Tip:
Highlight text to annotate it
X
Fordító: Zsuzsa Vida Lektor: Peter Pallós
Izgatottan állok itt ma este,
hogy elmondjam önöknek, min dolgozom
több mint két éve,
ez pedig az ún. növesztő gyártás területe,
másként: 3D-nyomtatás.
Itt egy tárgy.
Elég egyszerűnek látszik, de ugyanakkor nagyon bonyolult.
Koncentrikus geodetikus szerkezetek sorából áll,
amelyek össze vannak kapcsolódva.
A darabot nem lehet hagyományos gyártási eljárással elkészíteni.
Olyan a szimmetriája, hogy fröccsöntéssel nem állítható elő.
Marással sem lehet legyártani.
Ez 3D-nyomtatónak való feladat,
de a legtöbb 3D-nyomtatónak a gyártás 3-10 órába telne,
de ma este megkockáztatjuk, hogy tízperces előadásom alatt
a munkadarab elkészüljön.
Kívánjanak hozzá sok szerencsét.
A 3D-nyomtatás voltaképpen helytelen elnevezés.
Az eljárás valójában folytonosan ismételt 2D-nyomtatás,
amely a 2D-nyomtatás technológiáját alkalmazza.
Pl. a tintasugaras nyomtatóval a papírra festéket juttatunk, ebből lesznek a betűk.
Az eljárást ismételgetve háromdimenziós tárgyat növeszthetünk.
A mikroelektronikában erre a célra
litográfiának nevezett eljárást használnak
tranzisztor és integrált áramkör gyártására,
ismétléssel építve föl a szerkezetet.
Ezek mind 2D-s nyomtatási technológiák.
Vegyész vagyok, és anyagtudománnyal is foglalkozom,
akárcsak feltaláló-társaim.
Egyikük vegyész, a másik fizikus.
Felkeltette az érdeklődésünket a 3D-nyomtatás.
Mint tudják, gyakori, hogy új ötletek eltérő körbe tartozó,
más tapasztalattal bíró emberekhez kapcsolódnak,
így történt velünk is.
Az ihletet
a Terminator 2 T-1000 jelenetétől kaptuk.
Az jutott eszünkbe, miért ne működhetne ugyanígy egy 3D-nyomtató,
ahol egy tárgy egy tócsából nőne ki
lényegében azonnal,
és lényegében hulladék nélkül:
így keletkezne egy nagy tárgy?
Mint a filmekben.
De a Hollywoodtól nyert ihlet elég lesz-e,
hogy működjön is a szerkezet?
Ebben állt a feladatunk.
Úgy véltük, ha ez sikerül, akkor elhárítottuk
a három nehézséget, amely miatt a 3D-nyomtatás
alkalmatlan a gyártási folyamatokra.
Az első: a 3D-nyomtatás soká tart.
Egyes gombák gyorsabban nőnek, mint a 3D-vel nyomtatott alkatrészek. (Nevetés)
A rétegenkénti technológia
a mechanikai tulajdonságok hibáit okozza.
Ha folyamatosan növeszthetjük az alkatrészt, a hibák elkerülhetők.
Ha pedig a növesztés elég gyors, használhatunk önjavító anyagokat,
és pompás tulajdonságokat hozhatnánk ki belőlük.
Ha ez Hollywood nyomán sikerülne,
megoldanánk a 3D gyártást.
Arra gondoltunk, alkalmazni kellene némi általános ismeretet
a polimerek kémiájából, hogy a fényt és az oxigént
az alkatrészek folyamatos növesztésére igába fogjuk.
A fény és az oxigén különbözőképp működik.
A fény megszilárdíthatja a gyantát, a folyadékot átalakíthatja
szilárd halmazállapotú anyaggá.
Az oxigén késlelteti a folyamatot.
Tehát a fény és az oxigén kémiai szempontból
homlokegyenest ellenkező hatásúak,
és ha a térben adagolni tudjuk őket,
szabályozhatjuk magát a folyamatot is.
Az eljárás neve: CLIP. [Folyamatos folyadék határfelületű gyártás]
A berendezés három részből áll.
Az első a tócsát tartalmazó medence,
akárcsak a T-1000 esetében.
A medence alján van egy különleges rés.
Erre még visszatérek.
Ezen kívül van egy gépfej, amely belemerül a tócsába,
és kihúzza a tárgyat a folyadékból.
A harmadik egy digitális fényvető rendszer
a medence alatt,
amely ultraibolya sugarakkal világítja meg a munkadarabot.
A lényeg, hogy a medence alján lévő rés
egy kompozit, s abból a szempontból különleges,
hogy nemcsak fényáteresztő, de az oxigén is áthatol rajta.
Olyan tulajdonsá*** vannak, mint a kontaktlencséknek.
A folyamat a következőképpen zajlik.
Az elején a hagyományos módszernél
ahogy süllyesztjük a gépfejet, az oxigénnek áthatolhatatlan ablakkal
egy kétdimenziós mintázatot
alakítunk ki, s azt beragasztjuk a hagyományos réssel a résbe,
a következő réteghez szét kell választanunk őket,
új gyantaadagot kell bejuttatni, vissza be kell állítani,
és többször kell ismételni a folyamatot.
De a mi résünk nagyon különleges.
mert ahogy az alját fény éri,
áthalad rajta az oxigén,
az oxigén fékezi a reakciót,
kialakul egy holtsáv,
amely néhány tucat mikron vastagságú,
a vörösvérsejt átmérőjének 2-3-szorosa,
közvetlenül a rés határfelületén.
