211service.com
Koolstof drukt fantastische materialen af
Met zijn achtergrond in de chemie heeft CEO Joseph DeSimone een geheel nieuwe benadering van geavanceerde productie gekozen, waardoor Carbon, nummer 18 op onze lijst van de 50 slimste bedrijven, materialen kan printen met een breed scala aan nuttige eigenschappen. 27 juni 2017
leonard greco
Een slanke mechanische arm duikt in een poel van wat lijkt op melkgrijze inkt in Carbon's lab in Redwood City, Californië (zie '50 Smartest Companies 2017'). De zwarte arm beweegt langzaam omhoog en trekt een plastic kubus met traliewerk uit het bad, glanzend en druipend van de inkt: een grootschalig model van de poreuze structuur van bot.
Joseph DeSimone, CEO en medeoprichter van Carbon, kijkt toe. DeSimone, een polymeerchemicus, hielp bij het uitvinden van deze machines, en hij krijgt nog steeds een kick om ze te zien werken. Het is een vorm van 3D-printen, maar het is gedaan op een nieuwe manier die sneller is dan eerdere technieken en met veel meer soorten plastic werkt. De manier waarop de printer het object soepel, millimeter voor millimeter, uit de plas melkachtige vloeistof trekt, wekt de illusie dat er een bestaande structuur ontstaat. In feite is de vloeistof een lichtgevoelig voorlopermateriaal; een digitale projector projecteert continu ultraviolet licht op de bodem van het rooster, de eerste van twee stappen die het materiaal uitharden om het plastic object te vormen.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2017
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Met behulp van zijn proces voor het snel printen van objecten met hoogwaardige polymeren zoals polyurethanen en epoxy's, streeft de vier jaar oude Carbon een benadering na die fundamenteel verschilt van andere methoden van 3D-printen, waarbij lagen plastic één voor één worden aangebracht. Dat beperkt de kwaliteit van veel 3D-geprinte producten, maar Carbon fabriceert een object in een continu proces, waardoor enkele typische problemen worden vermeden. DeSimone zegt dat zijn technologie Carbon in staat stelt om polymeerobjecten snel te printen, in sommige gevallen duizenden keren sneller dan andere 3D-printers, en een breder scala aan materialen te gebruiken, waaronder rubberachtige elastomeren en duurzame, harde kunststoffen.
De Adidas Futurecraft 4D bevat tussenzolen die zijn geprint door Carbon.
Technologie voor 3D-printen bestaat al sinds de jaren tachtig; fans zijn geïntrigeerd door de mogelijkheid om eenvoudig objecten te genereren met complexe structuren die niet met andere technieken kunnen worden gemaakt, en om objecten zoals medische apparaten of kleding net zo gemakkelijk te personaliseren als verschillende afbeeldingen op een stuk papier kunnen worden afgedrukt. Er zijn echter twee uitdagingen die 3D-printen tot een nichetechnologie hebben gemaakt: de lage snelheid en het beperkte aantal materialen waarvoor het geschikt was. Onlangs hebben bedrijven als HP, dat 3D-printers verkoopt voor het vervaardigen van zeer sterke nylon onderdelen, en Desktop Metal (zie De 3D-printer die eindelijk de productie kan veranderen), waarvan de machine verschillende metaallegeringen gebruikt, geprobeerd de technologie relevanter voor productie door de snelheid te verhogen en industrieel wenselijke materialen te gebruiken. Carbon voegt zich bij dit steeds drukker wordende veld. Gesteund met $ 222 miljoen van investeerders, waaronder GE Ventures en Alphabet's Google Ventures, heeft het bedrijf een proces gecreëerd dat het digitale lichtsynthese noemt in plaats van 3D-printen, een manier om te verwijzen naar zijn nieuwe chemie.
Het toevoegen van geloofwaardigheid aan de bewering van DeSimone dat 3D-printen eindelijk klaar is om op maat gemaakte onderdelen massaal te produceren, is de groeiende lijst van betalende klanten van Carbon. Het volume en de snelheid die we kunnen bereiken met Carbon's baanbrekende digitale lichtsynthese is ongekend, zegt Paul Gaudio, de wereldwijde creative director van Adidas. Het is bijna magisch. Adidas probeerde andere 3D-printers om aangepaste schoenen voor de massamarkt te maken, maar geen van hen kon op grote schaal werken. Nu zal het de technologie van Carbon gebruiken om tussenzolen van elastomeer voor sportschoenen te produceren, te beginnen met 5.000 paar deze herfst en winter. Het bedrijf hoopt tegen 2021 miljoenen schoenen te printen, inclusief op maat gemaakte modellen. Andere klanten profiteren van de technologie van Carbon om onderdelen te printen voor elektrische motorfietsen, serverparken en koelsystemen, die allemaal moeilijk of onmogelijk te maken waren. met andere methoden.
