3Dプリンティングテクノロジーとは-仕組み、アプリケーション、障害

これらの革新的なプリンターは、私たちの日常生活でますます目に見えています。

• 銃. 2013年、自己宣言された「暗号アナキスト」であるCody Wilsonは、3D印刷技術を介してプラスチック銃を設計、作成、および印刷しました。コーディは銃を発射し、インターネット上で銃のCADファイルを配布しました。米国政府がサイトを閉鎖する前に、100,000件以上のダウンロードがありました。 2014年5月、井村佳友は、3Dプリントされた5発の銃の所持で日本で逮捕されました。.
• 化粧品. 2014年5月にニューヨーク市で開催されたTechCrunch Disruptショーで、ハーバードMBAの卒業生であるGrace Choiは、FDA承認のインクとさまざまな素材を組み合わせた200ドル以下の3DプリンターであるMinkをデモしました。クリームに、口紅に。チェ氏によると、「大手化粧品会社は顔料と下地を取り、それらを混ぜ合わせて価格を上げています。私たちは同じことをして、あなたが自分の家で化粧をするようにします。」
• 体の部分. TIME magazineによる2013年のレポートによると、3Dプリンターはすでに体細胞から耳や鼻などの体の部分を切り分けています。初期段階ではあるが、この技術は美容整形および整形手術に有望である.
• 食物. マサチューセッツ工科大学は「Cornucopia」と呼ばれる食品用の3Dプリンターを開発し、フランス料理研究所はコーネルが開発したFabatHomeを食品の調理に使用しています。おそらく、「スタートレック」に描かれている宇宙時代のフードレプリケーターは、私たちが考えているほど遠くない.
• 法医学および考古学. テレビ番組「CSI：New York」では、3Dプリンティングを使用して、体内の弾丸を複製して手術を避けています。考古学者は、元の貴重なオブジェクトを損傷することなく、研究のために壊れやすいアーティファクトを複製できます。たとえば、ディスカバリータイムスクエアキングツタンカーメン博覧会の訪問者は、マテリアライズ社のミイラのほぼ同じ3Dプリントレプリカを見ることができました。.

ミケランジェロはかつて石のすべてのブロックに彫像があり、それを発見することは彫刻の仕事だと説明しました。アーティストが求める3次元画像を理解したら、彼の仕事は、外部の素材を慎重に削り取り、隠れた構造を明らかにすることです。ミケランジェロが3Dプリンターを使用できたとしたら、彼の創造的なプロセスは正反対でした。.

3D印刷の仕組み

「3D印刷」という用語は、インクが紙に適用される2次元印刷との類似性がほとんどないため、誤った呼び名です。ただし、プロセスは印刷に似ており、その結果、さまざまな形状の材料のさまざまな層が蓄積され、立体形状の立体オブジェクトが作成されます。より正確な記述は、「アディティブマニュファクチャリング」です。これは、従来の製造とは異なる方法で、より大きな未形成の塊から固体材料を除去することに基づいています.

プロセスは、コンピューター支援設計（CAD）または3Dスキャナーから始まり、「モデル」をデジタルの3次元測定値に変換します。選択した材料（液体、粉末、紙、またはシート材料）を使用して、複数の薄い層を配置し、加熱、硬化、センタリング、ラミネーション、または光重合により融合して、単一の統合オブジェクトを作成します。.

3Dプリントテクノロジーは、過去3世紀にわたって進化してきました。 2014 Patent Insight Proレポートには、1970年代初頭から発行された3D印刷技術に関連する約2,635件の特許がリストされています。各特許は、特許請求の範囲と特許の発行を正当化する正当性に関して特定のものである場合がありますが、一般的に以下に基づいて分類できます。

• 特定された技術プロセス. 現在、3Dプリンティングでは33種類のプロセスが使用されています。これは、熱可塑性材料を半液体状態に加熱し、コンピューター制御パスに沿って層ごとに押し出すプロセスである溶融堆積モデリング（FDM）からステレオリソグラフィ、液体ポリマーのタンクに浸漬されたプラットフォームによって上昇または下降する際に、紫外線レーザーが液体フォトポリマーの層を硬化させ、複数の層が完成部品になるまで塗料のコートの後にコートを塗布するのと同様のプロセス.
• 特許で指定された材料. これまでに発行された特許は、セラミック、粘土、パラジウム、紙、ゴム、銀、チタン、ワックスを含む45種類の材料を対象としています.
• 使用または適用. 最後に、建設、防衛、食品産業を含む、少なくとも22の3D印刷の商用アプリケーションがありました.

