今後の動向: カラー技術の進歩により、2018年はカラー3Dプリントの元年となる

著者: 李剛

3Dプリント技術が今日まで発展するにつれ、FDM、SLS、3DP、SLM、SLAなどのさまざまな技術が急速に革新し続けていますが、フルカラー3Dプリントは積層造形分野における重要な開発トレンドになるでしょう。 StratasysとAuroraが最近リリースしたPolyjetフルカラー3Dプリントソリューションは、色域のカバー範囲が36色から50万色に拡大しました。色域スペースは米国標準印刷色域（SWOP）の120％に達し、画面上の色と最終印刷モデルの色の一貫性を実現できます。カラー3Dプリントにとって、これは画期的な技術アップグレードであり、カラー3Dプリント元年の始まりでもあります。
Stratasys Polyjet J750 ボクセルレベル 3D プリントのデモ 2 次元平面での色管理は、白紙をベースカラーとして、多色インク滴またはカラートナーに基づいていることがわかります。3 次元空間での色管理は、材料の屈折、反射、光透過率などの要素、および透明材料と不透明材料の組み合わせも組み合わせる必要があります。材料の特性も考慮する必要がある非常に複雑な 3 次元色管理モデルです。3 次元空間での色管理の難しさは非常に大きく、そのため、これまでは色再現性に優れたフルカラーモデルを得ることは困難でした。

技術の発展と進歩に伴い、カラー 3D 印刷技術は、積層造形の市場セグメントとして、将来の重要なトレンドの 1 つになります。現在、業界で比較的成熟した技術ソリューションは次のとおりです。
LOM技術の代表モデル：McorArke、小売価格30万以上
LOM技術によりカラー3Dプリントが可能に
1. LOM技術+カラーインクジェット、使用される材料は紙で、それを層ごとに切り取って積み重ねて最終的に対応するモデルを形成します。特徴は低コストと高効率です。欠点は、モデルが機能材料の特性を持たず、教育モデルや純粋な外観モデルに適していることです。

FDM技術+インクジェットカラー3Dプリントソリューション、ハードウェア小売価格は約50,000

FDM技術＋インクジェットカラー3Dプリントサンプル展示
2. FDM技術+カラーインクジェット、 FDM技術を使用してモデルを印刷し、各層を印刷した後、カラーインクを材料の表面にスプレーします。特徴は、モデルの表面が明るい色になることですが、欠点は印刷速度が遅く、モデルの表面に層状効果があることです。

HP Jet Fusion 580カラー3Dプリンター、機器の小売価格は約130万です。HP Jet Fusion 580カラー3Dプリンターはサンプルを印刷します
3. Jet Fusionテクノロジーは、 HPが中国で最近発表したフルカラー3Dプリントソリューションです。カラーインクジェット解像度は1200dpiドットマトリックスに達し、1600万のsRGBカラーを実現し、ハーフトーンテクノロジーとナイロンパウダーの層ごとの凝固を組み合わせ、4色インクジェットソリューションと連携して、フルカラー3Dプリントの効果を実現します。利点は、ナイロン素材が100％利用され、ナイロン素材には構造テストと機能検証の特徴があることです。全体的なソリューションには一定の費用対効果があります。欠点は、透明効果と複数の材料の混合効果の印刷を一時的に実現できないことです。

Stratasys Polyjetテクノロジーによりボクセルレベルの3Dプリントが可能に
4. ポリジェット技術は、 FDM技術とともにストラタシスの2つの代表的な技術です。最新のフルカラーマルチマテリアル3Dプリンターであるアップグレード版J750とJ735（J750より小型、14％安価、その他の構成はJ750とまったく同じ）は、同時に6つの材料をサポートし、ジェッティング+光硬化ソリューションを使用して、他の3D印刷技術にはないモデルの色制御、硬度、透明度、テクスチャなどの表現機能を実現します。特に、今回リリースされた新しいコンテンツには、新しい明るい色の材料（真の赤、黄色、オレンジを実現）、GrabCAD Print拡張カラープロファイル（画面の色と最終的な印刷色が一致可能）、GrabCAD Printスライス機能（同じ印刷ファイルでフルカラーVRMLテクスチャ付きの透明度を印刷）が含まれます。

Stratasys Polyjet フルカラー 3D プリントサンプル
Stratasys Polyjet フルカラー 3D プリントサンプル
Stratasys Polyjet フルカラー 3D プリントサンプル
5. WJP技術は、国内企業Senaの主な3Dプリント技術ソリューションです。技術原理はPolyjetに似ていますが、樹脂材料と色管理はStratasysとはまったく異なります。フルカラーとマルチマテリアル制御も実現できます。現在は主に医療と教育業界で使用されています。応用範囲の拡大に伴い、より機能性に富んだ樹脂材料が導入されていくものと予想されます。

