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TED2015

Joseph DeSimone: What if 3D printing was 100x faster?

Joe DeSimone: E se a impressão 3D fosse 100 vezes mais rápida?

Filmed:
3,111,088 views

O que pensamos como impressão 3D, diz Joseph DeSimone, é apenas a impressão 2D repetidas vezes, bem devagar. No palco do TED2015, ele revela uma técnica ousada, inspirada, sim, no "Exterminador do Futuro 2", que é de 25 a 100 vezes mais rápida e cria objetos lisos e resistentes. Isto poderia, finalmente, ajudar a cumprir a grande promessa da impressão 3D?

- Chemist, inventor
The CEO of Carbon3D, Joseph DeSimone has made breakthrough contributions to the field of 3D printing. Full bio

Estou emocionado
por estar aqui esta noite,
00:12
I'm thrilled to be here tonight
00:14
to share with you something
we've been working on
e compartilhar algo
em que estamos trabalhando
há mais de dois anos,
00:17
for over two years,
na área da fabricação aditiva,
00:19
and it's in the area
of additive manufacturing,
também conhecida como impressão 3D.
00:21
also known as 3D printing.
Veja este objeto aqui.
00:24
You see this object here.
Parece simples, mas ao mesmo tempo
é bem complexo.
00:26
It looks fairly simple,
but it's quite complex at the same time.
É um conjunto concêntrico
de estruturas geodésicas
00:30
It's a set of concentric
geodesic structures
com ligações entre cada uma delas.
00:33
with linkages between each one.
Neste contexto, não se pode produzi-lo
pelas técnicas tradicionais de fabricação.
00:36
In its context, it is not manufacturable
by traditional manufacturing techniques.
É de uma tal simetria
que você não pode moldá-lo.
00:43
It has a symmetry such
that you can't injection mold it.
Nem mesmo produzi-lo em larga escala.
00:47
You can't even manufacture it
through milling.
Este é um trabalho para uma impressora 3D,
00:51
This is a job for a 3D printer,
mas a maioria das impressoras 3D levaria
de três a dez horas para fabricá-lo,
00:54
but most 3D printers would take between
three and 10 hours to fabricate it,
e nos desafiamos a tentar
fabricá-lo no palco esta noite,
00:58
and we're going to take the risk tonight
to try to fabricate it onstage
durante esta palestra de 10 minutos.
01:02
during this 10-minute talk.
Deseje-nos sorte.
01:05
Wish us luck.
Agora, impressão 3D é de fato
um termo errôneo.
01:08
Now, 3D printing is actually a misnomer.
É, na verdade, impressão 2D
repetidas vezes,
01:11
It's actually 2D printing
over and over again,
e, de fato, usa a tecnologia
associada à impressão 2D.
01:15
and it in fact uses the technologies
associated with 2D printing.
Pense na impressão a jato de tinta,
onde fixa-se a tinta numa página
01:20
Think about inkjet printing where you
lay down ink on a page to make letters,
para formar letras,
01:25
and then do that over and over again
to build up a three-dimensional object.
e então faça isso repetidas vezes
para construir um objeto tridimensional.
Em microeletrônica, eles usam algo
01:30
In microelectronics, they use something
chamado litografia para fazer
o mesmo tipo de coisa;
01:32
called lithography to do
the same sort of thing,
fazer os transistores
e circuitos integrados,
01:34
to make the transistors
and integrated circuits
e construir uma estrutura várias vezes.
01:36
and build up a structure several times.
Tudo isso é tecnologia de impressão 2D.
01:38
These are all 2D printing technologies.
Bem, eu sou um químico,
cientista de materiais também,
01:42
Now, I'm a chemist,
a material scientist too,
e os meus colegas também são
cientistas de materiais,
01:45
and my co-inventors
are also material scientists,
um é químico, o outro é físico,
01:48
one a chemist, one a physicist,
e começamos a nos interessar
pela impressão 3D.
01:51
and we began to be
interested in 3D printing.
E, às vezes, como vocês sabem,
novas ideias são simples conexões
01:53
And very often, as you know,
new ideas are often simple connections
entre pessoas com experiências diferentes
em comunidades diferentes,
01:59
between people with different experiences
in different communities,
e esta é a nossa história.
02:03
and that's our story.
02:05
Now, we were inspired
Bom, fomos inspirados
pela cena do T-1000
do "Exterminador do Futuro 2",
02:08
by the "Terminator 2" scene for T-1000,
e pensamos: "Por que uma impressora 3D
não poderia operar desta maneira,
02:12
and we thought, why couldn't a 3D printer
operate in this fashion,
onde você tem um objeto
surgindo de uma poça
02:18
where you have an object
arise out of a puddle
em tempo real,
02:23
in essentially real time
sem nenhum desperdício,
02:25
with essentially no waste
criando um objeto grande?
02:27
to make a great object?
Assim como nos filmes.
02:30
Okay, just like the movies.
E, poderíamos nos inspirar em Hollywood
02:31
And could we be inspired by Hollywood
e desenvolver maneiras de fazer
com que isto realmente funcione?
02:34
and come up with ways
to actually try to get this to work?
E esse era o nosso desafio.
02:38
And that was our challenge.
02:40
And our approach would be,
if we could do this,
E nossa abordagem seria...
Se pudéssemos fazer isto,
