家電量販店で販売されるほど、日本の一般ユーザーにも普及し始めている3Dプリンター。樹脂や金属などの材料を積み重ねながら立体物を作る「3D積層造形技術」が、世界の各産業会で凄まじく急成長しています。

1980年米国に登場!最大手企業2社が日本に上陸した

3Dプリンターは1980年に米国で登場し、自動車・航空機などの試作品に使われてきました。近年では、低価格化と性能向上が急成長したことや、米国政府が3D研究促進のために6000万ドルの補助金プログラムを創設したことなどにより、市場拡大してきました。

日本に普及した切欠は、世界の3Dプリンター市場のシェアを2分する「ストラタシス」と「3Dシステムズ」が米国から上陸。2011年頃、低価格の3Dプリンターが登場し、一般ユーザーにも注目されてきました。

3Dプリンターのしくみがいまいち分からない・・・

少しずつ積み上げる積層という原理

3Dプリンターというものが、どういう原理やしくみで作られているかが分からない人に簡単にご説明すると、

どのような方式でも、基本的な動作の原理は、1回に1μm~数μm(1μmは1mmの1000分の1)の断面形状を形成し、これを積み上げていくことで少しずつ立体を造形するというもの。

素材は各種樹脂が中心だが、金属に対応する高級機種もある。主な製造方法としては、低価格の3Dプリンターで主流となっている「熱溶解積層方式」「インクジェット方式」と、高級機種を中心に採用されている「光造形方式」がある。

出典 http://diamond.jp

熱溶解積層方式の概念図。材料が塗布される基台(ステージ)が徐々に下がりながら形ができてゆくそうです。

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熱溶解積層方式によるスパナの模型

【熱溶解積層方式】
溶解させた樹脂をプリンターヘッドで押し出しながら少しずつ積み上げて立体物をつくる方法。メリットは、装置の価格が安いことと、ABS樹脂は強度があること。デメリットとしては、精度がやや粗く、成形時の層間の断層が目立ちやすい(表面がざらざらする)ことが挙げられる。

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【インクジェット方式】
インクジェットヘッドで細かい粒子にした樹脂を噴射し、紫外線照射で固めながら、樹脂を何層にも重ねて立体物をつくる方法。熱溶解積層方式よりも表面を滑らかに仕上げられる。

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【光造形方式】
紫外線があたると硬化する特殊な樹脂にUVレーザーを照射し、樹脂の表面に部品の断面を描いて硬化させる。この作業を何度も繰り返し、硬化させた層を積み重ねて立体物をつくる。メリットは、複雑で細かな形状でも容易に成形できること。

ただ、装置が高価で、使用できる素材が限られるのが難点だ。

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製造工程で、動かす部分や取り外しする部分に、水につけると溶けるサポート剤を吹き付けておく。成形が終了したら水をつければサポート剤が溶けて動かせるようになるという。

家電量販店で普及版が続々登場!

一般ユーザーへの普及版が登場したことで、フィギアやプラモデル、スマホケースなど、ものづくりの趣味へと拡大しています。

そして今・・・どんなものが作られているのか?

ついに3Dプリンターで作られたマンションが登場!

業務用の大型機械から医療系の臓器まで・・・。ここ数年で急激に成長してきた3Dプリンターが、いよいよ建設業界にも進出。

出典 https://www.techinasia.com

中国の会社が建設したもので、1100㎡を超える豪邸。

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こちらは外見は普通の5階建てのコンクリート造りですが、3Dプリンターによってコンクリートを印刷したものです。

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どちらも中国の「Winsum」という会社が建設したもので、建物はコンセプトモデルの展示品。実際に販売されているようではなさそうです。耐震性などの不安?などの声もありますが、3Dプリンターで作られたものとは思えない迫力がありますね。

外食産業にも

出典 http://toyokeizai.net

3Dプリンターで作られたミニハンバーガー

2013年、米国テキサス州の「システムアンドマテリアルズリサーチ社」が、NASAの中小企業向け出資プログラムで12.5万ドルを3Dプリンターの開発資金として獲得。宇宙飛行士が宇宙空間でも新鮮で美味しいものが食べられるように企画されたものです。

カートリッジに乾燥したタンパク質や脂肪などの栄養素や香料などが粉末になったものを使い、プリンタヘッドで油と水を混ぜる。それらがノズルから熱されたプレートの上に押し出され、層が積み重なる様に料理が製造されていく。

様々な形状や食感の食べ物を出力できるため、どんな料理でも製造することができる。ピザであれば15分も掛からずに出来上がってしまうそうだ。

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MITの学生が3Dプリンターでアイスクリームを作った!

