倘若3D打印快100倍？

狄西蒙：我们所认识的3D打印技术，实际上只是重复进行的2D打印，效率很低… 狄西蒙在TED2015讲台上，揭秘了一种大胆新颖的技术。——技术灵感正是来自于《终结者2》——此项技术的运用可使3D打印加速25到100倍，并制造出光滑耐用的部件。这能否最终帮助3D打印实现它的光明前景呢？

我今天非常荣幸在此

与大家分享我们最近两年

所致力研究的成果，

这些成果是在积层制造领域取得的，

也就是所谓的3D打印。

大家可以看下我手里这个东西。

看似简单，但又相当复杂。

这是一个同心和密网格结构的组合，

每个部分都彼此相连。

它并非传统制造技术所能完成。

结构具有对称性，因此不能注塑模具。

甚至不能通过铣削制造。

这需要3D打印技术来实现，

但大多数3D打印机需要
3-10小时来完成整个制造过程，

今晚我们会尝试用
我上台演讲的10分钟时间

来完成这个制造过程。

祝我们好运吧！

“3D打印”的叫法其实并不恰当。

技术的本质是反复进行二维印刷，

采用的是二维印刷的相关技术。

试想你正在使用喷墨打印机
在纸上打印文字，

反复进行这一过程
就可以构建一个三维物体。

在微电子学中，

人们使用相同原理的光刻技术，

来制造晶体管和集成电路，

反复构建一个结构。

这些都是二维印刷技术。

我是个化学家，也是材料学家，

我的发明伙伴也都是材料学家，

一个是化学家，一个物理学家，

我们开始对3D打印产生了浓厚的兴趣。

大家知道，新颖的想法往往只是一些

不同机构里跨领域跨背景的人
相互沟通后的产物，

而这就是我们的故事。

我们的灵感来源于

《终结者2》的机器人T-1000
出现的一个场景，

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？

让一个物体从液体中成形，

达到实时完成并

避免造成浪费的目的，

又能制造出很棒的物体。

就像电影中那样。

我们可否取材好莱坞，

找出办法真正尝试实现这一效果？

这就是我们面临的挑战。

而我们的思路是，
如果我们能做到，

那我们就可以从根本上解决

阻碍3D打印进入制造工程的三个难题。

首先，3D打印耗时太长。

甚至某些蘑菇生长速度
都比3D打印制造还快。（笑声）

积层叠加的制造工艺

使得机械性能存在缺陷，

如果能实现无间断制造，
就可以消除这些缺陷。

事实上，如果生产速度够快，
也可以开始使用

自凝材料，取得材料特性上的突破。

如果我们能成功模仿好莱坞，

我们就可以真正解决3D制造问题。

我们的方法是使用高分子化学领域中的

常识性知识，

通过控制光和氧气来进行无间断制造。

光和氧气的作用不同。

光可以将液态树脂转换成固体，

即把液体转换为固体。

氧气则可抑制这一过程。

所以从化学角度看，

光和氧气的作用彼此对立，

我们要是能立体地控制光和氧气，

我们就可以控制制作过程。

我们将这个过程称为
CLIP（无间断液态界面印制法）。

CLIP有三个功能组件。

第一个是用于存放液体的容器，

就像液态金属机器人T-1000。

容器的底部有一个特殊窗口。

我等下会谈到。

组件二是一个平台，可下降至容器，

把物体从溶液中径直拉出。

第三部分是数字光投影系统，

位于容器的下方，

可提供紫外光区域的照明。

关键就在于容器底部的窗口，

这是一个复合体，
一个非常特殊的窗口

不仅透光，而且透氧。

性质与隐形眼镜相似。

这里可以看到这个过程是如何进行的。

大家可以看到，
当架台降低到那里，

传统制造使用不透氧窗，

可以制造出二维图案，

并最终用传统的不透气窗口
将图案粘合到窗口上，

因此，要形成下一层，
你必须将其分开，

重新添加树脂、重新定位，

并重复完成这个过程。

但用我们的特殊窗口，

我们可以让氧气从底部进入，

当光线击中氧气，

氧气就会抑制反应，