3D印刷業界の現状

多くの業界オブザーバーは、現在までの大衆市場への浸透の欠如は、さまざまな企業による広範な特許と知的財産訴訟の可能性が原因であると主張しています。簡単に言えば、企業は訴えられることを恐れているため、テクノロジーを悪用するためにリソースを費やしていない.

競争に対するこの障壁により、新規参入者が市場から排除され、価格が高くなっています。実際、大量市場の消費者アプリケーションをサポートするには高すぎます。基本技術をカバーする特許の多くは2013年に失効し、2014年と2015年に失効するため、テレビ、コンピューターなどの他の電子ハードウェアの減少と同様に、新製品の爆発と機器価格の低下が見込まれます、および携帯電話。低価格は初めて消費者への幅広いアクセスを提供します.

3Dプリンティングのガートナーリードアナリストであるピートバシリエールによると、魅力的な消費者アプリケーション-3Dプリンターで自宅でしか作成できないもの-は2016年までに登場し、3DプリンターにPCまたは携帯電話へのカメラの追加。 Gridlogics Technologiesのレポートによると、このテクノロジーは、消費者が従来の製造方法で生産され、マーケティング、ロジスティックス、在庫管理の関連コストを含む一般的な家庭用品を交換または作成できるため、マスマーケットアイテムになると予測されています。 1980年代半ばの最初の3Dプリンターの作成者であり、3D Systemsの共同設立者兼最高技術責任者であるCharles W. Hullは、この10年の終わりまでに業界が45億ドルのビジネスになると予測しています.

3D印刷のアプリケーション

3D印刷の将来の用途は、まだ発見されています。以下は、現在一般的に使用されている可能性が高い現在進行中のアプリケーションの一部です。.

1.医療
CNNによると、3Dプリンターはすでに研究者によって使用されており、器官組織の小さなストリップ（バイオプリンティング）と顔の付属器官（耳と鼻）を印刷しています。技術の進化の次の段階である腎臓や肝臓などの印刷された臓器は、最初は薬物およびワクチンのテストに使用でき、最終的には移植に必要な臓器を生産できます.

バシリエールは、「人間の臓器や組織を印刷できる3Dバイオプリンティング施設は、この技術の影響についての一般的な理解や受け入れよりもはるかに速く進歩するでしょう」と述べています。これに応えて、3D Printer Worldの編集長であるマイク・ティッチは、「臓器移植から幹細胞まで、多くの主要な医学的ブレークスルーが道徳的抵抗に苦しんでいます。金持ちだけがそれを買うことができるでしょうか？私たちは神を演じていますか？結局、命を救うことはすべての反対に勝る傾向があります。」

2.義肢
ワシントン大学の学生は、ボートの事故で手足を失った13歳の少女のために義足を開発しました。他の人工装具ほど高度ではありませんが、材料の200ドルのコストは、同様のデバイスの6,000ドルのコストを大幅に下回っていたため、多くの企業での広範な用途を妨げる要因となっています.

イリノイ州ロックランドのカイリーウィッカーは、左手に指を持たずに生まれ、5ドルの費用でプラスチックの3D印刷指の操作セットを受け取り、高校の工学部が設計しました。カナダの教授は、3Dプリンティングプロセスに取り組んでおり、持続的な内戦の犠牲者のために義肢をウガンダに送ります。.

3.ファッション
ファッションは、3Dプリンティングを活用して、2013年ニューヨークファッションウィークの滑走路に登場する見事なドレスとアクセサリーを作成し、2013年のフランクフルト国際モーターショーで発表されたユニークな「スモーク」ドレスを作成しました。誰かが着用者の個人的なスペースに足を踏み入れるたびに、煙のドレスは自動的に煙のベールを作成します.

レディーガガは、2013年のArtRaveで、世界初の3DプリントドレスであるVolantisを着用しました。 Continuumは、世界初のプレタポルテ、完全に3Dプリントされたビキニ、N12を提供します。N12は、その素材であるナイロン12にちなんで名付けられました。.

4.プロトタイプとテストモデル
Oxfam Internationalは、人々が貧困から抜け出すための実用的で革新的な方法を見つけるために取り組んでいる17の組織の国際連合であり、MyMiniFactory.comと協力して、第三世界の国々の水衛生の問題を解決するための革新的な設計を開発しました。設計は、大量生産に移行する前にすばやく印刷、テスト、および変更できます。まだ初期段階ですが、スポンサーは、混雑した不衛生な環境に住んでいる現在の240万人のシリア難民の手指衛生装置などの人道的プロジェクトで、新しいデバイスの迅速なテストと3Dプリントで可能なその後の修正が成功すると信じています.

