اگر چاپگر سه بعدی ۱۰۰ برابر سریعتر بود چه؟
متن سخنرانی :
خوشحالم که امروز اینجا هستم تا با شما کاری را که انجام میدهیم و بیشتر از دو سال مشغول ان بودیم را در میان بگذارم، و این کار تولید به روش افزودن، یا چاپ سه بعدی هست.این شی را در دست من می بینید. به نظر ساده می آید. ولی در عین حالبسیار پیچیده هست. این مجموعه ای از ساختارهای هم مرکزجئودزیک هست، که به هم مرتبط هستند. این شی، با روش های مرسوم قابل تولید نیست. تقارنی دارد که قابل تزریق نیست. حتی نمی توان با تراشکاری آن را ساخت. این کار چاپگر سه بعدی است. اما بیشتر پرینترهای سه بعدی بین ۳ تا ۱۰ ساعتبرای ساخت این زمان صرف می کنند، و می خواهیم خطر کنیم و ظرف ده دقیقه‌ی این سخنرانی سعی کنیم که بر روی صحنه آن را بسازیم. برایمان آرزوی موفقیت کنید.
در واقع نام چاپگر سه بعدی نام اشتباهی برایش هست. این یک چاپگر دوبعدی است که کاری را بارها و بارها انجام می دهد، و در حقیقت تکنولوژی چاپگر دوبعدی را بکار می گیرد. درباره چاپگر تزریقی فکر کنید که شما جوهر را دران برای چاپ بر روی کاغذ می گذارید. و سپس بارها و بارها اینکار را انجام دهید تا یک شی سه بعدی درست کنید. در میکروالکترونیک، آنها از چیزی به نام لیتوگرافی استفاده می کنند تا کاری مشابه این را انجام دهند، برای ساخت ترانزیستورها و مدارهای بسته و ساخت سازه ای برای چندین مرتبه. همه اینها فنآوری چاپ دو بعُدی هستند.
من دانشمند شیمی و مواد هستم، و همکاران نوآور من نیز دانشمندان مواد هستند، یکی شیمیدان و دیگری فیزیکدان هستند، و ما علاقمند به چاپ سه بعُدی شدیم. میدانید که ایده های نو با ارتباطات ساده بین افراد با تجارب متفاوت در جوامع متفاوت بوجود می اید، و داستان ما نیز همینطور است.
ما از صحنه فیلم ترمیناتور۲ برای T-1000, الهام گرفتیم، و فکر کردیم، چرا روش چاپ سه بعُدی بکار نگیریم، جایی که شما شی را از یک حوضچه مایع در زمان واقعی بالا می آورید بدون هیچ ضایعات موادی برای ساخت یک چیز بسیار عالی. بسیار خوب، درست مثل فیلم‌ها. آیا می توان از هالیوود الهام گرفت و روشی یافت تا واقعا بتوان این کار را کرد؟ این چالش ما بود. اگر بتوانیم اینکار را بکنیم،این دستآورد ما خواهد بود، پس ما می‌توانیم بطور بنیادی سه موضوع برای چاپ سه بعدی در فرایند تولید مطرح کنیم.
یک، چاپ سه بعدی زمان طولانی را می برد. قارچ‌ها خیلی سریعتر از چاپ سه بعدی می رویند.( خنده تماشاگران) فرآیند لایه لایه بودن آن موجب تخریب خواص مکانیکی قطعه می شوند، اگر بتوانیم شی را پیوسته عمل آوریم،می توانیم این آثار تخریبی را از بین ببریم. در حقیقت، اگر ما واقعا بتوانیم سریعا شی را عمل آوریم،می توانیم شروع به استفاده مواد کنیم که اینها خودشان سفت و محکم می شوندو ما می توانیم ویژگیهای شگفت آوری در قطعه عمل آورده شده داشته باشیم. اگر بتوانیم این را شروع کنیم،و از هالیوود تقلید کنیم، می توانیم چاپ سه بعدی داشته باشیم.
