Tip:
Highlight text to annotate it
X
Překladatel: Vladimír Harašta Korektor: Petra Submarine
Jsem ***šený, že tu dnes večer můžu být,
abych se s vámi podělil o něco,
na čem jsme pracovali přes 2 roky
a co se týká oblasti aditivní výroby,
která je jinak známá jako 3D tisk.
Vidíte zde tento předmět.
Vypadá poměrně jednoduše, ale současně je docela komplikovaný.
Je to soustava soustředných geodetických struktur,
které jsou mezi sebou propojeny.
V takové podobě je předmět tradičními výrobními technikami nevyrobitelný.
Má takovou symetrii, že se nedá vstřikovat do formy.
Dokonce se nedá ani vyfrézovat.
Je to práce pro 3D tiskárnu.
Ale většině 3D tiskáren by výroba trvala od 3 do 10 hodin
a my to dnes večer riskneme a zkusíme ho vyrobit na jevišti
během 10minutové přednášky.
Držte nám palce.
3D tisk je vlastně nevhodné pojmenování.
Jde v podstatě o opakovaný 2D tisk
a používá vlastně technologie spojované s 2D tiskem.
Představte si tisk inkoustem, kde nanášíte inkoust na stránku, aby vytvořil písmena
a jak to pak děláte pořád dokola, abyste vystavěli trojrozměrný objekt.
V mikroelektronice k tomu samému účelu
používají něco, čemu se říká litografie,
na výrobu tranzistorů a integrovaných obvodů
a několikeré nanášení struktury.
To všechno jsou technologie 2D tisku.
Já jsem chemik a také materiálový vědec
a mí spoluobjevitelé jsou také materiáloví vědci,
jeden je chemik, jeden fyzik
a 3D tisk nás začal zajímat.
Velmi často, jak sami víte, vzniknou nové nápady jednoduchým spojením
různorodých zkušeností lidí z odlišných komunit
a to je i náš příběh.
U T-1000 jsme se inspirovali
scénou z filmu „Terminátor 2“
a přemýšleli jsme: proč by 3D tiskárna také nemohla pracovat tímto způsobem,
kdy objekt vyvstane z louže
a v podstatě v reálném čase
a bez jakýchkoliv ztrát
vytvoří úžasnou věc?
Fajn, zrovna jako ve filmu.
A proč bychom se nemohli nechat inspirovat Hollywoodem
a přijít s postupem, kterým vlastně otestujeme, jestli to funguje?
To pro nás byla výzva.
A náš přístup k věci by, pokud by se nám to podařilo,
mohl v podstatě vyřešit tři problémy, které 3D tisku brání,
aby se stal výrobním procesem.
Za prvé, 3D tisk trvá věčnost.
To už houby rostou rychleji, než díly tištěné pomocí 3D. (Smích)
Natištění jedné vrstvy na druhou
vede k narušení mechanických vlastností
a nepřerušovaným tiskem bychom mohli tyto defekty eliminovat.
A kdybychom dokázali tisknout opravdu rychle, mohli bychom použít
samovytvrzovací materiály a dosáhnout úžasných vlastností.
Pokud by se nám v tomhle podařilo napodobit Hollywood,
byla by tím vyřešena i 3D výroba.
Náš přístup spočívá ve využití běžných znalostí
z polymerové chemie,
ve spřažení práce světla a kyslíku, aby součásti vyrůstaly kontinuálně.
Světlo a kyslík fungují rozdílným způsobem.
Světlo dokáže přeměnit pryskyřici na pevnou hmotu,
tekutinu na pevnou látku.
Kyslík tento proces zpomaluje.
Takže světlo a kyslík tvoří z pohledu chemie
vzájemné protipóly,
a pokud je dokážeme směrovat v prostoru,
mohli bychom tento proces řídit.
Říkáme tomu CLIP. [Kontinuální výroba v tekutém rozhraní]
Skládá se ze tří funkčních komponent.
Za prvé je to nádrž, ve které je tavenina,
zrovna jako u T-1000.
Na spodu nádrže je speciální okno.
Ještě se k němu vrátím.
Kromě toho tu máme rampu, která sestupuje do taveniny
a vytáhne předmět z tekutiny.
Třetí komponentou je systém digitální projekce světla,
který je umístěný pod nádrží
a který vyzařuje světlo v ultrafialovém pásmu.
Klíčové je okno vespod této nádrže,
je to velmi speciální okno, které je vyrobené z kompozitu.
Nejenom že je průchozí pro světlo, ale propouští i kyslík.
Má vlastnosti kontaktní čočky.
Podívejme se, jak celý proces funguje.
Bude to patrné, jakmile rampu ponoříte dovnitř.
U tradičního procesu, kde okno nepropouští kyslík,
vyrobíte dvojrozměrný vzor
a ten vám zůstane nalepený na okně, tedy u tradičního okna,
a když chcete začít s další vrstvou, musíte tu starou oddělit,
nanést novou pryskyřici a vrá*** se
a opakovat tento proces stále dokola.
Ale s naším speciálním oknem
jsme schopni zařídit, aby kyslík procházející spodem
utlumil světlem aktivovanou reakci,
a tím dostaneme mrtvou zónu.
Ta má tloušťku v řádu desítek mikronů,
to jsou dva nebo tři průměry červené krvinky,
je přímo v rozhraní okna a zůstává tekutá.
