodzaje czipów laboratoryjnych,
rzeczy, które zmienią zasady gry.

Możliwość tworzenia elementów
w czasie rzeczywistym

elementów mających
właściwości końcowego produktu

naprawdę otwiera możliwości druku 3D.

To dla nas bardzo ekscytujące

połączenie sprzętu,
oprogramowania i nauki molekularnej.

Nie mogę się doczekać,
co inżynierowie i projektanci

będą mogli dzięki temu stworzyć.

Dziękuję za wysłuchanie.

(Brawa)