رویکرد ما استفاده از برخی دانش‌های استاندارد شیمیایی پلیمری برای مهار نور و اکسیژن برای رشد مداوم و عمل آوردن قطعه بود. نور و اکسیژن به روشهای متفاوتی کار می کنند. نور می تواند رزین را بگیرد وتبدیل به یک جسم جامد بکند، در واقع می تواند مایع را به جامد تبدیل کند. اکسیژن مانع انجام این فرآیند است. بنابراین نور و اکسیژن از نقطه نظر شیمایی دو قطب متضاد بکدیگر هستند، و اگر بتوانیم اکسیژن و نور را بطور جداگانه کنترل کنیم، می‌توانیم این فرایند را نیز کنترل کنیم. ما آن را CLIP نامیدیم [خط اتصال تولید مایع پیوسته] این مولفه ای از سه عملکرد متفاوت است. یک، این مخزن برای نگهداری مایع دارد، درست مانند T-1000. در ته مخرن یک پنجره مخصوص وجود دارد. بعدا درباره این صحبت خواهیم کرد. با اضافه، یک مرحله پائین تر از مایع کردن و بیرون آوردن قطعه از مایع . سومین مولفه سیستم عملکردی دیجیتالی نور در زیر مخزن هست، روشن کردن آن با نورمنطقه اشعه ماوراء بنفش.
نکته کلیدی پنجره زیر مخزن است، این پنجره از اجزاء مختلف تشکیل شده و خیلی خاص می باشد. این حتی نسبت به نور شفاف نیستاما نسبت به اکسیژن نفوذپذیر است. این خواصی مشابه لنز چشمی دارد. بنابراین ما می‌توانیم ببینیم که فرایند کار چگونه است. شما می تواند مراحل پائین را در اینجا ببینید، در روش مرسوم با پنجره نفوذپذیر اکسیژن ، شما یک الگوی دو بعدی تهیه می کنید و ان را در این پنچره روش مرسوم قرار می دهید و برای قراردادن لایه بعدی، ما باید این را جدا کنیم، رزین جدید را قرار می دهیم، و آن را تغییر موقعیت دهیم، و این فرایند را بارها و بارها تکرار کنیم. اما با پنجره خیلی خاص ما، کاری که ما قادریم انجام دهیم، با اکسیژنی که از پائین می‌اید و نوری که به آن برخورد می کند، اکسیژن مانع واکنش می شود، ما مرحله مُرده را شکل دادیم، (مرحله ای که هیچ واکنش انجام نمی شود و قطعه محکم می شود) در مرحله مُرده دهها میکرون ضخامت ایجاد می شود ، خُب این دو یا سه قطر از مایع قرمز رنگ است، درست در پنجره محل اتصال مایع باقی می ماند، و ما این شی را بیرون می کشیم، و همانطور که در مورد مقاله های علمی صحبت می‌کنیم، وقتی ارتباط اکسیژن را تغییر می دهیم،می توانیم ضخامت مرحله مرده را تغییر دهیم. خب تعداد کلید متغییر داریم کهمی توانیم اکسیژن ، نور، شدت نور، چسبناکی و شکل هندسی آن را کنترل کنیم و نرم افراز بسیار پیچیده‌ای را برای این فرایند استفاده می کنیم.
نتیجه سرگیجه آوره. این بین ۲۵ تا۱۰۰ برابر سریعتر ازروش مرسوم چاپگر سه بعدی عمل می کند، که بازی را تغییر می دهد. علاوه بر آن، چون ما می توانیم مایع را به محل اتصال بیاوریم، معتقدم که ما می توانیم ۱٫۰۰۰ مترتبه سریعتر باشیم، و در حقیقت این فرصتهایی زیادی را برایتولید مقدار زیادی گرما ایجاد می کند، و به عنوان مهندس شیمی، و این ایده که شاید روزی ما چاپگر سه بعدی با خنک کننده آبی داشته باشیم، زیرا آنها خیلی سریع عمل می کنند. علاوه بر آن، به لیل اینکه ما چیزی را رشد می دهیمما لایه ها را میان برمی داریم، و قطعه یکپارچه هست شما روی سطح قطعه ساختار آن را نمی بینید. شما سطح صاف از لحاط مولکولی دارید. روش مکانیکی بیشتر قطعاتی که توسط چاپگر سه بعدی ساخته شده به دلیل داشتن بعضی ویژگیها بدنام هستند و این بستگی به جهت گیری دارید که شما به آن اشاره می کنید، زیرا لایه ها مانند یک سازه می مانند. اما هنگامی که شما یک شی مانند این عمل می‌اورید، خواص توسط جهت چاپگر ثابت می شود. این مانند قطعه تزریقی می ماند، که بسیار متفاوت از روش مرسوم تولید سه بعدی هست. علاوه بر آن، ما قادریم تمامی کتاب های شیمی پلیمر مثل این را به اضاف کنیم، و قادر خواهیم بود که طراحی شیمیایی منجر به ایجاد ویژگیهایی خواهد شد که شما واقعا می خواهید در شیی که توسط چپگر سه بعدی ساخته موشد وجود داشته باشد.
