Tip:
Highlight text to annotate it
X
Translator: Petra Submarine Reviewer: Vladimír Harašta
Som rád, že vám tu dnes môžem
predstaviť výsledok našej dvojročnej práce.
Ide o oblasť aditívnej výroby, známej ako 3D tlač.
Pozrite sa na túto vecičku.
Vyzerá jednoducho a pritom je dosť zložitá.
Tvoria ju vzájomne pospájané sústredné geodetické štruktúry.
Tak, ako je, sa nedá vyrobiť tradičnými výrobnými postupmi.
S takouto symetriou si vstrekovací lis neporadí.
Nedá sa to ani vyfrézovať.
Je to proste práca pre 3D tlačiareň,
ale bežnej 3D tlačiarni by to trvalo 3 až 10 hodín.
My to riskneme a skúsime to vyrobiť počas tejto 10-minútovej prednášky.
Držte palce.
3D tlač nie je úplne vhodný názov.
V skutočnosti ide o 2D tlač stále dokola
a aj použité technológie sú rovnaké ako pri 2D.
Je to ako atramentová tlačiareň,
ktorá nanáša farbu na papier a vytvára tak písmená;
keby ju vrstvila znovu a znovu, vznikla by 3D štruktúra.
Na tomto princípe funguje tzv. litografia,
ktorá sa v mikroelektronike používa na výrobu
tranzistorov a integrovaných obvodov.
To sú všetko 2D techniky.
Ja som chemik a materiálový inžinier,
moji kolegovia sú tiež materiáloví vedci,
jeden je chemik, druhý fyzik, a 3D tlač nás zaujala.
Ako to už býva, nové nápady vznikajú jednoduchým spojením
skúseností ľudí z rôznych odvetví a to bol aj náš prípad.
[Objav je vidieť, čo všetci, a myslieť, ako zatiaľ nikto.]
Inšpirovala nás scéna s robotom T-1000 z Terminátora dvojky.
Prečo by 3D tlačiareň nemohla fungovať takto,
že by objekt povstal z kaluže
v reálnom čase a prakticky bez odpadu?
Presne ako vo filme.
Podarilo by sa nám dosiahnuť,
aby to, čo vymysleli v Hollywoode, aj skutočne fungovalo?
To bola výzva.
Vedeli sme, že ak sa nám to podarí,
vyriešime tri veci, ktoré doteraz bránili 3D tlači,
aby sa stala výrobnou technikou.
Po prvé, 3D tlač trvá večnosť.
Sú huby, čo rastú rýchlejšie, než 3D-tlačené súčiastky.
[3D tlač trvá večnosť]
To vrstvenie spôsobuje aj mechanické vady
čomu by sa dalo zabrániť, ak by objekt rástol kontinuálne.
[Výtlačky sú mechanicky slabé]
Keby sme tlačili fakt rýchlo, dali by sa použiť samo-vytvrdzujúce materiály,
a dosiahli by sme úžasné vlastnosti.
[Obmedzený výber materiálu]
Ak by sa nám podarilo napodobniť Hollywood,
bola by to revolúcia v 3D výrobe.
Náš prístup je založený na bežných poznatkoch polymérovej chémie.
Plynulosť procesu dosahujeme súčinnosťou svetla a kyslíka.
Pôsobia odlišne.
Svetlo vytvrdzuje živicu, mení tekutinu na pevnú látku.
A kyslík tento proces brzdí.
Takže z chemického hľadiska sú svetlo a kyslík dva protipóly
a ak by sme s nimi vedeli manipulovať v priestore,
mohli by sme ten proces ovládať.
[Kontinuálna produkcia v tekutom rozhraní]
Voláme to CLIP. Má to tri funkčné časti.
Prvým je nádrž na tú tekutinu,
presne ako v Terminátorovi.
Zospodu má okno. K tomu sa ešte vrátim.
Potom je tam ponorná platforma,
ktorá z tekutiny plynulo vyťahuje výtlačok.
Treťou súčasťou je digitálny projektor pod tou nádržou,
ktorý premieta daný vzor UV svetlom.
Vtip je v tom, že to okno tu dolu
je zo špeciálneho kompozitu; prepúšťa nielen svetlo, ale aj kyslík.
Vlastnosťami niečo ako kontaktná šošovka.
Pozrime sa, ako to funguje. Spustíme platformu k oknu
a pri tradičnom postupe, kde je okno nepriepustné pre kyslík,
vzniká 2D vzor a ten sa na to okno nalepí.
Na to klasické, myslím.
Aby vznikla ďalšia vrstva, treba tú starú najprv odlepiť,
naniesť novú živicu, vrátiť sa a tak stále dokola.
[ožiariť – oddeliť – naniesť – vrátiť sa]
Ale cez naše špeci-okno zospodu prúdi kyslík
a ten to vytvrdzovacie pôsobenie svetla brzdí;
vznikne tak mŕtva zóna.
Tá meria rádovo stotiny milimetra,
to je dvoj – trojnásobok priemeru červenej krvinky,
a tesne pri okne tvorí to tekuté rozhranie.
