211service.com
Węgiel drukuje niesamowite materiały
Wykorzystując swoje doświadczenie w dziedzinie chemii, dyrektor generalny Joseph DeSimone przyjął zupełnie nowe podejście do zaawansowanej produkcji, umożliwiając firmie Carbon, numer 18 na naszej liście 50 najmądrzejszych firm, drukowanie materiałów o szerokim zakresie przydatnych właściwości. 27 czerwca 2017 r.
leonard grecki
Smukłe mechaniczne ramię zanurza się w kałuży czegoś, co wygląda jak mlecznoszary atrament w laboratorium Carbon w Redwood City w Kalifornii (patrz „50 Smartest Companies 2017”). Czarne ramię powoli przesuwa się w górę, wyciągając z wanny plastikową kostkę, lśniący i ociekający atramentem: wielkoformatowy model porowatej struktury kości.
Joseph DeSimone, dyrektor generalny i współzałożyciel firmy Carbon, przygląda się temu. DeSimone, chemik zajmujący się polimerami, pomógł wynaleźć te maszyny i nadal czerpie przyjemność z oglądania ich pracy. Jest to forma druku 3D, ale jest wykonywana w nowatorski sposób, który jest szybszy niż poprzednie techniki i działa z wieloma innymi rodzajami tworzyw sztucznych. Sposób, w jaki drukarka płynnie wyciąga przedmiot z kałuży mlecznej cieczy, milimetr po milimetrze, daje złudzenie, że wyłania się istniejąca struktura. W rzeczywistości ciecz jest światłoczułym materiałem prekursorowym; projektor cyfrowy w sposób ciągły rzuca światło ultrafioletowe na spód siatki, co jest pierwszym z dwóch etapów utwardzania materiału w celu utworzenia plastikowego przedmiotu.
Ta historia była częścią naszego wydania z lipca 2017 r.
- Zobacz resztę numeru
- Subskrybuj
Wykorzystując swój proces do szybkiego drukowania obiektów z wysokowydajnych polimerów, takich jak poliuretany i epoksydy, czteroletnia firma Carbon stosuje podejście zasadniczo różniące się od innych metod drukowania 3D, w których nakładane są warstwy plastiku pojedynczo. Ogranicza to jakość wielu produktów drukowanych w 3D, ale Carbon wytwarza obiekt w ciągłym procesie, unikając typowych problemów. DeSimone twierdzi, że jego technologia umożliwia Carbonowi szybkie drukowanie obiektów polimerowych, w niektórych przypadkach tysiące razy szybciej niż inne drukarki 3D, i wykorzystanie szerszej gamy materiałów, w tym gumopodobnych elastomerów i trwałych, twardych tworzyw sztucznych.
Adidas Futurecraft 4D zawiera podeszwy środkowe z nadrukiem Carbon.
Technologia druku 3D istnieje od lat 80. XX wieku; Fani byli zaintrygowani możliwością łatwego generowania obiektów o złożonych strukturach, których nie można wykonać przy użyciu innych technik, oraz personalizacji przedmiotów, takich jak urządzenia medyczne lub odzież, tak łatwo, jak różne obrazy można wydrukować na kartce papieru. Jednak dwa wyzwania sprawiły, że druk 3D stał się technologią niszową: jego niska prędkość i ograniczony zakres materiałów, do których jest przystosowany. Ostatnio firmy takie jak HP, która sprzedaje drukarki 3D do wytwarzania części nylonowych o wysokiej wytrzymałości, oraz Desktop Metal (patrz Drukarka 3D, która w końcu może zmienić produkcję ), której maszyna wykorzystuje różne stopy metali, podjęły próbę stworzenia tej technologii. bardziej odpowiednie dla produkcji dzięki zwiększeniu jej szybkości i wykorzystaniu materiałów pożądanych w przemyśle. Carbon dołącza do tego coraz bardziej zatłoczonego pola. Wspierana 222 milionami dolarów od inwestorów, w tym GE Ventures i Alphabet Google Ventures, firma stworzyła proces, który nazywa cyfrową syntezą światła, a nie drukowaniem 3D, co jest sposobem nawiązania do nowej chemii.
Zwiększenie wiarygodności twierdzenia DeSimone, że druk 3D jest wreszcie gotowy do masowej produkcji niestandardowych części, to rosnąca lista płacących klientów Carbon. Głośność i prędkość, jakie możemy osiągnąć dzięki pionierskiej cyfrowej syntezie światła Carbon, są bezprecedensowe, mówi Paul Gaudio, globalny dyrektor kreatywny Adidas. To prawie magiczne. Adidas wypróbował inne drukarki 3D, aby stworzyć niestandardowe buty na rynek masowy, ale żadna z nich nie mogła działać na dużą skalę. Teraz użyje technologii Carbon do produkcji elastomerowych podeszw środkowych do butów sportowych, zaczynając od 5000 par tej jesieni i zimy. Firma ma nadzieję wydrukować miliony butów, w tym modele na zamówienie, do 2021 roku. Inni klienci wykorzystują technologię Carbon do drukowania części do motocykli elektrycznych, farm serwerów i systemów chłodzenia, z których wszystkie były trudne lub niemożliwe do wykonania innymi metodami.
