科学研究機器における3Dプリントの開発方向についての簡単な議論

出典: Instrument Network

ある分野の最先端の成果について知りたい場合は、関連する大規模な展示会に参加するのが一般的に良い考えです。展示会では、その分野のさまざまな新旧メーカーに会うことができ、同時に新しい関連製品や人気の関連製品に触れることができるからです。計測機器の専門家である私は、当然ながら南京で開催された科学技術展示会を見逃すわけにはいきません。科学技術展で私が最も感銘を受けたのは、従来の研究室研究に欠かせない実験分析機器ではなく、近年さまざまな分野で活躍している3Dプリンター機器でした。

実際、最近開催された大小さまざまな科学技術展示会では、3Dプリント関連の機器や設備が頻繁に登場しています。ほとんどの展示会では、3Dプリント関連の機器や設備は科学や教育関連の科学研究機器や設備として分類されていますが、その驚くべき作業性能は、依然として多くの出展者の注目を集めています。同時に、多くの精密機器会社が集まり、関連機器の製造、部品や消耗品の生産における3Dプリントの実現可能性について意見交換を行っています。

3D プリントについて学んだほとんどの人にとって、このアイデアは現時点では空想に過ぎないと感じられるかもしれません。なぜなら、材料とプロセスの精度の制限により、科学研究機器に使用される精密部品を製造するための 3D プリントには依然として大きな問題があるからです。しかし、この技術を本当に深く理解すれば、まったく違った見方ができるかもしれません。

まず、材料の問題です。当然ながら、現時点では、3Dプリントで科学研究機器のあらゆる部品を完璧に複製または製造できるとは考えていません。しかし、材料の範囲内であれば、ゴム素材など、3D技術を使用することは不可能ではありません。

実際、今年2月には、アメリカのデイリーサイエンスのウェブサイトに「3Dプリントされたゴム素材は自己修復できる」という記事が掲載されていた。記事では、南カリフォルニア大学ビタビ工学部の研究者らが開発した特殊な3Dプリントゴム材料を紹介しています。一方では、光重合、つまり3Dプリント技術を利用して、希望の形状と幾何学的構造に成形することができます。他方では、材料の製造中に加えられる酸化剤に依存して、ゴム材料の主成分であるジスルフィド基が破壊されたときに再編成され、自己修復を実現します。

研究者らの関連報告によると、この製品は電子センサー、複合材料、伝統的なゴム製品などに一定の実現可能性を持っていることが確認されており、つまり、将来的に大量使用されることは妄想ではないということだ。

3Dプリントの精度に関しては、説明するのが簡単です。実は、3D 印刷も従来の印刷と同様に、精度のレベルが異なります。私たちがよく目にする、明らかな階層化の問題を抱えた 3D プリンターは、実際には主に文化創造産業や教育に使用されています。印刷速度が比較的速く、コストが低く、携帯性に優れています。科学研究や生産、研究モデルの複製に使用される 3D プリンターは、サイズがはるかに大きく、動作が遅いですが、印刷プロセスは非常に正確です。適切な研磨を行った後、印刷された製品は優れているだけでなく、予想されるモデルとの明らかな違いもありません。

簡単な例を挙げると、精度に関して言えば、臓器の印刷は問題を十分に説明するものだと思います。昨年末には、ロシアの宇宙飛行士が無重力環境を利用してマウスの甲状腺を印刷しました。最近、米国メディアは、イスラエルのテルアビブ大学の研究者が患者の細胞と生体材料を使用して、初めて心臓の3D印刷を実現し、完全に血管化されたと報じました。サイズが大きいため人工移植手術には使用できませんが、多くの面で3D印刷の精度と関連分野の実現可能性を証明しました。

前述の印刷消耗品の研究開発状況と合わせて議論すると、機器製造、部品、消耗品の生産における 3D 印刷の応用には、まだ非常に広い展望があります。技術の発展と成熟により、将来の 3D プリンティングは私たちにさまざまな驚きをもたらすと信じています。

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