Vytáhneme objekt nahoru
a tak jak jsme o tom mluvili v časopise Science,
nastavením obsahu kyslíku měníme tloušťku mrtvé zóny.
Máme tak spoustu klíčových proměnných, které ovlivňujeme:
množství kyslíku, světlo, intenzitu světla, vytvrzovací dávku,
viskozitu, geometrii
a k řízení tohoto procesu používáme velmi sofistikovaný software.
Výsledek je ohromující.
Tisk je 25 až 100krát rychlejší než u tradičních 3D tiskáren,
což zcela mění situaci v oboru.
Navíc podle toho, jak jsme schopni přivádět kapalinu do rozhraní,
věřím, že dokážeme být tisíckrát rychlejší,
což by vlastně znamenalo velkou produkci tepla
a já jako chemik-technolog přenosy tepla zbožňuji,
stejně jako pomyšlení, že možná jednou budeme tiskárny chladit vodou,
protože budou tak rychlé.
A navíc, protože my věci necháváme vyrůstat, nemáme žádné vrstvy
a součástky jsou jednolité.
Strukturu na jejich povrchu nerozeznáte.
Povrch je molekulárně hladký.
Mechanické vlastnosti většiny součástí vyrobených na 3D tiskárně
jsou pověstné svými vlastnostmi, které jsou závislé na směru,
kterým jste je vytiskli, kvůli vrstevnaté struktuře.
Ale když necháte předměty vyrůstat,
vlastnosti na směru nezávisí.
Vypadají jako součásti vstřikované do forem,
úplně jinak než při tradiční 3D výrobě.
Navíc se do toho můžeme pustit
s celou učebnicí o polymerové chemii
a navrhnout chemické složení, které umožní dosáhnout vlastností,
jaké si jen u tištěných 3D objektů budete přát.
(Potlesk)
Je to tam. To je skvělé.
Vždycky riskujete, že vám taková věc při předvádění nezafunguje, že?
Ale my máme materiály se skvělými mechanickými vlastnostmi.
Poprvé v historii můžeme použít elastomery
s vysokou pružností nebo tlumením.
Představte si například tlumení vibrací nebo skvělé tenisky.
Vyrábíme materiály, které jsou neuvěřitelně pevné,
mají vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, jsou to opravdu pevné materiály,
opravdu skvělé elastomery,
hoďte si tímhle tam v hledišti.
Takže skvělé vlastnosti materiálu.
Představte si tu možnost vyrobit součástku,
která má finální vlastnosti,
a udělat to dosud nevídanou rychlostí,
můžete tím vlastně změnit průmyslovou výrobu.
Právě teď je ve výrobě trendem
takzvané digitální vlákno v procesu digitální výroby.
Vycházíme od CAD výkresu, což je návrh, přes prototyp, až k výrobě.
Často se digitální vlákno přeruší hned při výrobě prototypu,
jelikož si nemůžete dovolit to samé, co při výrobě,
protože většina součástí nemá vlastnosti hotových výrobků.
My teď dokážeme spojit celý proces
v digitálním vlákně bez přerušení, od návrhu přes prototyp až k výrobě
a tahle možnost opravdu zpřístupňuje celou řadu věcí,
od aut s menší spotřebou díky skvělým konstrukčním vlastnostem
s vysokým poměrem pevnosti a hmotnosti,
nové lopatky pro turbíny, celou řadu nádherných věcí.
Představte si, kdybyste v nouzové situaci potřebovali nitrožilní výztuž,
jinou než tu, kterou doktor vytáhne z police
a která má standardní rozměry.
Výztuž navrženou pro vás, podle vaší vlastní anatomie,
vašeho krevního řečiště,
vytištěnou v naléhavém případě v reálném čase a s takovými vlastnostmi,
že se vám po 18 měsících vstřebá: to je opravdu převratné.
Nebo digitální zubní lékařství a výrobu podobných věcí,
zatímco vy ještě sedíte v křesle.
A podívejte se, co vyrábí moji studenti
na Státní univerzitě v Severní Karolíně.
Tohle jsou úžasné mikrostruktury.
Víte, celosvětově jsme opravdu dobří v nanovýrobě.
Moorův zákon řídí věci od 10 mikronů níže.
V tomhle jsme opravdu dobří,
ale je vlastně velmi obtížné vyrobit věci v rozmezí od 10 do 1 000 mikronů,
tedy středně velkých.
Ani subtraktivní techniky z křemíkového průmyslu
to moc dobře udělat nedokážou.
Neumí tak dobře vyleptat wafery.
Ale tenhle proces je tak jemný,
že můžeme nechat vyrůstat tyhle předměty odzdola
použitím aditivní výroby,
vyrábět úžasné věci za desítky sekund
a otevřít nové možnosti pro technologie senzorů,
nové technologie podávání léků,
nové „lab-on-a-chip“ aplikace, opravdu přelomové věci.
Možnost vyrábět v reálném čase věci,
které mají vlastnosti hotových součástí,
opravdu otevírá dveře pro 3D výrobu
a my jsme tím velmi ***šení, protože je to opravdové vítězství
propojení hardware, software a molekulárních věd
a já už se nemůžu dočkat, až uvidím, co návrháři a technici z celého světa
s tímto skvělým nástrojem dokážou udělat.
Díky za pozornost.
(Potlesk)