Šta kada bi 3D štampanje bilo 100 puta brže?

Kako kaže Džo Desimon, ono što mi zamišljamo kao 3D štampanje je zapravo 2D štampanje, iznova i iznova... polako. Na sceni TED2015, on otkriva smelu novu tehniku, nadahnutu filmom "Termintator 2", koja je 25 do 100 puta brža i stvara glatke, snažne delove. Da li bi to pomoglo da se konačno ispuni ogromno obećanje 3D štampe?

Uzbuđen sam što sam ovde večeras

da bih sa vama podelio nešto
na čemu radimo

preko dve godine,

a to je u polju proizvodnje aditiva,

poznatije kao 3D štampanje.

Vidite ovaj predmet.

Izgleda prilično jednostavno,
ali je u isto vreme kompleksan.

To je niz koncentričnih
geodezijskih struktura

sa vezama između sebe.

U svom kontekstu, nije ga moguće
proizvesti tradicionalnim tehnikama.

Poseduje takvu simetriju da se ne može
dobiti ubrizgavanjem u kalup.

Čak se ne može dobiti
izradom na glodalici.

Ovo je posao za 3D štampač,

ali većini 3D štampača bi bilo potrebno
između tri i deset sati da ga naprave,

a mi ćemo večeras rizikovati da probamo
da ga napravimo na sceni

tokom ovog govora od 10 minuta.

Poželite nam sreću.

"3D štampanje" je zapravo pogrešan naziv.

To je zapravo 2D štampanje,
iznova i iznova

i zapravo koristi tehnologije
povezane sa 2D štampanjem.

Pomislite na štampanje mastilom gde
na list stavite mastilo da dobijete slova,

i onda to radite iznova i iznova
kako bi se dobio trodimenzionalni objekat.

U mikroelektronici, koristi se nešto

što se zove litografija,
kako bi se uradilo isto to,

kako bi se napravili tranzistori
i integrisana kola

i napravila struktura nekoliko puta.

Ovo su sve tehnologije 2D štampanja.

Ja sam hemičar, znači da sam i ja
materijalni naučnik

a moji saradnici su takođe
materijalni naučnici,

jedan je hemičar, jedan je fizičar

i počelo je da nas interesuje
3D štampanje.

Kao što znate, nove ideje su veoma često
jednostavne veze

između ljudi sa različitim iskustvima
iz različitih zajednica,

i to je naša priča.

Inspirisala nas je scena

iz "Terminatora 2" sa T-1000

i pomislili smo, zašto 3D štampač
ne bi ovako funkcionisao,

gde bi se predmet podizao iz barice

u suštini u realnom vremenu

bez ikakvog otpada

kako bi nastao sjajan predmet.

Baš kao u filmovima.

Možemo li biti inspirisani Holivudom

i smisliti načine da zapravo pokušamo
da nateramo ovo da radi?

To je bio naš izazov.

Naš pristup je bio,
ako bismo mogli da uradimo ovo,

onda bismo mogli da u osnovi rešimo
tri problema koja sputavaju 3D štampanje

da bude proces proizvodnje.

Prvi je to što 3D štampanje traje večno.

Postoje pečurke koje rastu brže
od delova koji se štampaju u 3D. (Smeh)

Proces sloja po sloj

dovodi do defekata
u mehaničkim svojstvima

a ukoliko bismo "uzgajali" bez prekida
mogli bismo i da uklonimo te defekte.

Zapravo, kada bismo veoma brzo "uzgajali",
mogli bismo da počnemo da koristimo

materijale koji se sami suše,
mogli bismo da imamo neverovatna svojstva.

Kada bismo mogli da izvedemo ovo,
da imitiramo Holivud,

mogli bismo da rešimo 3D proizvodnju.

Naš pristup je do koristimo
neka osnovna znanja

iz hemije polimera

kako bismo koristili svetlost i kiseonik
da neprestano "uzgajamo" delove.

Svetlost i kiseonik funkcionišu
na različite načine.

Svetlost može smolu da pretvori
u čvrstu materiju,

tečnost u čvrstu materiju.

Kiseonik usporava taj proces.

Tako su svetlost i kiseonik
polarno suprotni

sa hemijske tačke gledišta

i ako prostorno možemo da kontrolišemo
svetlost i kiseonik,

mogli bismo da kontrolišemo ovaj proces.

Ovo nazivamo PSIT.
[Produkcija stalnog interfejsa tečnosti]

Ima tri funkcionalne komponente.

Prvo, ima rezervoar u kom je barica,

baš kao T-1000.

Na dnu rezervoara je poseban prozor.

Vratiću se na to.

Pored toga, ima i skelu
koja se spušta u baricu

i izvlači predmet iz tečnosti.

Treća komponenta je sistem
za digitalnu projekciju svetla

ispod rezervoara,

koji emituje svetlost
u ultraljubičastom regionu.

Ključno je da je ovaj prozor
na dnu rezervoara,

to je kompozitni materijal
i veoma poseban prozor.

Ne samo da je transparentan na svetlo
već je i propustljiv na kiseonik.

Ima karakteristike kao kontaktno sočivo.

Možemo videti kako se odvija proces.

Možete videti da kako spuštate skelu,

u tradicionalnom procesu
sa prozorom kroz koji prodire kiseonik,

pravi se dvodimenzionalni šablon

i na kraju to zalepite za prozor
sa tradicionanim prozorom,

a kako bi se uveo novi sloj,
morate da ga odvojite,

uvedete novu smolu, premestite je

i ponovite ovaj proces
iznova i iznova.