( تشویق تماشاگران)
همه اش همین است. این عالی است. همیشه این خطر را درد که چیزی شبیه این بر روی صحنه کار نکند، درسته؟
خوب.اما می توانیم موادی راداشته باشیم با ویژگیهای مکانیکی بسیار عالی. برای اولین بار، می توانیم لاستومرها که خاصیت ارتجاعی بالا یی را دارند را داشته باشیم. در مورد کنترل ارتعاشات و یا داشتنکفش ورزشی خوب برای مثال فکر کنید. ما موادی که استحکام باورنکردنی دارند را می‌توانیم بسازیم. نسبت استحکام به وزن،مواد بسیار محکمی با قابلیت ارتجاعی بسیار بالا، من این را بین حاضرین پرتاب می کنم. پس خواص مواد خوب،
خُب فرصت ها .اگر یک قطعه را بسازید که قطعه نهایی خط تولید باشد، و آن را در بازی تغییر سرعت قراردهید، می توانید روش تولید را دگرگون کنید. اکنون، در تولید، انچه که اتفاق می افتد این است، آنچه که به اصلاح رشته دیجیتالی در تولید دبجیتالی می گویند. ما از نقشه اتوکد، به طرح نقشه اولیه تا نقشه ساخت نمونه می رویم. اغلب، رشته دیجیتالی درست در زمان ساخت نمونه شکسته می‌شود، زیرا شما تمامی مسیر تولید را نمی توانید بروید چونکه بیشتر قطعات این ویژگی را ندارند که قطعه نهایی باشند. حال آنکه ما می توانیم رشته دیجیتالی را در تمامی مسیر طراحی تا نمونه اولیه به هم متصل کنیم، و این ویژگی درهای زیادی را باز می کند، از بهبود در بهروری سوخت اتومبیل با ویژگیهایتوری های مشبک و استحکام بالا نسبت به وزن، پره های توربین، و تمامی چیزهای بسیار شگفت انگیز دیگر.
درباره اینکه شما در شرایط اضطراری نیازبه یک استنت( توری که داخل رگ میگذارند) داشته باشید، به جای اینکه دکتر استنت را با سایز استاندارد به داخل قفسه سینه شما هل دهد، داشتن یک استنت که دقیقا برای آناتومی بدن شما طراحی شده باشد انشعابات لازم بدن خودتان، در شرایط اضطراری در همان زمان چاپ شودبا ویژگیهای لازم که بعد از ۱۸ ماه برداشته شود: این واقعا همه چیز را عوض می کند. یا در صنعت دیجیتال، ساخت تمامی این سازه ها حتی هنگامی که شما روی صندلی دندانپزشک نشسته اید. به این سازه که دانشجویانم در دانشگاه کارولینای جنوبی ساخته اند نگاه کنید. اینها سازه های مایکرو شگفت انگیزی هستند.
جهان واقعا در ساخت ننو عالی هست. قانون مور برای چیزهای به ضخامت ۱۰ میکرون و کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. ما واقعا در این زمینه خوب هستیم، اما واقعا خیلی مشکل هست که یک قطعه را از۱۰ میکرون به ۱٫۰۰۰ میکرون ضخامت تولید کنیم، مزوسکوپی. و تکنیک های کاهشیدر صنعت سیلیکون (عمدتا در تولید تراشه های کامپیوتربکار میرود) نمی تواند خیلی خوب عمل کند. آنها نمی توانند حالت شبکه تخلخلی خیلی خوبی ایجاد کنند. اما این فرایند بسیار ظریف هست، و ما می توانیم این اشیاء را از پائین عمل اوریم با استفاده از تولیدات افزودنی چیزهای بسیار جالبی را در چند ده ثانیه می سازد، باز کردن فن آوری سنسور جدید، تکنیک‌های داروهای جدید، آزمایشگاه جدیدی بر روی تراشه برنامه های کاربردی،واقعا همه چیزرا تغییر میدهد.
بنابراین فرصت ساختیک قطعه را در زمان واقعی که دارای خواص قطعه نهایی باشد برای تولیدات توسط چاپگر سه بعدی راه باز می‌شود، و برای ما، این بسیار هیجان انگیز است،زیرا ما اکنون تلاقی بین سخت افزار،نرم افزار و علوم مولکولی با هم داریم، و من نمی توانم صبر کنم تا ببینم که طراحانو مهندسان سراسر جهان چه چیزهایی را با این ابزار طراحی می کنند.
برای شنیدن حرفهایم سپاسگزارم.
(تشویق)