形成一个无感区。

无感区大约有几十微米厚，

大约是红细胞直径的两三倍，

位于窗口接口处依然可以保持液体状，

然后我们把这物体拉出，

正如我们在《科学》杂志中介绍的，

我们只要改变氧含量，
就可以改变无感区的厚度。

因此我们控制了一些关键变量：
氧含量、

光、光的强度、凝剂剂量、

粘度、形状结构。

我们用非常精密的软件
来控制这个过程。

得出的成果是相当惊人的。

与传统的3D打印机相比，
这要快25到100倍，

这是划时代的变革。

另外，随着控制接口
液体调节的能力提升，

我相信打印速度可以再快1000倍，

而这同时开启获得大量热量的机会，

而作为一名化学工程师，
我热衷于热量的转化，

未来也许会出现水冷式3D打印机，

因为打印的速度太快了。

另外，因为我们生长式的制造方式，
摒弃了传统的积层制造，

部件的整体性得到提升，

你看不到表层到结构。

可以得到分子级的平滑表面。

3D打印的大部分部件

并不受欢迎，
这是因为层式结构导致其机械特性

取决于你打印时的方向和定位。

但当你通过生长式的方式打印，

物体的特性不会因打印方向而变。

这些看起来更像浇筑零件，

与传统的3D制造大不一样。

此外，我们能够利用

整本高分子化学课本的知识，

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

所期待的特性。

（掌声）

做好了，非常棒！

在台上做这样的事总会担心它不成功，
对吧？

但是我们的材料有强大的机械特性。

这是第一次，我们可以制作高弹性

或高阻尼系数的弹性体。

试想用它们进行振动控制
或者制作优质运动鞋。

我们可以制造出超高强度材料，

具有高强度重量比，
真正的超高强度材料，

真正超弹力材料，

那么我抛给在场的观众感受一下。

这些都是伟大的材料特性。

眼前的机遇就是：如果制造出的成果

可以成为最终成品，

又能以行业变革的速度进行，

那就可以真正改变制造业的面貌。

目前在制造业中，数字化制造领域

正在应用的就是所谓的“数字线”。

我们从CAD绘图、设计，到原型，再到制造。

经常会发生数字线生产在
原型制造这一环节卡壳，

因为无法直接生产制造，

因为大部分部件不具备
成为最终产品的特性。

现在我们可以把数字化线的
每个环节串联起来

从设计、原型设计一直到制造，

这一机遇真正打开了
制造各样物品的可能性，

例如可以通过使用高强度重量比的
网格型材料，

新的涡轮叶片，以及其他很多

性能优越的零件来降低汽车的油耗。

想想看，如果你在急救中需要一个支架，

相比医生从架子上拿一个

标准尺寸的支架而言，

一个符合你自身结构，

为你量身定做的支架，

在紧急情况下可随时打印获得，

而支架可以在18个月后消失：
革命性的改变。

或者数字化牙科：
就在你躺在牙医椅子上时

就可以做出这类结构。

看看我的学生

在北卡罗莱纳大学所完成的成果。

这些是令人惊叹的微型结构。

众所周知，现今世界的
纳米制造技术已经非常尖端了。

摩尔定律已经让我们可以制作10微米
甚至更小的物体，

我们这方面做得很好，

但在10到1000微米的范围内
制造物体是非常困难的，

在这个中等尺度范围。

而硅产业的消减技术

无法胜任此工作。

他们不能理想地蚀刻芯片。

但我们的制造过程相当精细，

可以从底部向上制作物体，

利用添加制造技术，

在几十秒内达到惊人的效果，

这将带来新的传感技术、

新的药品传输技术、

崭新的”芯片实验室“应用
等真正的革命性产物。

因此这种让零件制造成为成品的

实时制造技术，

真正打开了3D制造业的大门，

对我们来说，这非常令人振奋，

因为这真正实现了硬件、
软件和分子科学之间的交互，

我迫不及待地想看到
世界各地的设计师和工程师们

会用这伟大的工具做出什么成果。

感谢各位的聆听。

（掌声）