211service.com
Karbontrykker fantastiske materialer
Ved å bruke sin bakgrunn innen kjemi har administrerende direktør Joseph DeSimone tatt en helt ny tilnærming til avansert produksjon, noe som gjør det mulig for Carbon, nummer 18 på listen vår over de 50 smarteste selskapene, å skrive ut materialer med et bredt spekter av nyttige egenskaper. 27. juni 2017
leonard greco
En slank mekanisk arm stuper ned i et basseng med noe som ser ut som melkegrå blekk i Carbons laboratorium i Redwood City, California (se '50 Smartest Companies 2017.') Den svarte armen beveger seg sakte oppover, og trekker en gitterplastkube ut av badekaret, skinnende og dryppende av blekk: en storskala modell av den porøse strukturen til bein.
Joseph DeSimone, Carbons administrerende direktør og medgründer, ser på. DeSimone, en polymerkjemiker, hjalp til med å finne opp disse maskinene, og han får fortsatt et kick av å se dem fungere. Det er en form for 3D-utskrift, men det er gjort på en ny måte som er raskere enn tidligere teknikker og fungerer med mange flere typer plast. Måten skriveren jevnt trekker objektet fra bassenget av melkeaktig væske, millimeter for millimeter, gir en illusjon om at en eksisterende struktur dukker opp. Faktisk er væsken et lysfølsomt forløpermateriale; en digital projektor projiserer kontinuerlig ultrafiolett lys på bunnen av gitteret, det første av to trinn som herder materialet for å danne plastobjektet.
Denne historien var en del av vår utgave av juli 2017
- Se resten av saken
- Abonnere
Ved å bruke sin prosess for raskt å skrive ut objekter med høyytelsespolymerer som polyuretaner og epoksy, følger fire år gamle Carbon en tilnærming som er fundamentalt forskjellig fra andre metoder for 3D-utskrift, som legger ned lag med plast ett om gangen. Det begrenser kvaliteten på mange 3D-printede produkter, men Carbon produserer et objekt i en kontinuerlig prosess, og unngår noen typiske problemer. DeSimone sier at teknologien hans gjør at Carbon kan skrive ut polymerobjekter raskt, i noen tilfeller tusenvis av ganger raskere enn andre 3D-skrivere, og bruke et bredere utvalg av materialer, inkludert gummilignende elastomerer og slitesterk, hard plast.
Adidas Futurecraft 4D inkluderer mellomsåler trykket av Carbon.
Teknologi for 3D-utskrift har eksistert siden 1980-tallet; fans har blitt fascinert av potensialet til å enkelt generere objekter med komplekse strukturer som ikke kan lages ved hjelp av andre teknikker, og å tilpasse objekter som medisinsk utstyr eller klær like enkelt som forskjellige bilder kan skrives ut på et stykke papir. Imidlertid har to utfordringer holdt 3D-utskrift til en nisjeteknologi: dens lave hastighet og det begrensede utvalget av materialer den er egnet for. Nylig har selskaper som HP, som selger 3-D-skrivere for å produsere høystyrke nylondeler, og Desktop Metal (se The 3-D Printer That Could Finally Change Manufacturing ), hvis maskin bruker forskjellige metalllegeringer, forsøkt å lage teknologien mer relevant for produksjon ved å øke hastigheten og bruke industrielt ønskelige materialer. Carbon slutter seg til dette stadig mer overfylte feltet. Støttet med $222 millioner fra investorer inkludert GE Ventures og Alphabets Google Ventures, har selskapet laget en prosess som kalles digital lyssyntese i stedet for 3D-utskrift, en måte å hentyde til dens nye kjemi.
Å legge til troverdighet til DeSimones påstand om at 3D-utskrift endelig er klar til å masseprodusere tilpassede deler er Carbons voksende liste over betalende kunder. Volumet og hastigheten vi kan oppnå med Carbons banebrytende digitale lyssyntese er enestående, sier Paul Gaudio, den globale kreative direktøren for Adidas. Det er nesten magisk. Adidas prøvde andre 3-D-skrivere da de forsøkte å lage tilpassede sko for massemarkedet, men ingen av dem kunne operere i stor skala. Nå vil den bruke Carbons teknologi til å produsere elastomer mellomsåler for sportssko, og starter med 5000 par denne høsten og vinteren. Selskapet håper å skrive ut millioner av sko, inkludert skreddersydde modeller, innen 2021. Andre kunder benytter seg av Carbons teknologi for å skrive ut deler til elektriske motorsykler, serverfarmer og kjølesystemer, som alle har vært vanskelige eller umulige å lage med andre metoder.