então, poderíamos tratar das três questões
que impedem a impressão 3D
02:43
then we could fundamentally address
the three issues holding back 3D printing
de ser um processo de fabricação.
02:47
from being a manufacturing process.
Um deles: a impressão 3D
leva uma eternidade.
02:50
One, 3D printing takes forever.
Existem cogumelos que crescem mais rápidos
do que objetos impressos em 3D.
02:52
There are mushrooms that grow faster
than 3D printed parts. (Laughter)
(Risos)
O processo camada por camada
02:59
The layer by layer process
leva a defeitos em propriedades mecânicas,
03:01
leads to defects
in mechanical properties,
e se pudéssemos produzir continuamente,
eliminaríamos estes defeitos.
03:04
and if we could grow continuously,
we could eliminate those defects.
E, se pudéssemos produzir bem rápido,
poderíamos também começar a usar materiais
03:08
And in fact, if we could grow really fast,
we could also start using materials
que são autocuráveis
e teríamos propriedades incríveis.
03:13
that are self-curing,
and we could have amazing properties.
Então, se conseguíssemos isto,
imitar Hollywood,
03:18
So if we could pull this off,
imitate Hollywood,
poderíamos, de fato,
resolver a questão da fabricação 3D.
03:22
we could in fact address 3D manufacturing.
Nossa abordagem é usar
algum conhecimento-padrão
03:26
Our approach is to use
some standard knowledge
em química de polímeros
03:29
in polymer chemistry
para aproveitar luz e oxigênio
e produzir objetos continuamente.
03:32
to harness light and oxygen
to grow parts continuously.
Luz e oxigênio funcionam
de formas diferentes.
03:39
Light and oxygen work in different ways.
A luz pode pegar uma resina
e deixá-la sólida,
03:42
Light can take a resin
and convert it to a solid,
pode converter um líquido em sólido.
03:45
can convert a liquid to a solid.
O oxigênio inibe este processo.
03:47
Oxygen inhibits that process.
Então, luz e oxigênio
são polos opostos entre si,
03:50
So light and oxygen
are polar opposites from one another
do ponto de vista químico.
03:54
from a chemical point of view,
E se pudermos controlar
a luz e o oxigênio espacialmente,
03:56
and if we can control spatially
the light and oxygen,
poderemos controlar este processo.
04:00
we could control this process.
E nos referimos a isto como CLIP.
[Produção Contínua em Interface Líquida]
04:02
And we refer to this as CLIP.
[Continuous Liquid Interface Production.]
04:05
It has three functional components.
Ele tem três componentes funcionais.
Primeiro, há um reservatório
que detém a poça,
04:08
One, it has a reservoir
that holds the puddle,
como o T-1000.
04:12
just like the T-1000.
No fundo do reservatório
está uma janela especial.
04:14
At the bottom of the reservoir
is a special window.
Voltarei a isto.
04:16
I'll come back to that.
Além disso, há uma etapa
em que a poça irá diminuir
04:18
In addition, it has a stage
that will lower into the puddle
e puxará o objeto para fora do líquido.
04:21
and pull the object out of the liquid.
O terceiro componente
é um sistema de projeção digital de luz,
04:24
The third component
is a digital light projection system
abaixo do reservatório,
04:28
underneath the reservoir,
iluminado com luz na região ultravioleta.
04:30
illuminating with light
in the ultraviolet region.
Agora, o segredo é que esta janela,
no fundo do reservatório,
04:34
Now, the key is that this window
in the bottom of this reservoir,
é um composto, é uma janela
muito especial.
04:37
it's a composite,
it's a very special window.
Não é apenas transparente à luz,
mas é permeável ao oxigênio.
04:40
It's not only transparent to light
but it's permeable to oxygen.
Possui características
como as lentes de contato.
04:43
It's got characteristics
like a contact lens.
Então, podemos ver
como o processo funciona.
04:47
So we can see how the process works.
Você começa a ver que assim
que você termina uma etapa lá,
04:49
You can start to see that
as you lower a stage in there,
num processo tradicional,
com uma janela impermeável ao oxigênio,
04:53
in a traditional process,
with an oxygen-impermeable window,
você cria um padrão bidimensional,
04:57
you make a two-dimensional pattern
e você acaba colando na janela,
com uma janela tradicional,
05:00
and you end up gluing that onto the window
with a traditional window,
e para introduzir a próxima camada,
você tem que separá-la,
05:03
and so in order to introduce
the next layer, you have to separate it,
introduzir uma nova resina, reposicioná-la
05:06
introduce new resin, reposition it,
e fazer este processo repetidas vezes.
05:10
and do this process over and over again.
Mas, com nossa janela especial,
05:13
But with our very special window,
o que somos capazes de fazer é,
com o oxigênio vindo através do fundo,
05:15
what we're able to do is,
with oxygen coming through the bottom
assim que a luz o atinge,
05:18
as light hits it,
o oxigênio inibe a reação
05:21
that oxygen inhibits the reaction,
e formamos uma zona morta.
05:23
and we form a dead zone.
Esta zona morta é da ordem
de dezenas de mícrons de espessura,
05:26
This dead zone is on the order
of tens of microns thick,
