Джо ДеСімон, натхненний фільмом "Термінатор-2" і моделлю Т-1000, розробляє нові способи швидкісний 3D друку. В основі процесу - безперервне виробництво з рідкого інтерфейсу. Зараз його метод 3D друку вже в 100 разів швидше існуючих. Як це змінить виробничі процеси майбутнього?
Я дуже радий поділитися з вами тим, над чим ми працювали більше двох років в області аддитивного виробництва, так само відомого, як 3D-друк.
Маєте доступ до цього предмет? Він виглядає простим, але в той же час він досить складний. Це комплект концентричних геодезичних структур зі зв'язками між один одним. Його не можна виготовити за допомогою традиційної технології виробництва. У нього така симетрія, якій не можна досягти за допомогою лиття під тиском. Ви не зможете зробити його навіть за допомогою фрезерування. Це завдання для 3D-принтера, але у більшості 3D-принтерів піде від 3 до 10 годин на його виготовлення. Сьогодні ми візьмемо на себе ризик спробувати виготовити його на сцені протягом цього 10-хвилинного виступу. Побажайте нам удачі.
Я хімік, а також матеріалознавець, і мої колеги винахідники - теж матеріалознавці, один - хімік, інший - фізик. Ми почали цікавитися 3D-печаткою. Як ви знаєте, дуже часто нові ідеї є результатом зв'язку між людьми з різним досвідом в різних спільнотах, і це - як раз наш випадок.
Нас надихнула сцена з фільму «Термінатор 2» про модель Т-1000, і ми подумали, чому б 3D-принтера не працювати таким же чином, коли об'єкт піднімається з рідкого стану практично в реальному часі, не залишаючи істотних відходів, щоб перетворитися в чудовий об'єкт? Прямо як у фільмах. Міг би Голлівуд надихнути нас на те, щоб придумати способи змусити це працювати? Це було нашою складним завданням. Наш підхід був таким: якщо ми зможемо зробити це, то зможемо впоратися з трьома проблемами, що заважають 3D-друку стати виробничим процесом.
Перша - 3D-друк займає багато часу. Є гриби, які ростуть швидше, ніж друкуються 3D-деталі. Пошаровий процес призводить до дефектів механічних властивостей, і якби процес йшов безперервно, ми могли б усунути ці дефекти. Фактично, якби він йшов дуже швидко, ми також могли б почати використовувати самоотверждаємиє матеріали і отримали б вражаючі властивості. Якби ми змогли добитися успіху, змогли б імітувати Голлівуд, ми фактично могли б задуматися про 3D-виробництві.
Наш підхід полягає у використанні деяких стандартних знань в області полімерної хімії, щоб використовувати світло і кисень для безперервного створення деталі. Світло і кисень працюють в різних напрямках. Світло може взяти смолу і перетворити її в тверду речовину, перетворити рідину в тверду речовину. Кисень стримує цей процес. Світло і кисень є полярними протилежностями один одного з точки зору хімії, і якщо ми зможемо управляти світлом і киснем в просторі, ми зможемо контролювати цей процес. Ми називаємо це НПЖІ [Безперервне Виробництво з рідкого Інтерфейсу - Прим. ред.].
Воно має три функціональних компонента. Перший - у нього є резервуар, що утримує рідка речовина, прямо як T-1000. На дні резервуара є спеціальне вікно. Я розповім про це пізніше. Крім цього, у нього є платформа, яка буде опускатися в рідину і витягати звідти предмет. Третій компонент - цифрова система проектування світла, що знаходиться під резервуаром, що випромінює світло в ультрафіолетовому діапазоні.
Ключовий момент у тому, що це вікно на дні резервуара - це композит, це особливе вікно. Воно пропускає не тільки світло, а й дозволяє проникати кисню. Воно має характеристики як у контактної лінзи. Отже, ми можемо бачити, як працює процес. Ви можете почати бачити це в міру того, як опускаєте туди платформу. При традиційному процесі з непроникним для кисню вікном ви робите двомірну модель і приклеюєте її на платформу за допомогою традиційного вікна. Для того, щоб нанести наступний шар, ви повинні від'єднати платформу, додати нову суміш, перемістити платформу і проробляти цей процес знову і знову.
