Și dacă imprimarea 3D ar fi de 100 de ori mai rapidă?

Ce numim noi „imprimare 3D”, spune Joe DeSimone, este de fapt o imprimare 2D repetată iar și iar, cu încetineală. Inspirat de „Terminator 2”, DeSimone aduce pe scena TED 2015 o tehnică nouă și îndrăzneață care este de 25–100 de ori mai rapidă și care creează piese netede și rezistente. Să fie oare acesta în sfârșit un pas spre împlinirea uriașei promisiuni pe care ne-o face imprimarea 3D?

Mă bucur să fiu aici în seara asta,
să vă spun la ce lucrăm de peste doi ani.

Este în domeniul fabricării aditive,

cunoscută și ca „imprimare 3D”.

Vedeți obiectul acesta?

Pare destul de simplu,
dar e foarte complex în același timp.

Este un set de structuri
geodezice concentrice,

cu legături între ele.

În acest context, nu poate fi produs
prin tehnici traditionale de producție.

Din cauza simetriei nu poate fi
produs prin injecție într-o matriță.

Nu poate fi nici prelucrat prin așchiere.

Asta e o treabă pentru o imprimantă 3D.

Dar majoritatea imprimantelor 3D
au nevoie de 3–10 ore s-o fabrice.

Noi ne vom încumeta
s-o realizăm acum pe scenă,

în cele 10 minute ale acestei prezentări.

Urați-ne noroc.

De fapt denumirea de imprimare 3D
e improprie.

În realitate e imprimare 2D
repetată de multe ori.

De fapt utilizează tehnologii
asociate cu imprimarea 2D.

De exemplu, imprimanta cu jet de cerneală
pune cerneală pe pagină

ca să facă litere.

Apoi faci asta iar și iar
ca să construiești un obiect 3D.

În microelectronică
se folosește litografia

pentru a face în mod similar
tranzistori și circuite integrate,

pentru a construi o structură
de mai multe ori.

Toate astea sunt tehnologii
de imprimare 2D.

Eu sunt chimist, și studiez și materiale,

iar co-inventatorii mei
studiază și ei materialele,

unul e chimist, celalalt fizician,

și am început să fim interesați
de imprimarea 3D.

Foarte adesea, după cum știți,
ideile noi sunt simple conexiuni

între oameni cu experiențe diferite
în comunități diferite.

Tot asta e și povestea noastră.

Noi am fost inspirați

de scena din „Terminator 2” cu T-1000.

Ne-am gândit: de ce n-ar putea
o imprimantă 3D să facă asta,

să ai un obiect
care se ridică dintr-o baltă,

practic în timp real,

practic fără risipă de materiale,

pentru a face un produs excelent?

Exact ca în filme.

Am putea fi oare inspirați de Hollywood

să găsim metode
de a realiza asta în realitate?

Asta ne-am propus.

Prin abordarea noastră, dacă am reuși,

am putea rezolva fundamental
cele trei probleme

care împiedică imprimarea 3D
să fie un proces de producție.

Mai întâi, imprimarea 3D
durează o veșnicie.

Există ciuperci care cresc mai repede
decât piesele imprimate 3D.

(Râsete)

Procesul de imprimare strat cu strat

duce la defecte în proprietățile mecanice.

Printr-o creștere continuă
am putea elimina aceste defecte.

Iar dacă am putea crește foarte repede,
am putea începe să folosim materiale

care se cimentează de la sine
și am putea avea proprietăți uimitoare.

Dacă am reuși să imităm Hollywood-ul,

am putea să rezolva producția 3D.

Abordarea noastră e
de a folosi cunoștințe standard

din chimia polimerilor,

de a folosi lumina și oxigenul
pentru a crește piesele continuu.

Lumina și oxigenul funcționează
în moduri diferite.

Lumina poate converti o rășină
într-un corp solid,

poate converti un lichid într-un solid.

Oxigenul inhibă acest proces.

Așadar lumina și oxigenul sunt
la poli opuși din punct de vedere chimic,

și dacă am putea controla în spațiu
lumina și oxigenul,

am putea controla acest proces.

L-am denumit CLIP: producție continuă
la interfața cu lichidul.

Are trei componente funcționale.

Mai întâi are un rezervor
care conține lichid,

exact ca T-1000 din film.

La fund rezervorul
are o fereastră specială.

Mă voi întoarce la ea.

Apoi are o placă pe care
o coborâm în lichid

și care va ridica obiectul din lichid.

A treia componentă e un sistem
digital de proiecție a luminii,

sub rezervor,

care iluminează cu lumină ultravioletă.

Elementul cheie e fereastra
de la fundul rezervorului,

care e un compozit,
o fereastră foarte specială.

Nu e doar transparentă pentru lumină,
ci și permeabilă pentru oxigen.

Are caracteristicile
unei lentile de contact.

Iată cum se desfășoară procesul.

Vedeți cum la coborârea plăcii în lichid,

în procesul tradițional,
cu o fereastră impermeabilă la oxigen,

faci un tipar bidimensional

și rămâi cu tiparul lipit pe geam,
cu fereastra tradițională,

așa încât ca să produci următorul strat
trebuie să-l separi,

să introduci din nou rășină,
să-l repoziționezi

și să repeți procesul iar și iar.

