3Dプリンティングとは:自宅でモノを作る製造革命の現在地
3Dプリンティングの基本原理
3Dプリンティング(ラピッドプロトタイピング)は、コンピュータに接続された適度なサイズの機械で、設計図に基づき3Dオブジェクトを短時間で造形する製造手法です。基本原理は2Dプリンターと類似:材料カートリッジ、出力の柔軟性、コードから可視パターンへの変換です。愛好家は家庭用「ファッバー」がカスタム製造革命をもたらし、集中生産の必要性を排除(または大幅削減)すると期待します。店で食器セットを買う代わりに、オンラインで設計図を購入し、シンプルな材料からプリントアウトできるようになる、というビジョンです。
技術登場と普及の壁
3Dプリンターを可能にする技術は1990年代半ばに登場しました。未来学者は即座に「まもなく全家庭に普及する」と予測しました。しかし、多数の柔軟製造ツールを含む部品コストが高く、多くの人々が購入できる価格帯ではありません。現行機種はプロのプロダクトデザイナーやエンジニア向けの高価な機器で、クライアントプレゼン用モデル作成等に使用されます。現在のデバイスは、製木くずと接着剤など様々な原料(フィードストック)を使用し、設計が層状積み上げを許容する限り3D構造を造形します。
金属3Dプリンティングと軍事応用
最新の3Dプリンティングデバイスはレーザーと金属粉末を用いて金属製3Dオブジェクトを造形し、技術の魅力を高めています。これら機器は既にイスラエルと米国でUAV(無人航空機)製造に使用されています。米軍は戦場投入可能なプリンターを研究しており、必要に応じて通信デバイスを現地製造することを目指しています。
初期予測と現実のギャップ
初期予測では、レーザーと特殊ポリマーの組み合わせで製品製造するとされていました。特定光条件下でのみ固化するポリマーがあり、この特性を2本のレーザーで利用するアイデアでした:独立では条件を満たさないが、交差点では満たし固化する、というものです。液体ポリマーを排出すれば安定した製品が得られます。しかしこの手法は高コストで、現在はあまり技術的に要求されない手法が主流です。
ナノテクノロジーへの展望
将来的には、ナノテクノロジーを用いて原子単位で堆積させ製品を作る3Dプリンターが登場するかもしれません。原子工具先端を用いた予備的研究では、これは科学的に実現可能と示唆されています。微小ホイール、トランジスタ、「歩くDNA」など原子スケールの簡単な機械は既に作られており、より高度なカスタム製造システムの先駆けとなる可能性があります。
産業機器
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