Результат просто приголомшливий. Він від 25 до 100 разів швидше, ніж традиційні 3D-принтери, що змінює правила гри. Крім того, при здатності доставляти рідина в цей інтерфейс, я думаю, ми можемо зробити процес до 1 000 разів швидше. Це фактично відкриває можливість для генерації великої кількості тепла, і, як інженера-хіміка, мене дуже хвилює передача тепла і ідея про те, що одного разу у нас будуть 3D-принтери c водяним охолодженням, тому що вони будуть працювати дуже швидко.
До того ж, використовуючи такий метод, ми усуваємо шари, що робить предмети монолітними. Ви не бачите структуру поверхні. Ви отримуєте молекулярно гладкі поверхні.
Механічні властивості більшості деталей, зроблених на 3D-принтері, сумно відомі наявністю властивостей, що залежать від орієнтації, при якій їх друкували, через шарової структури. Але коли ви створюєте предмет таким чином, властивості залишаються незмінними незалежно від напрямку друку. Ці вироби схожі на литі, що дуже відрізняється від традиційного 3D-виробництва.
Крім того, ми можемо застосувати при цьому знання з усього підручника з полімерної хімії, розробивши хімічні склади, що володіють властивостями, якими ви хочете наділити об'єкти 3D-друку.
Приголомшливі властивості матеріалу. Можливості зараз такі, що, якщо ви насправді створюєте предмет, що має такі властивості, при яких він може бути кінцевим виробом, і робите це на революційних швидкостях, ви реально можете перетворити виробництво.
Зараз у виробництві відбувається так званий цифровий потік. У цифровому виробництві ми йдемо від креслення, зробленого в САПР, від дизайну, до прототипу і до виробництва. Найчастіше цифровий потік переривається на стадії прототипу, тому що ви не можете перейти до виробництва через те, що більшість частин не має властивостей, необхідних для кінцевого продукту. Тепер ми можемо відновити цифровий потік на всьому шляху від дизайну до створення прототипів і до виробництва, і ця можливість дійсно дозволяє створювати нові предмети: від більш економічних машин з поліпшеними структурними властивостями, з високим коефіцієнтом міцності до ваги, до нових лопаток турбіни - всіляких дивовижних речей.
Або взяти цифрову стоматологію і створення ось таких структур, поки ви перебуваєте в кріслі у стоматолога. Подивіться на структури, які мої студенти створюють в Університеті Північної Кароліни. Це приголомшливі мікроскопічні структури. Ви знаєте, світ домігся великих успіхів у нанотехнологіях. Закон Мура дозволив створювати предмети в 10 мікрон і менше. У нас це виходить дуже добре, але насправді дуже важко зробити речі від 10 мікрон до 1 000 мікрон, то, що називається мезомасштабом.
І субтрактівниє методи у виробництві мікросхем не можуть робити це дуже добре. Вони не можуть труїти кремнієві пластини так добре. Але наш процес настільки м'який, що ми можемо створювати об'єкти від низу до верху за допомогою адитивного виробництва і робити дивовижні речі за десятки секунд, відкриваючи нові сенсорні технології, нові методи доставки лікарських препаратів до ділянки дії, нові додатки «лабораторія на чіпі» - дійсно революційні речі .
Так що можливість створення предмета в реальному часі, що має властивості, при яких він може бути кінцевим виробом, дійсно надає умови для 3D-виробництва.
Ми дуже схвильовані, тому що перебуваємо в точці перетину між обладнанням, ПО і молекулярної наукою, і мені не терпиться побачити, що дизайнери та інженери по всьому світу зможуть зробити за допомогою цього прекрасного інструменту.