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Carbon Print Materiali sorprendenti
Utilizzando il suo background in chimica, il CEO Joseph DeSimone ha adottato un approccio completamente nuovo alla produzione avanzata, consentendo a Carbon, numero 18 nella nostra lista delle 50 aziende più intelligenti, di stampare materiali con un'ampia gamma di proprietà utili. 27 giugno 2017
leonardo greco
Un elegante braccio meccanico si tuffa in una pozza di quello che sembra inchiostro grigio latte nel laboratorio di Carbon a Redwood City, in California (vedi '50 Smartest Companies 2017.') Il braccio nero si muove lentamente verso l'alto, tirando fuori dalla vasca un cubo di plastica reticolato, lucido e grondante d'inchiostro: un modello in grande scala della struttura porosa dell'osso.
Joseph DeSimone, CEO e cofondatore di Carbon, osserva. DeSimone, un chimico dei polimeri, ha contribuito a inventare queste macchine e continua a divertirsi guardandole funzionare. È una forma di stampa 3D, ma viene eseguita in un modo nuovo, più veloce delle tecniche precedenti e funziona con molti più tipi di plastica. Il modo in cui la stampante estrae l'oggetto dalla pozza di liquido lattiginoso, millimetro dopo millimetro, dà l'illusione che stia emergendo una struttura esistente. In effetti, il liquido è un materiale precursore fotosensibile; un proiettore digitale proietta continuamente luce ultravioletta sul fondo del reticolo, il primo dei due passaggi che induriscono il materiale per formare l'oggetto di plastica.
Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2017
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Utilizzando il suo processo per stampare rapidamente oggetti con polimeri ad alte prestazioni come poliuretani ed epossidici, Carbon, che ha quattro anni, sta perseguendo un approccio fondamentalmente diverso dagli altri metodi di stampa 3D, che abbattono strati di plastica uno alla volta. Ciò limita la qualità di molti prodotti stampati in 3D, ma Carbon fabbrica un oggetto in un processo continuo, evitando alcuni problemi tipici. DeSimone afferma che la sua tecnologia consente a Carbon di stampare oggetti polimerici rapidamente, in alcuni casi migliaia di volte più velocemente di altre stampanti 3-D, e di utilizzare una gamma più ampia di materiali, inclusi elastomeri simili alla gomma e plastiche dure e durevoli.
L'Adidas Futurecraft 4D include intersuole stampate da Carbon.
La tecnologia per la stampa 3D esiste dagli anni '80; i fan sono stati incuriositi dalla possibilità di generare facilmente oggetti con strutture complesse che non possono essere realizzati con altre tecniche e di personalizzare oggetti come dispositivi medici o abbigliamento con la stessa facilità con cui immagini diverse possono essere stampate su un pezzo di carta. Tuttavia, due sfide hanno mantenuto la stampa 3D una tecnologia di nicchia: la sua bassa velocità e la gamma limitata di materiali per i quali è stata adatta. Di recente, aziende come HP, che vende stampanti 3-D per fabbricare parti in nylon ad alta resistenza, e Desktop Metal (vedi La stampante 3-D che potrebbe finalmente cambiare la produzione), la cui macchina utilizza varie leghe metalliche, hanno tentato di realizzare la tecnologia più rilevante per la produzione aumentandone la velocità e utilizzando materiali desiderabili dal punto di vista industriale. Il carbonio si unisce a questo campo sempre più affollato. Sostenuta da 222 milioni di dollari da investitori tra cui GE Ventures e Google Ventures di Alphabet, la società ha creato un processo che chiama sintesi della luce digitale piuttosto che stampa 3D, un modo per alludere alla sua nuova chimica.
Aggiungere credibilità all'affermazione di DeSimone secondo cui la stampa 3D è finalmente pronta per la produzione in serie di parti personalizzate è l'elenco crescente di clienti paganti di Carbon. Il volume e la velocità che possiamo raggiungere con l'innovativa sintesi della luce digitale di Carbon non hanno precedenti, afferma Paul Gaudio, direttore creativo globale di Adidas. È quasi magico. Adidas ha provato altre stampanti 3-D mentre cercava di realizzare scarpe personalizzate per il mercato di massa, ma nessuna di esse poteva funzionare su larga scala. Ora utilizzerà la tecnologia di Carbon per produrre intersuole in elastomero per scarpe da ginnastica, a partire da 5.000 paia questo autunno e inverno. L'azienda spera di stampare milioni di scarpe, inclusi modelli su misura, entro il 2021. Altri clienti stanno sfruttando la tecnologia di Carbon per stampare parti per motociclette elettriche, server farm e sistemi di raffreddamento, tutti difficili o impossibili da realizzare con altri metodi.
