シリコーン3Dプリント：アディティブ・マニュファクチャリングの次なるフロンティア

アディティブ・マニュファクチャリングの材料科学は、AMスペシャリストとそのクライアントのますます高度化する要求に応えるべく急速に進化しています。特に興味深い進展の一つは、長年の夢であった「シリコーンでの3Dプリント」が実現しつつあることです。このアプローチの潜在的メリットは長年明らかでしたが、最近になってようやく技術が成熟し、実用段階に入りました。

なぜシリコーンなのか？

シリコーンは、柔軟性と強度・耐久性を両立させなければならない業界で広く確立された汎用材料です。機械工学では折れずに曲がる部品に、ファッションでは複雑な装飾や靴インサートなどの機能的アクセサリーに、ヘルスケアと食品グレード製造では生体適合性と安全性を保証するために使用されます。

なぜこれがアディティブ・マニュファクチャリングの標準ツールになってこなかったのでしょうか？

歴史的に、シリコーンの天然粘度がクリーンな押出を困難にし、正確にプリントできる形状を制限してきました。化学とプリント技術の最近の進歩が、これらのハードルを克服しつつあります。

進化する技術

2012年にシェフィールドのフリップ・デザイン・アンド・リサーチが発表し、2016年に特許取得したPicsimaプロセスは、実用的なシリコーンプリント手法の最初の一つです。触媒を針のような細いノズルからシリコーンオイル浴に押出し、材料を瞬時に固化させ、サポート構造を不要にします。高品質医療用義肢への応用が期待されますが、大規模生産には至っていません。

ワッカーケミーの部門ACEO®は最近、ドイツのオープンプリントラボでテストされた新しいシリコーンプリント技術を発表しました。シリコーンの液滴をビルドプラットフォームに堆積させ、UV光で硬化させ、射出成形品に匹敵する機械的特性を持つ部品を生成します。Picsima同様、ACEOは専用プリンター（ACEO® Imagineシリーズ）と材料固有の化学を管理する専用ソフトウェアを必要とします。複雑な形状の後処理を簡素化する水溶性サポートレジンも開発済みです。

その直後、キーエンスが独自のシリコーンベース「ラバーエラストマー」を発表し、自社のアジリスタインクジェットプリンターで使用可能としました。特許制約により、現在はドイツと日本に限定されています。

2017年6月、ノースカロライナ州立大学は液状シリコーンゴムと水を混合し、微細なシリコーンビーズを形成して柔軟構造に配列する新アプローチを発表しました。研究者たちは、患者の体にフィットする3Dプリント包帯など、医療用途への即時潜在性を見出しています。

シリコーンのアディティブ・マニュファクチャリングにおける今後

これらすべての手法が有望ですが、真の試金石は生産ワークフローへの統合です。シリコーンの独自特性を活かしたハイブリッドプロセスがすでに探求されています。例えば、フリップ・デザインはPicsimaで患者にフィットする柔軟な義肢プロトタイプを作り、それを最終完全硬化部品の型として利用することを構想しています。

これらの新興技術を継続監視し、メーカーとAMスペシャリストがシリコーンの能力をどう活かし、構築可能なものの限界を押し広げるかを楽しみにしています。

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