Carbon udskriver fantastiske materialer

Ved at bruge sin baggrund i kemi har administrerende direktør Joseph DeSimone taget en helt ny tilgang til avanceret fremstilling, hvilket gør det muligt for Carbon, nummer 18 på vores liste over de 50 smarteste virksomheder, at udskrive materialer med en bred vifte af nyttige egenskaber. Ved

• Katherine Bourzac arkiv side

27. juni 2017

leonard greco

En slank mekanisk arm kaster sig ned i en pool af, hvad der ligner mælkegrå blæk i Carbons laboratorium i Redwood City, Californien (se '50 Smartest Companies 2017.') Den sorte arm bevæger sig langsomt opad og trækker en plastikterning med gitter ud af badet, skinnende og dryppende af blæk: en storstilet model af den porøse struktur af knogler.

Joseph DeSimone, Carbons administrerende direktør og medstifter, ser på. DeSimone, en polymerkemiker, hjalp med at opfinde disse maskiner, og han får stadig et kick ud af at se dem arbejde. Det er en form for 3-D-print, men det er lavet på en ny måde, der er hurtigere end tidligere teknikker og fungerer med mange flere typer plast. Den måde, printeren jævnt trækker objektet fra puljen af ​​mælkeagtig væske, millimeter for millimeter, giver en illusion af, at en eksisterende struktur er ved at dukke op. Faktisk er væsken et lysfølsomt prækursormateriale; en digital projektor projicerer konstant ultraviolet lys på bunden af ​​gitteret, det første af to trin, der hærder materialet til at danne plastikobjektet.

Denne historie var en del af vores juli 2017-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Ved at bruge sin proces til hurtigt at udskrive objekter med højtydende polymerer som polyurethaner og epoxyer, forfølger den fireårige Carbon en tilgang, der er fundamentalt forskellig fra andre metoder til 3-D-printning, som lægger lag af plast ned et ad gangen. Det begrænser kvaliteten af ​​mange 3-D-printede produkter, men Carbon fremstiller et objekt i en kontinuerlig proces og undgår nogle typiske problemer. DeSimone siger, at hans teknologi gør det muligt for Carbon at printe polymerobjekter hurtigt, i nogle tilfælde tusindvis af gange hurtigere end andre 3-D-printere, og bruge en bredere vifte af materialer, herunder gummilignende elastomerer og holdbart, hårdt plast.

Adidas Futurecraft 4D inkluderer mellemsål printet af Carbon.

Teknologi til 3-D-print har eksisteret siden 1980'erne; fans har været fascineret af potentialet til nemt at generere objekter med komplekse strukturer, som ikke kan laves ved hjælp af andre teknikker, og at personalisere genstande som medicinsk udstyr eller beklædning lige så nemt som forskellige billeder kan udskrives på et stykke papir. To udfordringer har dog holdt 3D-print som en nicheteknologi: dens langsomme hastighed og det begrænsede udvalg af materialer, som det er egnet til. For nylig har virksomheder som HP, der sælger 3-D-printere til fremstilling af højstyrke nylondele, og Desktop Metal (se The 3-D Printer That Could Finally Change Manufacturing), hvis maskine bruger forskellige metallegeringer, forsøgt at lave teknologien mere relevant for fremstilling ved at øge dens hastighed og bruge industrielt ønskværdige materialer. Carbon slutter sig til dette stadig mere overfyldte felt. Støttet med $222 millioner fra investorer, herunder GE Ventures og Alphabets Google Ventures, har virksomheden skabt en proces, som den kalder digital lyssyntese i stedet for 3-D-print, en måde at hentyde til dets nye kemi.

At tilføje troværdighed til DeSimones påstand om, at 3-D-print endelig er klar til at massefremstille tilpassede dele, er Carbons voksende liste over betalende kunder. Den volumen og hastighed, vi kan opnå med Carbons banebrydende digitale lyssyntese, er uden fortilfælde, siger Paul Gaudio, den globale kreative direktør for Adidas. Det er næsten magisk. Adidas prøvede andre 3-D-printere, da de søgte at lave skræddersyede sko til massemarkedet, men ingen af ​​dem kunne fungere i stor skala. Nu vil det bruge Carbons teknologi til at fremstille elastomer mellemsåler til sportssko, startende med 5.000 par dette efterår og vinter. Virksomheden håber at kunne printe millioner af sko, herunder skræddersyede modeller, inden 2021. Andre kunder udnytter Carbons teknologi til at printe dele til elektriske motorcykler, serverfarme og kølesystemer, som alle har været svære eller umulige at lave med andre metoder.