isto equivale a dois ou três diâmetros
de um glóbulo vermelho,
05:30
so that's two or three diameters
of a red blood cell,
bem na interface da janela
que permanece em estado líquido,
05:34
right at the window interface
that remains a liquid,
05:36
and we pull this object up,
e puxamos este objeto,
e assim como falamos
sobre isto no artigo de ciências,
05:38
and as we talked about in a Science paper,
05:40
as we change the oxygen content,
we can change the dead zone thickness.
conforme mudamos o teor de oxigênio,
podemos mudar a espessura da zona morta.
E assim temos um número de variáveis-chave
que controlamos: teor de oxigênio,
05:45
And so we have a number of key variables
that we control: oxygen content,
a luz, a intensidade da luz,
a dose para endurecer,
05:49
the light, the light intensity,
the dose to cure,
a viscosidade, a geometria...
05:52
the viscosity, the geometry,
e usamos um software muito sofisticado
para controlar este processo.
05:54
and we use very sophisticated software
to control this process.
O resultado é bem impressionante.
05:58
The result is pretty staggering.
É de 25 a 100 vezes mais rápido
do que as impressoras 3D tradicionais,
06:01
It's 25 to 100 times faster
than traditional 3D printers,
o que é uma mudança no jogo.
06:06
which is game-changing.
Além disso, com a nossa capacidade
para fornecer líquido a esta interface,
06:08
In addition, as our ability
to deliver liquid to that interface,
podemos ir mil vezes
mais rápido, creio eu,
06:12
we can go 1,000 times faster I believe,
e isto abre a oportunidade
para gerar bastante calor,
06:16
and that in fact opens up the opportunity
for generating a lot of heat,
e como engenheiro químico, fico bem
animado com a transferência de calor
06:19
and as a chemical engineer,
I get very excited at heat transfer
e a ideia de que um dia poderemos ter
impressoras 3D refrigeradas a água,
06:23
and the idea that we might one day
have water-cooled 3D printers,
porque elas são bem rápidas.
06:28
because they're going so fast.
Além disso, como estamos criando
coisas, eliminamos as camadas,
06:30
In addition, because we're growing things,
we eliminate the layers,
e os objetos são monolíticos.
06:34
and the parts are monolithic.
Você não vê a estrutura da superfície.
06:36
You don't see the surface structure.
Você tem superfícies molecularmente lisas.
06:38
You have molecularly smooth surfaces.
E as propriedades mecânicas da maioria
dos objetos feitos em impressora 3D
06:41
And the mechanical properties
of most parts made in a 3D printer
são conhecidas por serem propriedades
que dependem da orientação
06:45
are notorious for having properties
that depend on the orientation
com a qual você as imprimiu,
por causa da estrutura do tipo "camada".
06:49
with which how you printed it,
because of the layer-like structure.
Mas quando você cria objetos como este,
06:53
But when you grow objects like this,
as propriedades não variam
com a direção da impressão.
06:55
the properties are invariant
with the print direction.
Parecem objetos moldados por injeção,
06:59
These look like injection-molded parts,
o que é bem diferente
da fabricação tradicional 3D.
07:02
which is very different
than traditional 3D manufacturing.
Além disso, podemos mudar
07:05
In addition, we're able to throw
toda a teoria da química
de polímeros com isto,
07:09
the entire polymer
chemistry textbook at this,
e podemos desenvolver químicas
que possam dar origem às propriedades
07:12
and we're able to design chemistries
that can give rise to the properties
que você realmente quer num objeto 3D.
07:16
you really want in a 3D-printed object.
(Aplausos)
07:19
(Applause)
É isso aí. Isto é ótimo!
07:21
There it is. That's great.
Você sempre corre o risco de algo assim
não funcionar no palco, certo?
07:26
You always take the risk that something
like this won't work onstage, right?
Mas podemos ter materiais
com excelentes propriedades mecânicas.
07:30
But we can have materials
with great mechanical properties.
Pela primeira vez, podemos ter elastômeros
07:33
For the first time, we can have elastomers
que são de alta elasticidade
ou amortecimento elevado.
07:35
that are high elasticity
or high dampening.
Pense no controle de vibração
dos grandes tênis, por exemplo.
07:37
Think about vibration control
or great sneakers, for example.
Podemos fazer materiais
que tenham uma força incrível,
07:41
We can make materials
that have incredible strength,
uma elevada relação resistência-peso,
materiais muito fortes,
07:44
high strength-to-weight ratio,
really strong materials,
elastômeros realmente grandes,
07:48
really great elastomers,
então jogo isto na plateia ali.
07:50
so throw that in the audience there.
Grandes propriedades materiais.
07:53
So great material properties.
E assim, a oportunidade agora,
se você realmente faz um objeto
07:55
And so the opportunity now,
if you actually make a part
07:59
that has the properties
to be a final part,
que tenha as propriedades
para ser um produto final,
e faz isto na mesma velocidade
em que as coisas mudam,
08:02
and you do it in game-changing speeds,
você pode realmente transformar