A tárgyat fölfelé húzzuk,
s mint a Science-cikkben leírtuk,
az oxigén mennyiségének módosításával a holtsáv vastagsága változik.
Tehát van néhány szabályozható változónk: az oxigén mennyisége,
a fény, a fényerősség, az adagolás,
a viszkozitás, az alakzat.
Nagyon precíz szoftverrel szabályozzuk a folyamatot.
Az eredmény eléggé meghökkentő.
A munkadarab a hagyományos 3D-nyomtatókhoz képest
25-100-szor gyorsabban készül el.
Ez óriási változás. De ha növelni tudjuk a folyadék-betáplálást
a határfelületre, a sebesség 1000-szeresére nőhet,
ez pedig lehetőséget nyújt nagy hőfejlesztésre.
Mint vegyészmérnököt borzasztóan érdekel a hőátadás
és a gondolat, hogy egykor vízhűtéses 3D-nyomtatóink lesznek,
melyekkel még gyorsabban fogunk dolgozni.
Ráadásul, mivel növeljük a méreteket, nem lesznek rétegek,
és az alkatrészek monolitikusak lesznek.
Észrevehetetlen lesz a felület szerkezete.
Molekula szintű sima felületünk lesz.
A 3D-nyomtatókkal gyártott alkatrészek mechanikai tulajdonsá***
hírhedtek, mert függnek a gyártás irányától,
azaz hogy a réteges szerkezetet melyik irányban nyomtatták.
De ha e technológiával növesztjük a tárgyakat,
a tulajdonságok ugyanazok lesznek, bármely irányban nyomtassunk is.
Olyanok, mintha fröccsöntöttük volna őket,
ami eltér a hagyományos 3D-gyártástól.
Sőt, rászabadíthatjuk
az összes polimerkémiai tankönyvet,
olyan összetételű anyagokat tervezhetünk,
mellyel javíthatjuk a 3D-nyomtatású alkatrészek tulajdonságait.
(Taps)
Ez nagyszerű.
Mindig megvan a ***ázata, hogy a színpadon nem sikerül a bemutató.
Lehetnek kiváló mechanikai tulajdonságú anyagaink.
Első alkalom, hogy elasztomereket állíthatunk elő,
amelyek nagyon rugalmasak vagy jól csillapítanak.
Gondoljunk a rezgésszabályozásra vagy jó surranóra.
Elképesztő szilárdságú anyagokat állíthatunk elő,
melyeknél kiváló a szilárdság és a súly aránya,
ezek tényleg ragyogó elasztomerek,
csak dobálgassuk ezt a nézőtéren.
Ilyen ragyogóak az anyag tulajdonsá***.
Most megvan a lehetőség: ha alkatrészt készítünk,
melynek tulajdonsá*** megegyeznek a végtermékével,
és szédületes sebességgel gyártunk,
a gyártástechnológia teljesen átalakul.
Jelenleg a termelésben egyre gyakoribb
az ún. digitális gyártási folyamat.
A CAD rajzoktól a tervezésen, a prototípuson át a gyártásig terjed.
A digitális folyamat gyakorta megszakad a prototípusnál,
mivel nem tudunk eljutni a gyártásig,
mert a protó tulajdonsá*** eltérnek a végtermékéitől.
Most a digitális folyamat szakadatlan:
a tervezéstől a prototípuson át a gyártásig tart.
Ez a lehetőség új távlatokat nyit
a jobb üzemanyag-hatékonyságú, remek térhálós szerkezeti tulajdonságú,
kiváló szilárdság-súly arányú kocsiktól
új turbinalapátokig, más csodás dolgokig.
Gondoljunk arra, ha vészhelyzetben sztentre van szükségünk.
Az orvosnak nem kell a polcról elővennie
egy szokásos méretű sztentet,
ha van az önök anatómiájához szabott sztent,
amely az ereikhez alkalmas.
Vészhelyzetben a kívánt tulajdonságú
sztent rögtön gyárható. Egyébként másfél évnél tovább úgysem jó.
Digitális fogászat: ilyen szerkezetek készíthetők,
miközben a páciens a fogorvosi székben ül.
Ezeket a darabokat a diákjaim készítik
az Észak-Karolinai Egyetemen.
Csodás mikroszerkezetű darabok.
A világon tényleg jól tudnak nanotárgyakat készíteni.
A Moore-törvény érvényes, már bejutottunk a 10 mikron alá.
Ebben igen jók vagyunk,
de a 10 és a 10000 mikron közötti
ún. mezoskála a nehéz ügy.
A szilíciumipari leválasztásos technikák
nem nagyon alkalmazhatók.
Nem jól maratják a wafereket.
De ez a folyamat annyira kímélő:
így növeszthetjük ezeket a tárgyakat
növesztő gyártással, s másodpercek alatt
ragyogó dolgokat készíthetünk,.
új érzékelő-technológiát,
új gyógyszertechnológiát,
új "labor egy csipen" technológiát alkalmazhatunk.
Az, hogy azonnal elkészíthetünk egy alkatrészt,
amely tulajdonsá*** azonosak a végtermékével,
tényleg megnyitja az utat a 3D-gyártás előtt.
Ez nagyon izgat bennünket, mert azt jelenti, hogy birtokoljuk
a hardver, a szoftver és a molekuláris tudományok metszéspontját,
és én türelmetlenül várom, világszerte mit hoznak ki
tervezők, mérnökök ebből a nagyszerű eszközből.
Köszönöm, hogy meghallgattak.
(Taps)