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

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?

Estou emocionado
por estar aqui esta noite,

e compartilhar algo
em que estamos trabalhando

há mais de dois anos,

na área da fabricação aditiva,

também conhecida como impressão 3D.

Veja este objeto aqui.

Parece simples, mas ao mesmo tempo
é bem complexo.

É um conjunto concêntrico
de estruturas geodésicas

com ligações entre cada uma delas.

Neste contexto, não se pode produzi-lo
pelas técnicas tradicionais de fabricação.

É de uma tal simetria
que você não pode moldá-lo.

Nem mesmo produzi-lo em larga escala.

Este é um trabalho para uma impressora 3D,

mas a maioria das impressoras 3D levaria
de três a dez horas para fabricá-lo,

e nos desafiamos a tentar
fabricá-lo no palco esta noite,

durante esta palestra de 10 minutos.

Deseje-nos sorte.

Agora, impressão 3D é de fato
um termo errôneo.

É, na verdade, impressão 2D
repetidas vezes,

e, de fato, usa a tecnologia
associada à impressão 2D.

Pense na impressão a jato de tinta,
onde fixa-se a tinta numa página

para formar letras,

e então faça isso repetidas vezes
para construir um objeto tridimensional.

Em microeletrônica, eles usam algo

chamado litografia para fazer
o mesmo tipo de coisa;

fazer os transistores
e circuitos integrados,

e construir uma estrutura várias vezes.

Tudo isso é tecnologia de impressão 2D.

Bem, eu sou um químico,
cientista de materiais também,

e os meus colegas também são
cientistas de materiais,

um é químico, o outro é físico,

e começamos a nos interessar
pela impressão 3D.

E, às vezes, como vocês sabem,
novas ideias são simples conexões

entre pessoas com experiências diferentes
em comunidades diferentes,

e esta é a nossa história.

Bom, fomos inspirados

pela cena do T-1000
do "Exterminador do Futuro 2",

e pensamos: "Por que uma impressora 3D
não poderia operar desta maneira,

onde você tem um objeto
surgindo de uma poça

em tempo real,

sem nenhum desperdício,

criando um objeto grande?

Assim como nos filmes.

E, poderíamos nos inspirar em Hollywood

e desenvolver maneiras de fazer
com que isto realmente funcione?

E esse era o nosso desafio.

E nossa abordagem seria...
Se pudéssemos fazer isto,

então, poderíamos tratar das três questões
que impedem a impressão 3D

de ser um processo de fabricação.

Um deles: a impressão 3D
leva uma eternidade.

Existem cogumelos que crescem mais rápidos
do que objetos impressos em 3D.

(Risos)

O processo camada por camada

leva a defeitos em propriedades mecânicas,

e se pudéssemos produzir continuamente,
eliminaríamos estes defeitos.

E, se pudéssemos produzir bem rápido,
poderíamos também começar a usar materiais

que são autocuráveis
e teríamos propriedades incríveis.

Então, se conseguíssemos isto,
imitar Hollywood,

poderíamos, de fato,
resolver a questão da fabricação 3D.

Nossa abordagem é usar
algum conhecimento-padrão

em química de polímeros

para aproveitar luz e oxigênio
e produzir objetos continuamente.

Luz e oxigênio funcionam
de formas diferentes.

A luz pode pegar uma resina
e deixá-la sólida,

pode converter um líquido em sólido.

O oxigênio inibe este processo.

Então, luz e oxigênio
são polos opostos entre si,

do ponto de vista químico.

E se pudermos controlar
a luz e o oxigênio espacialmente,

poderemos controlar este processo.

E nos referimos a isto como CLIP.
[Produção Contínua em Interface Líquida]

Ele tem três componentes funcionais.

Primeiro, há um reservatório
que detém a poça,

como o T-1000.

No fundo do reservatório
está uma janela especial.

Voltarei a isto.

Além disso, há uma etapa
em que a poça irá diminuir

e puxará o objeto para fora do líquido.

O terceiro componente
é um sistema de projeção digital de luz,

abaixo do reservatório,

iluminado com luz na região ultravioleta.

Agora, o segredo é que esta janela,
no fundo do reservatório,

é um composto, é uma janela
muito especial.

Não é apenas transparente à luz,
mas é permeável ao oxigênio.

Possui características
como as lentes de contato.

Então, podemos ver
como o processo funciona.

Você começa a ver que assim
que você termina uma etapa lá,

num processo tradicional,
com uma janela impermeável ao oxigênio,

você cria um padrão bidimensional,

e você acaba colando na janela,
com uma janela tradicional,

e para introduzir a próxima camada,
você tem que separá-la,

introduzir uma nova resina, reposicioná-la

e fazer este processo repetidas vezes.

Mas, com nossa janela especial,

o que somos capazes de fazer é,
com o oxigênio vindo através do fundo,

assim que a luz o atinge,

o oxigênio inibe a reação

e formamos uma zona morta.