Ali sa našim posebnim prozorom,

sa kiseonikom koji dolazi odozdo,

kako ga dodiruje svetlost,

taj kiseonik usporava reakciju

i možemo da stvorimo mrtvu zonu.

Mrtva zona je debela po redu
desetina mikrona,

to je dva ili tri prečnika ćelije
crvenog krvnog zrnca,

baš na interfejsu prozora
koji ostaje u tečnom stanju

i ovaj predmet dižemo

i kao što smo rekli u svom naučnom radu,

kako menjamo sadržaj kiseonika,
možemo da menjamo debljinu mrtve zone.

Postoji nekoliko ključnih varijabli
koje kontrolišemo: sadržaj kiseonika,

svetlost, intenzitet svetla,
doza koju treba osušiti,

viskoznost, geometrija

i koristimo veoma sofisticiran softver
da bismo kontrolisali ovaj proces.

Rezultat je zapanjujući.

25 do 100 puta je brže
od tradicionalnih 3D štampača,

što potpuno menja igru.

Pored te mogućnosti
dostavljanja tečnosti na interfejs,

možemo da idemo 1000 puta brže

i to otvara mogućnosti
za stvaranje dosta toplote,

a kao hemijski inženjer, veoma se uzbudim
zbog prenosa toplote

i zamisli da jednog dana možemo imati
3D štampače sa vodenim hlađenjem

jer će ići tako brzo.

Pored toga, zato što "uzgajamo" predmete,
eliminišu se slojevi

i delovi su monolitni.

Ne vidite površinsku strukturu.

Imate površine koje su glatke
na molekularnom nivou.

Mehanička svojstva većine delova
koji su nastali u 3D štampaču

na zlom su glasu zbog svojstava
koji zavise od pravca

u kom ih štampate,
zbog strukture nalik na slojeve.

Ali kada ovako "uzgajate" predmete,

svojstva ne zavise od pravca štampanja.

Ovi delovi izgledaju kao da su
nastali ubacivanjem u kalupe,

što je umnogome drugačije
od tradicionalnog 3D štampanja.

Pored toga, možemo da primenimo

ceo udžbenik hemije polimera

i možemo da osmislimo hemije
koje mogu da dovedu do izražaja

svojstva koja zaista želite
u 3D odštampanom proizvodu.

(Aplauz)

Eto ga. To je sjajno.

Uvek rizikujete da ovako nešto
neće raditi na sceni, zar ne?

Ali možemo da imamo materijale
sa sjajnim mehaničkim svojstvima.

Po prvi put, možemo imati elastomere

sa visokim elasticitetom i prigušenjem.

Pomislite na kontrolu vibracija
ili odlične patike, na primer.

Možemo da napravimo materijale
sa neverovatnom snagom,

visokim odnosom snage po težini,
zaista snažne materijale,

zaista sjajne elastomere,

pa bacite to u publiku.

Sjajna svojstva materijala.

Sada je prilika,
da ako zapravo napravite deo

koji ima svojstva da bude konačan deo

i to uradite sa revolucionarnom brzinom,

možete transformisati proizvodnju.

Sada se u proizvodnji dešava

takozvana digitalna nit
u digitalnoj proizvodnji.

Ide se sa CAD nacrta, dizajna,
na prototip, pa na proizvodnju.

Često se digitalna nit prekida
odmah kod prototipa

jer ne možete da odete do proizvodnje

jer većina delova nema svojstva
da bude konačni deo.

Sada možemo povezati digitalnu nit

sve od dizajna, preko prototipa,
do proizvodnje,

i to zaista otvara mogućnosti
za mnogo toga,

od automobila sa boljom ekonomijom goriva
gde se radi o boljim svojstvima rešetke

sa boljim odnosom snage i težine,

novim perajima turbine,
mnogo divnih stvari.

Pomislite da vam treba stent
u hitnoj situaciji,

umesto da doktor uzima stent sa police

u standardnoj veličini,

možete imati stent dizajniran za vas,
za vašu anatomiju

po vašem krvotoku

koji se štampa u hitnoj situaciji
u stvarnom vremenu od svojstava

tako da stent može da se skloni
nakon 18 meseci - zaista revolucionarno.

Ili digitalno zubarstvo
i pravljenje ovakvih struktura

čak dok ste u stolici kod zubara.

Pogledajte strukture koje pravimo
ja i moji učenici

na Univerzitetu Severne Karoline.

Ovo su neverovatne strukture
na mikro skali.

Svet je zaista dobar u nano-proizvodnji.

Murov zakon je doveo stvari
do nivoa od 10 mikrona i ispod.

Zaista smo dobri u tome

ali zapravo je veoma teško
napraviti stvari od 10 do 1000 mikrona,

to je mezoskala.

Suptraktivne tehnike
iz industrije silikona

to ne mogu da rade veoma dobro.

Ne mogu tako dobro da graviraju oblande.

Ali ovaj proces je tako nežan

da možemo da "uzgajamo" ove predmete
od samog početka

koristeći aditivnu proizvodnju

i da pravimo neverovatne stvari
za desetine sekundi,

otvarajući nove tehnologije senzora,

nove tehnike dostave lekova,

nove primene laboratorija na čipu,
zaista revolucionarne stvari.

Prilika da se u realnom vremenu
stvara deo

koji ima svojstva konačnog dela

zaista otvara 3D proizvodnju

i ovo je za nas veoma uzbudljivo
jer je ovo zaista posedovanje

preseka između hardvera, softvera
i molekularne nauke

i jedva čekam da vidim
šta će sa ovom alatkom moći da urade

dizajneri i naučnici širom sveta.

Hvala na slušanju.

(Aplauz)