Blanding af polymerer

Før han grundlagde Carbon i 2013, brugte DeSimone mere end 20 år som polymerkemiker ved University of North Carolina. I 2012, da 3-D-print blev populært blandt hackere, der brugte desktop-modeller, modtog han et opkald fra Alex Ermoshkin, en tidligere studerende og ansat i et lægemiddelleveringsfirma, DeSimone, som var startet op i begyndelsen af ​​2000'erne. Ermoshkin kom til ham med en forretningsidé: Ville han være interesseret i at starte et firma til at bygge billigere 3-D-printere?

DeSimone, som havde en vis erfaring med teknologien, var fascineret. Han foreslog, at Ermoshkin lavede en patentsøgning for at se, hvad der manglede i feltet. Ermoshkin fandt mange beskrivelser af måder at udskrive tredimensionelle objekter på et lag ad gangen, nogle ved hjælp af UV-lys til at forbinde kemiske byggesten og hærde dem til polymerer. Stereolitografi er en af ​​de originale 3-D-printmetoder, men den har altid været begrænset af egenskaberne af sådan UV-hærdende plast, som ikke har inkluderet holdbarhed eller fleksibilitet. Også resulterende produkter dannet i lag havde en tendens til at være svage. Stereolitografi er nyttig til at lave prototyper, men ikke til endelige dele. Desuden var printerne meget langsomme og tog timer eller endda dage at lave store genstande.

De to begyndte at tænke på, hvordan de skulle printe uden at stoppe. De var inspireret, siger DeSimone, af billedet af den menneskelige T-1000-robot, der rejser sig op af en pøl af metallisk væske for at stå på to ben i filmen fra 1991 Terminator 2: Judgment Day. I det system, som DeSimone og Ermoshkin forestillede sig, ville lysmønstre blive projiceret ind i badet, som billeder på et filmlærred, når printerarmen bevægede sig opad. Efterhånden som lyset hærdede materialet, ville objektet dannes kontinuerligt.

Blandt de vanskelige udfordringer, holdet skulle løse, var, hvordan man forhindrer genstande i at klæbe til bunden af ​​badet. DeSimone kom med løsningen: Et iltgennemtrængeligt vindue, som udnytter, at disse typer UV-udløste reaktioner stoppes af ilt. Det er en lille detalje, men en kritisk.

Carbons vicepræsident for materialer, Jason Rolland, siger, at virksomheden har fokuseret på at overvinde begrænsningerne ved UV-hærdelige polymerer og udvikle blandinger, der tilbyder en bred vifte af egenskaber. Systemet kan nu printe med 12 materialeklasser — nogle holdbare, nogle strækbare eller squishy, ​​nogle i stand til at bære tunge vægte. Den ene, en cyanatester, der kan modstå temperaturer op til 231 °C, er velegnet til fremstilling af bil- og rumfartsdele. En anden klasse, elastomerer, omfatter de squishy materialer, Adidas bruger. DeSimone forudser en app-butik for harpiks, hvorfra virksomhedens kunder kan bestille for at printe, hvad de har brug for.

Opskalere

Carbon arbejdede sammen med Adidas på 150 forskellige iterationer af elastomeren i dens nye sko, som bruger en printet mellemsål med en gitterstruktur. Strukturens mekaniske egenskaber kan skræddersyes ved at ændre mønsteret af gitterets huller og stivere, hvilket bringer personalisering til en masseskala.

I Carbons lobby viser en stor skærm driftsstatus for alle dets printere, både på stedet og hos kunder. Virksomheden sælger enhederne på en abonnementsmodel og arbejder derefter sammen med kunderne om at vælge de rigtige materialer og designs. Hver sjette uge eller deromkring udsender Carbon softwareopdateringer baseret på, hvad det ser i felten — en taktik inspireret af Tesla, den tidligere arbejdsgiver for Carbons VP of engineering, Craig Carlson. Carbon designer nu maskinlæringssoftware til at hjælpe med at generere det optimale printdesign og parametre for et givet produkt. Vi vil gerne se problemerne, før vi udskriver, siger DeSimone.

skjule