Esta zona morta é da ordem
de dezenas de mícrons de espessura,

isto equivale a dois ou três diâmetros
de um glóbulo vermelho,

bem na interface da janela
que permanece em estado líquido,

e puxamos este objeto,

e assim como falamos
sobre isto no artigo de ciências,

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,

a luz, a intensidade da luz,
a dose para endurecer,

a viscosidade, a geometria...

e usamos um software muito sofisticado
para controlar este processo.

O resultado é bem impressionante.

É de 25 a 100 vezes mais rápido
do que as impressoras 3D tradicionais,

o que é uma mudança no jogo.

Além disso, com a nossa capacidade
para fornecer líquido a esta interface,

podemos ir mil vezes
mais rápido, creio eu,

e isto abre a oportunidade
para gerar bastante calor,

e como engenheiro químico, fico bem
animado com a transferência de calor

e a ideia de que um dia poderemos ter
impressoras 3D refrigeradas a água,

porque elas são bem rápidas.

Além disso, como estamos criando
coisas, eliminamos as camadas,

e os objetos são monolíticos.

Você não vê a estrutura da superfície.

Você tem superfícies molecularmente lisas.

E as propriedades mecânicas da maioria
dos objetos feitos em impressora 3D

são conhecidas por serem propriedades
que dependem da orientação

com a qual você as imprimiu,
por causa da estrutura do tipo "camada".

Mas quando você cria objetos como este,

as propriedades não variam
com a direção da impressão.

Parecem objetos moldados por injeção,

o que é bem diferente
da fabricação tradicional 3D.

Além disso, podemos mudar

toda a teoria da química
de polímeros com isto,

e podemos desenvolver químicas
que possam dar origem às propriedades

que você realmente quer num objeto 3D.

(Aplausos)

É isso aí. Isto é ótimo!

Você sempre corre o risco de algo assim
não funcionar no palco, certo?

Mas podemos ter materiais
com excelentes propriedades mecânicas.

Pela primeira vez, podemos ter elastômeros

que são de alta elasticidade
ou amortecimento elevado.

Pense no controle de vibração
dos grandes tênis, por exemplo.

Podemos fazer materiais
que tenham uma força incrível,

uma elevada relação resistência-peso,
materiais muito fortes,

elastômeros realmente grandes,

então jogo isto na plateia ali.

Grandes propriedades materiais.

E assim, a oportunidade agora,
se você realmente faz um objeto

que tenha as propriedades
para ser um produto final,

e faz isto na mesma velocidade
em que as coisas mudam,

você pode realmente transformar
o processo de fabricação.

Agora mesmo, o que está acontecendo
no processo de fabricação

é o chamado processo digital
em fabricação digital.

Partimos de um desenho no CAD, um projeto,
para um protótipo para a fabricação.

Às vezes, o processo digital
é interrompido ainda no protótipo,

pois não dá para chegar até a fabricação,

pois a maioria dos objetos não tem
as propriedades para ser um produto final.

Agora, podemos conectar
o processo digital,

desde o projeto até o protótipo
para a fabricação,

e esta oportunidade dá espaço
para todos os tipos de coisas:

carros com consumo mais eficiente,
lidar com grandes propriedades de treliça,

com uma elevada relação resistência-peso;

novas lâminas de turbina;
todo o tipo de coisas maravilhosas.

Imagine que você precise de um "stent"
numa situação de emergência,

em vez de o médico pegar
um stent da prateleira,

que é de tamanho-padrão,

ter um stent projetado para você,
para a sua anatomia,

com suas próprias particularidades,

impresso numa situação de emergência
em tempo real, sem características como:

validade de 18 meses,
é uma mudança no jogo.

Ou a odontologia digital; e fazer
estes tipos de estruturas

mesmo se você estiver
na cadeira do dentista.

Veja estas estruturas
que os meus alunos estão criando,

na Universidade da Carolina do Norte.

Estas são incríveis
estruturas em microescala.

Sabe, o mundo é realmente
bom em nanofabricação.

A Lei de Moore criou coisas
a partir de dez mícrons ou menos.

Somos muito bons nisto,

mas, de fato, é muito difícil fazer coisas
de dez mícrons a mil mícrons,

a mesoescala.

E técnicas de subtração
provenientes da indústria do silício,

podem fazer isto muito bem.

Não conseguem fazer "wafers" tão bem.

Mas este processo é tão suave,

que podemos produzir
estes objetos, desde a base,

usando a fabricação aditiva,

e fazer coisas incríveis
em dezenas de segundos,

tornando disponível uma nova
tecnologia de sensores;

novas técnicas
de administração de remédios;

novas aplicações "lab-on-a-chip";
uma grande mudança no jogo.

Então, a oportunidade
de fazer um objeto em tempo real,

que tenha as propriedades
para ser um produto final,

realmente torna possível a fabricação 3D.

E, para nós, isto é
muito animador, porque possui

a convergência entre hardware,
software e ciência molecular.

E, mal posso esperar para ver
o que projetistas e engenheiros pelo mundo

serão capazes de fazer
com esta grande ferramenta.

Obrigado por ouvir.

(Aplausos)