Pritom objekt vyťahujeme nahor.
Ako sme popísali v článku pre Science,
hrúbku mŕtvej zóny meníme ovládaním koncentrácie kyslíka.
Môžeme nastavovať rôzne faktory:
obsah kyslíka, intenzitu svetla, vytvrdzovaciu dávku,
viskozitu, geometriu
a celé to ovládame pomocou dômyselného softvéru.
S ohromným výsledkom.
Je to 25 až 100-krát rýchlejšie než klasické 3D tlačiarne.
To je prelomové.
Vzhľadom na to, ako sme schopní privádzať tekutinu na rozhranie,
môže to ísť aj tisíckrát rýchlejšie,
čo by znamenalo veľkú produkciu tepla.
Mňa ako chemika – technológa fascinujú tepelné prenosy
a hlavne pomyslenie, že 3D tlačiarne sa raz budú musieť chladiť,
lebo sú také rýchle.
Navyše náš výtlačok nie je vrstvený, keďže rastie kontinuálne.
Je jednoliaty.
Nevidíte tú štruktúru. Povrch je molekulárne hladký.
Častým problémom klasických 3D výtlačkov je to,
že ich mechanické vlastnosti závisia na smere, v akom sa tlačili.
Kvôli tomu vrstveniu.
Ale keď rastú takto, vlastnosti nezávisia na smere.
[graf relatívnej pevnosti v ťahu]
Vyzerajú ako vstrekované do formy,
čo je veľký rozdiel oproti klasickým 3D výtlačkom.
Navyše môžeme do toho naládovať celú učebnicu polymérovej chémie;
dajú sa vytvoriť živice s presne takými vlastnosťami,
aké si len budete pre svoj výrobok priať.
(potlesk)
Máme to tu. Paráda.
Človek vždy riskuje, že sa takéto niečo na javisku nepodarí.
Môžeme použiť materiály so skvelými mechanickými vlastnosťami.
Napríklad vysoko elastické alebo vysoko tlmiace elastoméry.
To by sa hodilo na tlmenie vibrácií alebo trebárs na tenisky.
Môžeme vyrobiť ohromne silný materiál, s dobrým pomerom pevnosti a hmotnosti.
Tieto tu sú z úžasných elastomérov, hoďte to ďalej do publika.
Takže skvelé materiálové vlastnosti.
Dnes ide aj o toto:
Ak má náš výtlačok všetky požadované vlastnosti konečného výrobku
a jeho tlač je naozaj rýchla,
mení sa tým celá logika výroby.
Súčasným trendom v digitálnej výrobe je tzv. digitálne vlákno.
Ide to od návrhu v CADe, cez prototyp až k výrobe.
Digitálne vlákno sa však niekedy preruší už pri prototype,
nedá sa prikročiť k výrobe,
lebo väčšina dielcov nemá vlastnosti požadované pre finálny výrobok.
Teraz môžeme prepojiť digitálne vlákno
od návrhu cez prototyp až k výrobe.
Otvára to kopu možností: od áut s nízkou spotrebou,
vďaka ľahkým a pevným mriežkovým materiálom,
až k novým lopatkám turbín a ďalším skvelým veciam.
Predstavte si, že ste na pohotovosti, potrebujete cievnu výztuž
a lekár nemusí vyberať spomedzi štandardných stentov v zásuvke,
ale v tejto núdzovej situácii rýchlo vytlačí stent
presne podľa vašej anatómie, vášho krvného riečiska,
a to z materiálu, ktorý sa po roku a pol vstrebe,
naozaj prevratné.
Alebo digitálna zubarina a tlačenie podobných vecičiek počas toho,
čo vy sedíte v zubárskom kresle.
Pozrite sa, čo vyrábajú moji študenti na University of North Carolina.
Úžasné mikro-štruktúry.
Dnes sme v nano-výrobe dobrí.
Moorov zákon popohnal veci menšie ako 10 mikrometrov.
To nám fakt ide,
príliš sa nám ale nedarí vyrábať veci od 10 do 1000 mikrometrov,
strednú mierku.
Ani subtraktívne techniky polovodičového priemyslu,
ako je leptanie waferov, nie sú dokonalé.
Ale náš proces je úplne jemný,
objekt rastie zospodu aditívnym postupom
a v ráde desiatok sekúnd vznikajú úžasné veci.
To sú nové možnosti pre senzorové technológie,
pre systémy podávania liečiv, pre aplikácie lab-on-a-chip,
fakt revolučné veci.
To, že výtlačok môže mať rovno vlastnosti finálneho produktu,
spolu s rýchlosťou tlače,
to mení celú 3D výrobu.
My sme z toho ***šení, lebo sa nám podarilo pokryť
priesečník medzi hardvérom, softvérom a molekulárnou vedou
a neviem sa dočkať, s čím prídu dizajnéri a inžinieri z celého sveta
vďaka tejto skvelej pomôcke.
Ďakujem za pozornosť.
(potlesk)