Dar cu fereastra noastră specială,

când vine oxigenul prin partea de jos

și dă peste el lumina,

oxigenul acela inhibă reacția.

Formăm o zonă moartă.

Această zonă moartă e groasă
de ordinul zecilor de microni,

adică de 2–3 ori cât diametrul
unei globule roșii,

la interfața cu fereastra rămâne lichid.

Ridicăm acest obiect,

și, cum spuneam în articolul din Science,

schimbând concentrația de oxigen
putem schimba grosimea zonei moarte.

Așadar avem mai multe variabile cheie
pe care le controlăm:

cantitatea de oxigen, lumina,
intensitatea luminii, doza de cimentat,

vâscozitatea, geometria,

și utilizăm programe foarte sofisticate
pentru a controla acest proces.

Rezultatul este uimitor.

Este de 25–100 de ori mai rapid
decât imprimarea 3D tradițională.

E ceva revoluționar.

În plus, în funcție de capacitatea
de a aduce lichid la acea suprafață,

putem mări viteza de 1000 de ori,
cred eu.

Iar asta aduce posibilitatea
generării de multă căldură

și, ca inginer chimist,
mă bucur de transferul de căldură

și de ideea că vom avea cândva
imprimante 3D răcite cu apă

pentru că funcționează așa rapid.

În plus, pentru că producem prin creștere,
eliminăm stratificarea,

iar piesele sunt monolitice.

Nu se mai vede structura suprafeței.

Avem suprafețe netede la nivel molecular.

Proprietățile mecanice
ale celor mai multe piese imprimate 3D

sunt renumite că depind
de orientarea imprimării,

din cauza structurii stratificate.

Dar prin metoda noastră

proprietățile nu mai depind
de direcția imprimării.

Acestea arată ca niște piese
create prin injecție,

metodă foarte diferită
de imprimarea 3D tradițională.

Mai mult, ne putem utiliza întregul
manual de chimie a polimerilor,

putem gândi procese chimice

care să dea proprietățile dorite
obiectului 3D.

(Aplauze)

Iată-l! E grozav!

Riști mereu ca experimentul
să nu funcționeze pe scenă.

Putem avea materiale
cu proprietăți mecanice grozave.

Pentru prima dată,
putem crea elastomeri

cu elasticitate mare
sau cu amortizare mare.

Gândiți-vă la controlul vibrațiilor
sau teniși grozavi, de exemplu.

Putem face materiale
cu o rezistență incredibilă,

raport rezistență/masă excelent,
materiale foarte rezistente,

elastomeri realmente grozavi.

Prindeți-o acolo în public.

Deci proprietăți materiale grozave.

Șansa pe care o avem acum,
dacă putem crea o piesă

care să aibă proprietățile piesei finite,

și o facem la viteze revoluționare,

putem transforma radical
industria prelucrătoare.

În prezent în industrie

are loc așa-zisul
proces digital de producție:

pornim de la desenele CAD, un proiect,
la un prototip, apoi la producție.

Adesea procesul digital este întrerupt
direct la prototip,

nu se ajunge la producție,

majoritatea pieselor neavând
proprietățile produsului finit.

Acum putem conecta procesul digital

de la proiect, la prototip, la producție.

Această șansă deschide multe posibilități,

de la mașini eficiente
cu proprietăți structurale grozave,

cu un raport rezistență/masă mare,

elici noi pentru turbine,
tot felul de lucruri minunate.

Gândiți-vă că aveți nevoie de un stent
într-o situație de urgență.

În loc ca medicul să scoată
un stent din dulap,

unde are doar mărimi standard,

ai putea avea un stent făcut
pentru tine, pentru propria ta anatomie,

pentru vasele tale de sânge,

imprimat într-o situație de urgență,
în timp real,

cu proprietăți încât stentul
să se dizolve în 18 luni.

Cu adevărat revoluționar.

Sau stomatologie digitală,
să ți se imprime aceste structuri

în timp ce ești pe scaunul stomatologului.

Iată ce structuri fac studenții mei
la Universitatea Carolina de Nord.

Sunt structuri microscopice uimitoare.

Știți, omenirea se pricepe bine
la nanofabricație.

Legea lui Moore a împins lucrurile
până la 10 microni și mai jos.

Suntem foarte buni.

Dar este foarte greu să faci lucruri
între 10 și 1000 microni, scala mezo.

Tehnicile substractive din industria
siliciului nu pot face asta prea bine,

nu poți coroda plachetele așa bine.

Dar acest proces e atât de blând,

putem crește aceste obiecte
de jos în sus

folosind un proces aditiv

și face lucruri uimitoare
în zeci de secunde,

deschizând calea pentru
noi tehnologii de senzori,

noi metode de medicație,

noi aplicații „laborator pe un cip”,
lucruri absolut revoluționare.

Așadar șansa de a face
o piesă în timp real

cu proprietăți piesă finită

deschide larg porțile imprimării 3D.

Iar noi ne bucurăm imens,
pentru că ne plasează la intersecția

dintre hardware, software
și știința moleculară.

Și abia aștept să-i văd pe designerii
și inginerii din întreaga lume

punând la treabă această tehnologie.

Mulțumesc că m-ați ascultat.

(Aplauze)