o processo de fabricação.
08:06
you can actually transform manufacturing.
Agora mesmo, o que está acontecendo
no processo de fabricação
08:08
Right now, in manufacturing,
what happens is,
08:11
the so-called digital thread
in digital manufacturing.
é o chamado processo digital
em fabricação digital.
Partimos de um desenho no CAD, um projeto,
para um protótipo para a fabricação.
08:14
We go from a CAD drawing, a design,
to a prototype to manufacturing.
Às vezes, o processo digital
é interrompido ainda no protótipo,
08:19
Often, the digital thread is broken
right at prototype,
08:22
because you can't go
all the way to manufacturing
pois não dá para chegar até a fabricação,
pois a maioria dos objetos não tem
as propriedades para ser um produto final.
08:24
because most parts don't have
the properties to be a final part.
08:28
We now can connect the digital thread
Agora, podemos conectar
o processo digital,
08:30
all the way from design
to prototyping to manufacturing,
desde o projeto até o protótipo
para a fabricação,
e esta oportunidade dá espaço
para todos os tipos de coisas:
08:35
and that opportunity
really opens up all sorts of things,
carros com consumo mais eficiente,
lidar com grandes propriedades de treliça,
08:38
from better fuel-efficient cars
dealing with great lattice properties
com uma elevada relação resistência-peso;
08:43
with high strength-to-weight ratio,
novas lâminas de turbina;
todo o tipo de coisas maravilhosas.
08:45
new turbine blades,
all sorts of wonderful things.
Imagine que você precise de um "stent"
numa situação de emergência,
08:49
Think about if you need a stent
in an emergency situation,
em vez de o médico pegar
um stent da prateleira,
08:54
instead of the doctor pulling off
a stent out of the shelf
que é de tamanho-padrão,
08:58
that was just standard sizes,
ter um stent projetado para você,
para a sua anatomia,
09:00
having a stent that's designed
for you, for your own anatomy
com suas próprias particularidades,
09:04
with your own tributaries,
impresso numa situação de emergência
em tempo real, sem características como:
09:06
printed in an emergency situation
in real time out of the properties
09:10
such that the stent could go away
after 18 months: really-game changing.
validade de 18 meses,
é uma mudança no jogo.
09:13
Or digital dentistry, and making
these kinds of structures
Ou a odontologia digital; e fazer
estes tipos de estruturas
mesmo se você estiver
na cadeira do dentista.
09:17
even while you're in the dentist chair.
Veja estas estruturas
que os meus alunos estão criando,
09:20
And look at the structures
that my students are making
na Universidade da Carolina do Norte.
09:23
at the University of North Carolina.
Estas são incríveis
estruturas em microescala.
09:25
These are amazing microscale structures.
Sabe, o mundo é realmente
bom em nanofabricação.
09:28
You know, the world is really good
at nano-fabrication.
09:31
Moore's Law has driven things
from 10 microns and below.
A Lei de Moore criou coisas
a partir de dez mícrons ou menos.
Somos muito bons nisto,
09:35
We're really good at that,
mas, de fato, é muito difícil fazer coisas
de dez mícrons a mil mícrons,
09:37
but it's actually very hard to make things
from 10 microns to 1,000 microns,
a mesoescala.
09:41
the mesoscale.
E técnicas de subtração
provenientes da indústria do silício,
09:43
And subtractive techniques
from the silicon industry
podem fazer isto muito bem.
09:46
can't do that very well.
Não conseguem fazer "wafers" tão bem.
09:47
They can't etch wafers that well.
Mas este processo é tão suave,
09:49
But this process is so gentle,
que podemos produzir
estes objetos, desde a base,
09:51
we can grow these objects
up from the bottom
usando a fabricação aditiva,
09:53
using additive manufacturing
e fazer coisas incríveis
em dezenas de segundos,
09:55
and make amazing things
in tens of seconds,
tornando disponível uma nova
tecnologia de sensores;
09:57
opening up new sensor technologies,
09:59
new drug delivery techniques,
novas técnicas
de administração de remédios;
novas aplicações "lab-on-a-chip";
uma grande mudança no jogo.
10:02
new lab-on-a-chip applications,
really game-changing stuff.
Então, a oportunidade
de fazer um objeto em tempo real,
10:07
So the opportunity of making
a part in real time
que tenha as propriedades
para ser um produto final,
10:11
that has the properties to be a final part
realmente torna possível a fabricação 3D.
10:14
really opens up 3D manufacturing,
E, para nós, isto é
muito animador, porque possui
10:17
and for us, this is very exciting,
because this really is owning
a convergência entre hardware,
software e ciência molecular.
10:20
the intersection between hardware,
software and molecular science,
E, mal posso esperar para ver
o que projetistas e engenheiros pelo mundo
10:27
and I can't wait to see what designers
and engineers around the world
10:31
are going to be able to do
with this great tool.
serão capazes de fazer
com esta grande ferramenta.
Obrigado por ouvir.
10:34
Thanks for listening.
(Aplausos)
10:36
(Applause)
Translated by Fernando Gonçalves
Reviewed by Wanderley Jesus