なんと、マサチューセッツ工科大学の3人の学生が、既存のソフトクリームメーカーを改造して、3Dプリンターでアイスクリームを作りました。

そのシステムはまだ概念実証の段階だが、甘い甘いクリームから、かなり複雑な形でも作り出すことができる。春学期にこのプロジェクトを始めた彼らは、まず星の形をプリントするところまでこぎつけた。まだ商用化する意思は彼らにないが、でも実用性は十分にありそうだ。

出典 http://jp.techcrunch.com

国際自動車ショーに3Dプリンターカー出展

2015年1月12日、米国ミシガン州のデトロイトで公開された「北米国際自動車ショー」のスペースのど真ん中に、3Dプリンターカーが出展されました。

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手前に堂々と出展されているのが3Dプリンテッドカー

GMの向い、日産とマツダの隣に「小さな工場」が出現した。そこには大型3DプリンターとNC(数値制御型)の切削加工機が並んだのだ。華やかな雰囲気のモーターショー会場のド真ん中で、本来は「クルマの裏方」である工作機械が正々堂々と実動するとは…。

3Dプリンテッドカーの制作時間は、最も手の掛かるボディ本体に40~44時間。その他、約50個のパーツをプリントし、ステアリング、ペダル等の金属部品等と組み付けを行なう。現在、既成の自動車部品はルノー関連のメーカー製が多い。

材料はオモチャ等でも利用されるABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)樹脂に約20%のカーボンを融合させたもの。強度は鉄やアルミに匹敵する。プロトタイプの3Dプリンターカーでは、ABS樹脂素材を摂氏225~250度で溶解し、1時間あたり36ポンド(約16キロ)を使用。プリントは合計で212階層ある。

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3Dプリンターを活用した「マイクロファクトリー」は大都市の100マイル(約160km)圏内に建設し、それぞれ100名ほど就業しているという。自動車メーカーと比較して、トータルの物流コストは97%減少するらしい?

医療用の臓器やES細胞まで

この他にも、人間の義手や動物用の義足、頭蓋骨(モデル段階)といった医療の場でも活躍を遂げています。2013年2月には、イギリスとスコットランドの科学者6名で構成される研究チームが、3DプリンターでヒトES細胞から立体物の印刷に成功したという論文が発表されました。

出典 http://karapaia.livedoor.biz

この技術が完成すれば、いずれは臓器提供や動物実験の必要がなくなるはずだとか。

これまで、インクジェット技術を用いた3Dプリンターによる印刷では、成体幹細胞などいくつかの種類の細胞の印刷に成功している。だが、成体幹細胞より万能なヒトES細胞については、3Dプリンターで使うにはもろすぎることが分かっていた。

研究に参加した幹細胞関連企業ロスリン・セルラブのジェイソン・キング氏 は、今回の研究成果が長期的には動物を使わない、より信頼できる薬の安全性検査や、移植用臓器のオンデマンド提供などに計り知れない価値をもたらすと確信していると語った。

出典 http://karapaia.livedoor.biz

さいごに

もはや、できないものなどないような勢いで、目覚ましく成長している3Dプリンターは話題が絶えません。ES細胞のプリンター技術が成功すれば、コピー人間の登場や、がん細胞、臓器を交換すれば、不老不死も夢じゃない?!

犯罪を犯す人間の脳を交換すれば事件を失くすこともできるのでは?など、考えてしまいます。
これからも3Dプリンターの各産業会での発展に期待したいですね。

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cocon☆hanna このユーザーの他の記事を見る

キャリアカウンセラーの道を目指し、資格取得後オンラインカウンセラーとしてデヴュー。WEBライターとして活動をはじめ7年になります。人に「読まれる・読ませる」ライターを目指しています☆

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