Polymeren mengen
Voordat hij in 2013 Carbon oprichtte, werkte DeSimone meer dan 20 jaar als polymeerchemicus aan de Universiteit van North Carolina. In 2012, toen 3D-printen populair werd bij hackers die desktopmodellen gebruikten, kreeg hij een telefoontje van Alex Ermoshkin, een voormalig student en medewerker van een medicijnbezorgbedrijf dat DeSimone in de vroege jaren 2000 was gestart. Ermoshkin kwam naar hem toe met een zakelijk idee: zou hij geïnteresseerd zijn in het starten van een bedrijf om goedkopere 3D-printers te bouwen?
DeSimone, die enige ervaring had met de technologie, was geïntrigeerd. Hij stelde voor dat Ermoshkin een patentonderzoek zou doen om te zien wat er in het veld ontbrak. Ermoshkin vond veel beschrijvingen van manieren om driedimensionale objecten laag voor laag af te drukken, sommige met UV-licht om chemische bouwstenen aan elkaar te koppelen en uit te harden om polymeren te vormen. Stereolithografie is een van de originele 3D-printmethoden, maar is altijd beperkt geweest door de eigenschappen van dergelijke UV-uithardende kunststoffen, die duurzaamheid of flexibiliteit niet omvatten. Ook neigden de resulterende in lagen gevormde producten zwak te zijn. Stereolithografie is handig voor het maken van prototypes, maar niet voor definitieve onderdelen. Bovendien waren de printers erg traag en deden ze er uren of zelfs dagen over om grote objecten te maken.
De twee begonnen na te denken over hoe ze konden printen zonder te stoppen. Ze werden geïnspireerd, zegt DeSimone, door het beeld van de T-1000 humanoïde robot die oprijst uit een plas metallische vloeistof om op twee voeten te staan in de film uit 1991 Terminator 2: Dag des Oordeels. In het systeem dat DeSimone en Ermoshkin zich voorstelden, zouden lichtpatronen in het bad worden geprojecteerd, zoals beelden op een filmscherm, terwijl de printerarm omhoog bewoog. Terwijl het licht het materiaal verhardde, zou het object zich continu vormen.
Een van de lastige uitdagingen die het team moest oplossen, was hoe te voorkomen dat voorwerpen aan de bodem van het bad blijven kleven. DeSimone kwam met de oplossing: een zuurstofdoorlatend venster, dat profiteert van het feit dat dit soort UV-geactiveerde reacties door zuurstof worden gestopt. Het is een klein detail, maar een cruciaal detail.
Jason Rolland, vice-president materialen van Carbon, zegt dat het bedrijf zich heeft gericht op het overwinnen van de beperkingen van UV-uithardende polymeren, door mengsels te ontwikkelen die een breed scala aan eigenschappen bieden. Het systeem kan nu printen met 12 materiaalklassen — sommige duurzaam, sommige rekbaar of zacht, sommige kunnen zware gewichten dragen. One, een cyanaatester die temperaturen tot 231 °C kan weerstaan, is geschikt voor het maken van auto- en ruimtevaartonderdelen. Een andere klasse, elastomeren, omvat de zachte materialen die Adidas gebruikt. DeSimone voorziet een app store voor harsen waar de klanten van het bedrijf kunnen bestellen om te printen wat ze nodig hebben.
Opschalen
Carbon werkte samen met Adidas aan 150 verschillende iteraties van het elastomeer in zijn nieuwe schoen, die een geprinte tussenzool met een roosterstructuur gebruikt. De mechanische eigenschappen van de structuur kunnen worden aangepast door het patroon van de gaten en stutten van het rooster te veranderen, waardoor personalisatie op grote schaal wordt gebracht.
In de lobby van Carbon toont een groot scherm de bedrijfsstatus van al zijn printers, zowel op locatie als bij klanten. Het bedrijf verkoopt de apparaten in een abonnementsmodel en werkt vervolgens samen met klanten om de juiste materialen en ontwerpen te selecteren. Elke zes weken of zo stuurt Carbon software-updates op basis van wat het in het veld ziet — een tactiek geïnspireerd door Tesla, de voormalige werkgever van Carbon's VP of engineering, Craig Carlson. Carbon ontwerpt nu machine learning-software om het optimale printontwerp en de optimale parameters voor een bepaald product te genereren. We willen de problemen zien voordat we gaan printen, zegt DeSimone.