Mieszanie polimerów
Zanim założył Carbon w 2013 roku, DeSimone spędził ponad 20 lat jako chemik polimerów na Uniwersytecie Północnej Karoliny. W 2012 roku, gdy druk 3D stał się popularny wśród hakerów korzystających z modeli stacjonarnych, otrzymał telefon od Alexa Ermoshkina, byłego studenta i pracownika firmy dostarczającej leki, którą DeSimone założył na początku 2000 roku. Ermoshkin przyszedł do niego z pomysłem na biznes: czy byłby zainteresowany założeniem firmy produkującej tańsze drukarki 3D?
DeSimone, który miał pewne doświadczenie z technologią, był zaintrygowany. Zasugerował, aby Ermoshkin przeprowadził poszukiwanie patentów, aby zobaczyć, czego brakuje w tej dziedzinie. Ermoshkin znalazł wiele opisów sposobów drukowania obiektów trójwymiarowych jedna warstwa po warstwie, a niektóre wykorzystują światło UV do łączenia chemicznych bloków budulcowych i utwardzania ich w celu utworzenia polimerów. Stereolitografia jest jedną z oryginalnych metod druku 3D, ale zawsze ograniczały ją właściwości takich utwardzalnych promieniami UV tworzyw sztucznych, które nie uwzględniały trwałości ani elastyczności. Również powstałe produkty uformowane w warstwy miały tendencję do bycia słabymi. Stereolitografia jest przydatna do tworzenia prototypów, ale nie do końcowych części. Co więcej, drukarki działały bardzo wolno, a wykonanie dużych obiektów zajmowało wiele godzin, a nawet dni.
Obaj zaczęli myśleć o tym, jak drukować bez zatrzymywania się. Zainspirował ich, jak mówi DeSimone, obraz humanoidalnego robota T-1000 wznoszącego się z kałuży metalicznej cieczy, by stanąć na dwóch nogach w filmie z 1991 roku Terminator 2: Dzień Sądu. W systemie, który wyobrazili sobie DeSimone i Ermoshkin, w miarę przesuwania ramienia drukarki do wanny wyświetlane byłyby wzory świetlne, jak obrazy na ekranie filmu. Gdy światło utwardzało materiał, obiekt tworzył się w sposób ciągły.
Wśród trudnych wyzwań, jakie zespół musiał rozwiązać, było zapobieganie przywieraniu przedmiotów do dna wanny. DeSimone wymyślił rozwiązanie: okno przepuszczalne dla tlenu, które wykorzystuje fakt, że tego typu reakcje wywołane promieniowaniem UV są zatrzymywane przez tlen. To drobny szczegół, ale krytyczny.
Wiceprezes ds. materiałów w firmie Carbon, Jason Rolland, mówi, że firma skupiła się na przezwyciężaniu ograniczeń polimerów utwardzalnych promieniowaniem UV, opracowując mieszanki, które oferują szeroki zakres właściwości. System może teraz drukować z 12 klasami materiałów — niektóre wytrzymałe, niektóre rozciągliwe lub miękkie, inne zdolne do udźwignięcia dużych ciężarów. Jeden, cyjanoester, który może wytrzymać temperatury do 231 °C, jest odpowiedni do produkcji części samochodowych i lotniczych. Inna klasa, elastomery, obejmuje miękkie materiały używane przez Adidasa. DeSimone przewiduje sklep z aplikacjami dla żywic, w którym klienci firmy mogą zamówić wydruk tego, czego potrzebują.
Skalowanie
Carbon pracował z Adidasem nad 150 różnymi iteracjami elastomeru w swoim nowym bucie, który wykorzystuje drukowaną podeszwę środkową o strukturze kratownicy. Właściwości mechaniczne konstrukcji można dostosować, zmieniając wzór otworów i rozpórek w siatce, co przekłada się na personalizację na skalę masową.
W holu Carbon duży ekran wyświetla stan wszystkich drukarek, zarówno na miejscu, jak i u klientów. Firma sprzedaje urządzenia w modelu abonamentowym, a następnie współpracuje z klientami nad doborem odpowiednich materiałów i wzorów. Co około sześć tygodni Carbon wysyła aktualizacje oprogramowania w oparciu o to, co widzi w terenie — taktyka inspirowana przez Teslę, byłego pracodawcę wiceprezesa ds. inżynierii w firmie Carbon, Craiga Carlsona. Carbon projektuje teraz oprogramowanie do uczenia maszynowego, które pomaga wygenerować optymalny projekt i parametry druku dla dowolnego produktu. Chcemy zobaczyć problemy, zanim zaczniemy drukować, mówi DeSimone.