Polimeri di miscelazione
Prima di fondare Carbon nel 2013, DeSimone ha trascorso più di 20 anni come chimico dei polimeri presso l'Università della Carolina del Nord. Nel 2012, mentre la stampa 3D stava diventando popolare tra gli hacker che utilizzavano modelli desktop, ha ricevuto una telefonata da Alex Ermoshkin, un ex studente e dipendente di un'azienda di distribuzione di farmaci che DeSimone aveva avviato all'inizio degli anni 2000. Ermoshkin è venuto da lui con un'idea imprenditoriale: sarebbe interessato ad avviare un'azienda per costruire stampanti 3-D più economiche?
DeSimone, che aveva una certa esperienza con la tecnologia, era incuriosito. Suggerì a Ermoshkin di fare una ricerca di brevetto per vedere cosa mancava nel campo. Ermoshkin ha trovato molte descrizioni di modi per stampare oggetti tridimensionali uno strato alla volta, alcuni usando la luce UV per collegare blocchi chimici e indurli per formare polimeri. La stereolitografia è uno dei metodi di stampa 3D originali, ma è sempre stata limitata dalle proprietà di tali plastiche induribili ai raggi UV, che non hanno incluso durata o flessibilità. Inoltre, i prodotti risultanti formati in strati tendevano ad essere deboli. La stereolitografia è utile per realizzare prototipi, ma non per le parti finali. Inoltre, le stampanti erano molto lente e impiegavano ore o addirittura giorni per realizzare oggetti di grandi dimensioni.
I due iniziarono a pensare a come stampare senza fermarsi. Sono stati ispirati, dice DeSimone, dall'immagine del robot umanoide T-1000 che emerge da una pozza di liquido metallico per stare su due piedi nel film del 1991 Terminator 2: Il giorno del giudizio. Nel sistema immaginato da DeSimone ed Ermoshkin, i modelli di luce sarebbero stati proiettati nella vasca da bagno, come immagini sullo schermo di un film, mentre il braccio della stampante si spostava verso l'alto. Quando la luce ha indurito il materiale, l'oggetto si formerebbe continuamente.
Tra le difficili sfide che il team ha dovuto risolvere c'era come evitare che gli oggetti si attaccassero al fondo della vasca. DeSimone ha trovato la soluzione: una finestra permeabile all'ossigeno, che sfrutta il fatto che questi tipi di reazioni innescate dai raggi UV vengono bloccate dall'ossigeno. È un piccolo dettaglio, ma critico.
Il vicepresidente dei materiali di Carbon, Jason Rolland, afferma che l'azienda si è concentrata sul superamento dei limiti dei polimeri induribili ai raggi UV, sviluppando miscele che offrono un'ampia gamma di proprietà. Il sistema ora può stampare con 12 classi di materiali — alcuni resistenti, altri elastici o morbidi, altri in grado di sopportare pesi elevati. Uno, un estere di cianato che può resistere a temperature fino a 231 °C, è adatto per la produzione di parti automobilistiche e aerospaziali. Un'altra classe, gli elastomeri, include i materiali morbidi utilizzati da Adidas. DeSimone prevede un app store per le resine da cui i clienti dell'azienda possono ordinare per stampare ciò di cui hanno bisogno.
Aumentare
Il carbonio ha lavorato con Adidas su 150 diverse iterazioni dell'elastomero nella sua nuova scarpa, che utilizza un'intersuola stampata con una struttura a reticolo. Le proprietà meccaniche della struttura possono essere personalizzate modificando il modello dei fori e dei montanti del reticolo, portando la personalizzazione su larga scala.
Nella lobby di Carbon, un ampio display mostra lo stato operativo di tutte le sue stampanti, sia in loco che con i clienti. L'azienda vende i dispositivi con un modello di abbonamento e quindi collabora con i clienti per selezionare i materiali e i design giusti. Ogni sei settimane circa, Carbon invia aggiornamenti software in base a ciò che sta vedendo sul campo — una tattica ispirata a Tesla, l'ex datore di lavoro del vicepresidente dell'ingegneria di Carbon, Craig Carlson. Carbon sta ora progettando un software di apprendimento automatico per aiutare a generare il design e i parametri di stampa ottimali per un determinato prodotto. Vogliamo vedere i problemi prima di stampare, dice DeSimone.