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About the speaker:

Joseph DeSimone - Chemist, inventor
The CEO of Carbon3D, Joseph DeSimone has made breakthrough contributions to the field of 3D printing.

Why you should listen

Joseph DeSimone is a scholar, inventor and serial entrepreneur. A longtime professor at UNC-Chapel Hill, he's taken leave to become the CEO at Carbon3D, the Silicon Valley 3D printing company he co-founded in 2013. DeSimone, an innovative polymer chemist, has made breakthrough contributions in fluoropolymer synthesis, colloid science, nano-biomaterials, green chemistry and most recently 3D printing. His company's Continuous Liquid Interface Production (CLIP) suggests a breakthrough way to make 3D parts.

Read the paper in Science. Authors: John R. Tumbleston, David Shirvanyants, , Nikita Ermoshkin, Rima Janusziewicz, Ashley R. Johnson, David Kelly, Kai Chen, Robert Pinschmidt, Jason P. Rolland, Alexander Ermoshkin, Edward T. Samulsk.

DeSimone is one of less than twenty individuals who have been elected to all three branches of the National Academies: Institute of Medicine (2014), National Academy of Sciences (2012) and the National Academy of Engineering (2005), and in 2008 he won the $500,000 Lemelson-MIT Prize for Invention and Innovation. He's the co-founder of several companies, including Micell Technologies, Bioabsorbable Vascular Solutions, Liquidia Technologies and Carbon3D.

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