Blanding av polymerer
Før han grunnla Carbon i 2013, tilbrakte DeSimone mer enn 20 år som polymerkjemiker ved University of North Carolina. I 2012, ettersom 3D-utskrift ble populært blant hackere som brukte skrivebordsmodeller, fikk han en telefon fra Alex Ermoshkin, en tidligere student og ansatt i et legemiddelleveringsfirma DeSimone hadde startet opp på begynnelsen av 2000-tallet. Ermoshkin kom til ham med en forretningsidé: Ville han være interessert i å starte et selskap for å bygge billigere 3D-skrivere?
DeSimone, som hadde litt erfaring med teknologien, var fascinert. Han foreslo at Ermoshkin skulle gjøre et patentsøk for å se hva som manglet i feltet. Ermoshkin fant mange beskrivelser av måter å skrive ut tredimensjonale objekter ett lag om gangen, noen brukte UV-lys for å koble sammen kjemiske byggesteiner og herde dem for å danne polymerer. Stereolitografi er en av de originale 3-D-trykkmetodene, men den har alltid vært begrenset av egenskapene til slike UV-herdbare plaster, som ikke har inkludert holdbarhet eller fleksibilitet. Også resulterende produkter dannet i lag hadde en tendens til å være svake. Stereolitografi er nyttig for å lage prototyper, men ikke for endelige deler. Dessuten var skriverne veldig trege og tok timer eller til og med dager å lage store gjenstander.
De to begynte å tenke på hvordan de skulle skrive ut uten å stoppe. De ble inspirert, sier DeSimone, av bildet av den humanoide roboten T-1000 som reiste seg opp av et basseng med metallisk væske for å stå på to fot i filmen fra 1991 Terminator 2: Judgment Day. I systemet som DeSimone og Ermoshkin forestilte seg, ville lysmønstre bli projisert inn i badekaret, som bilder på en filmlerret, når skriverarmen beveget seg opp. Etter hvert som lyset herdet materialet, ville objektet dannes kontinuerlig.
Blant de vanskelige utfordringene teamet måtte løse, var hvordan man hindrer gjenstander i å feste seg til bunnen av badekaret. DeSimone kom med løsningen: et oksygengjennomtrengelig vindu, som utnytter det faktum at denne typen UV-utløste reaksjoner stoppes av oksygen. Det er en liten detalj, men en kritisk detalj.
Carbons visepresident for materialer, Jason Rolland, sier at selskapet har fokusert på å overvinne begrensningene til UV-herdbare polymerer, og utviklet blandinger som tilbyr et bredt spekter av egenskaper. Systemet kan nå skrive ut med 12 materialklasser — noen slitesterke, noen stretchy eller squishy, noen tåler tunge vekter. Den ene, en cyanatester som tåler temperaturer opp til 231 °C, er egnet for å lage bil- og romfartsdeler. En annen klasse, elastomerer, inkluderer de squishy materialene Adidas bruker. DeSimone ser for seg en appbutikk for harpikser som selskapets kunder kan bestille for å skrive ut det de trenger.
Oppskalering
Carbon jobbet med Adidas på 150 forskjellige iterasjoner av elastomeren i den nye skoen, som bruker en trykt mellomsåle med gitterstruktur. Strukturens mekaniske egenskaper kan skreddersys ved å endre mønsteret til gitterets hull og stag, og bringe personalisering til en masseskala.
I Carbons lobby viser en stor skjerm driftsstatusen til alle skriverne, både på stedet og hos kunder. Selskapet selger enhetene på en abonnementsmodell og jobber deretter med kundene for å velge riktige materialer og design. Hver sjette uke eller så sender Carbon ut programvareoppdateringer basert på hva den ser i felten — en taktikk inspirert av Tesla, den tidligere arbeidsgiveren til Carbons VP of engineering, Craig Carlson. Carbon designer nå maskinlæringsprogramvare for å hjelpe til med å generere det optimale utskriftsdesignet og parametrene for et gitt produkt. Vi ønsker å se problemene før vi skriver ut, sier DeSimone.