イタリアの発明家Enrico Diniは、砂の粒子を結合して堆積石を作成するDシェイプとして知られる3Dプリンターを開発しました。プリンターは、半分のコストで従来の手段の4倍の速度で建物を建設できると言われています。 Kor Ecologicが設計したハイブリッド自動車であるUrbeeは、1ガロンあたり最大200マイルを取得できる2人乗りで、推定コストは約20,000ドルで、完全に3Dプリントで製造されています。.

5.個人使用
注文した宝石が届くのを待つのではなく、自宅でカスタムジュエリー、家庭用品、おもちゃ、道具を好きなサイズ、形、色に印刷したり、交換用の部品を印刷したりできます。 。調査会社のStrategy Analyticsによると、ホーム3Dプリンティングは2030年までに年間700億ドルの産業に発展する可能性があります.

食品用の3Dプリンターは、最終的に子供たちに野菜を食べさせるという問題を解決する可能性さえあります。親は、それらをあらゆる種類のの形に成形できるからです。恐ろしい幼児が恐竜の形で準備されていれば、おそらく芽キャベツを食べると確信することができます.

3D印刷の障害

3Dプリンターの期待は大きいものの、業界の支持者の期待に達する前に、克服しなければならない同様に重大な障害があります.

1.シンプルで安価な民生用プリンターの欠如
1,000ドル未満で販売されている3Dプリンターは機能が制限されており、操作が難しく、信頼性が低く、使用するために手作業による組み立てが必要になる場合があります。これらの欠陥は最終的には克服されますが、手頃な価格の消費者モデルが利用可能になるにはかなりの試行錯誤と時間がかかる可能性があります.

戦略+ビジネスの2013年の記事では、「3Dプリンターがどれだけ安くなるかに関係なく、製造工場は、アーティファクトを印刷するための原材料にスケールエコノミーを提供し続けます。」この記事は、消費者が地元のウォルマートから購入できる場合、自宅で3Dプリンターを使用してプラスチック製のフォークやチェスの駒を作るかどうかも疑問視しています.

2.印刷に適した材料の不足
現在、消費者価格（2,500ドル以下）で入手可能なプリンターは、融合堆積モデリング技術とPLAおよびABSプラスチックに依存しています。この素材は頑丈ではなく、使い勝手が制限されています。専門家は、平均的な消費者に有用である場合、次世代は炭素複合材料と金属を利用する必要があると考えています.

英国のThe Telegraphの2014年の記事は、このような明るい未来を宣言する新技術の支持者をsc笑し、成功した家庭用3Dプリンターでさえ「数時間ラジエーターに残っているように見えるモデルを作成する」と述べています。筆者は、武器の部品をインターネットにアップロードすることは非常にうまくいっているが、金属を使用する手段はない（消費者向けの3Dプリンターはまだ持っていない）ことを指摘しています。弾丸を発射します。」

3. CAD設計の知識の必要性
ThingiverseやShapewaysなどのサイトからさまざまなオブジェクトのダウンロード可能なファイルを入手できますが、それらは一般に技術的であり、すべての3Dプリンターと互換性がない場合があります。プリンターを取り巻くマーケティングの誇大宣伝のため、実際のユーザーの経験よりも操作が簡単であると描写される場合があります.

3Dプリンターユーザーブログの寄稿者であるTom Meeksは、3DプリンターとKeurigコーヒーメーカーシステムの類似点と、消費者のデザインと使いやすさの重要性を指摘しています。また、潜在的な3Dプリンターユーザーよりも多くのコーヒーを飲む人がいることを認識しておく必要があります。マーケティングの専門家は、プリンターが広く受け入れられるようにするには、従来のレーザーまたはドットマトリックスプリンターと同じくらい簡単に操作できる必要があると考えています。.

4.遅く、乱雑で、潜在的に危険
プリンターは、他に類を見ない複雑な高価なオブジェクトには最適ですが、大量生産には遅すぎます。使用される材料、および使用中のその放出物、特に粉末は、乱雑で潜在的に有毒である可能性があります。最後に、PLAプラスチックを使用する現在の3Dプリンターは、非常に高い温度（220〜230度）で動作します。これらの問題は克服できないものではありませんが、克服するには時間と投資が必要です.

最後の言葉

支持者が期待するように、3Dプリンターがテレビ、コンピューター、または携帯電話の影響を与えるかどうかは不明です。テクノロジーが進化するにつれて、可能性と利点は無限に広がります。それは確かに、賢明な消費者が認識し、成熟して消費者製品になるとすぐに使用できる技術です.

どう思いますか？ 3Dプリンターの所有に興味がありますか?