珠海セナWJPカラー3Dプリント技術ソリューション、ハードウェア価格が200万を超える珠海セナWJPカラー3Dプリント技術サンプル展示
6. 3DPテクノロジーは、 3DシステムのProjet 660を例にとると、石膏パウダー+ジェッティングソリューションを使用しており、以前はフルカラーポートレート印刷サービスでより一般的でした。その特徴は、比較的低コストのカラー印刷ソリューションです。欠点は、モデルの表面の細かさと色のパフォーマンスが平均的であることです。

3DシステムProjet 660フルカラー3Dプリントポートレートソリューション、材料は石膏粉末です
3D System Projet 660 フルカラー 3D 印刷ソリューション
3D システム Projet 660 フルカラー 3D プリントポートレートソリューション
ミマキジャパンのUV印刷3D印刷カラーソリューションディスプレイ、1000万色を実現可能（ミマキ公式サイトより）
キヤノンの究極の創造性は、立体感のある写真や装飾写真を印刷します。キヤノンの究極の創造性は、立体感のある装飾写真を印刷します。ここにいる友人の中には、日本のミマキのUVインクジェット技術に言及する人もいるかもしれません。これは、従来のUVフラットベッド印刷から派生した3D印刷技術です。原理はPolyjetやWJPに似ていますが、このソリューションを採用している企業のほとんどは、従来の2次元印刷機器サプライヤーです。キヤノンのUVフラットベッドプリンターは、長い間、高さ5CMのフルカラー印刷効果を実現してきました。これは理論的にはカラー3D印刷のカテゴリにも属します。従来の UV フラットベッド印刷装置を備えたブランドにとって、カラー 3D 印刷に参入するためのハードルは比較的低いです。

現在、ハードウェアコストと消耗品コストの要素を除いた、純粋に最高の出力結果で判断すると、Polyjet テクノロジーは現在、ボクセルレベルの 3D 印刷結果を達成できる世界最高のフルカラー 3D 印刷ソリューションです。フルカラー + マルチマテリアルは、創造性と顧客のニーズにさまざまな可能性を提供します。

Polyjetテクノロジーにより、色の数が35万色から50万色に増加し、色域が広くなり、色再現がよりリアルになりました。今回、StratasysはPolyjetソリューションを全面的にアップグレードしました。ハードウェアレベルでローエンドモデルのJ735が追加されました。カラーマネジメントプロファイルにより、色の数が35万色から50万色に増加しました。GrabCAD Printのスライス機能は、モデルの表面テクスチャの実現を含め、モデルの色を制御するより多くの方法を実現しました。以前は、これらは3Dプリントで実現するのがより困難でした。

Stratasys J750 カラー 3D プリンター (左から 1 番目)
では、フルカラー 3D プリントの応用方向は何でしょうか?

1. 自動車の内外装トリムやヘッドライトの試作：自動車のカラーまたは半透明の試作を直接印刷することで、従来のプロセスに比べて製造コストが 90% 削減され、製造サイクルが数週間または数か月から数時間または数日に短縮されます。

ポリジェット技術: 3Dプリントの自動車内装モデルの表面テクスチャ
ポリジェット技術: 3Dプリント自動車ヘッドライトプロトタイプ
ポリジェット技術: 3Dプリントの自動車ギアハンドルプロトタイプ
ポリジェット技術：3Dプリントの車のテールライトサンプル、赤、黄、オレンジが本当に復元されました
2. 急速に変化する消費財業界の製品パッケージの校正では、カラー印刷によって色と素材をよりリアルに制御できます。アップグレードされた色管理により、急速に変化する消費財業界の明るい色に対する要件を満たすことができます。

ポリジェットテクノロジー: 化粧品パッケージ
ポリジェットテクノロジー: 化粧品モデル
3. 医療業界における術前モデルと教育モデル。医療モデルを樹脂材料で印刷する前例はありますが、カラーの利点は、組織、患者、血管、神経などの詳細を区別できることです。これは、モノクロモデルにはない利点です。

ポリジェットテクノロジー: 医療用モデル
ポリジェットテクノロジー: 人間の内臓モデル
ポリジェット技術: 人間の手の血管と骨のモデル
4. プロトタイプ設計。これまで、プロトタイプ設計は主に外観検証と構造検証に使用されていました。色を追加した後、表面の質感や色によってプロトタイプ設計をより完成度の高いものにすることができ、後から着色する必要はありません。プロトタイプ設計の効率がさらに向上します。プロトタイプ設計の面では、ワンステップソリューションです。

ポリジェットテクノロジー: 3D プリントヘッドフォンプロトタイプ
ポリジェット技術：スポーツシューズモデル
ポリジェットテクノロジー: 3Dプリント自転車ヘルメット
ポリジェットテクノロジー: 食品モデル
3DP技術：文化財複製モデルの上記の4つの用途に加えて、カラー3Dプリントの応用拡大はまだ始まったばかりです。たとえば、教育業界はフルカラー3Dプリント技術を使用して、教育の質を向上させ、科学研究を促進することができます。文化クリエイティブ業界でも、フルカラー3Dプリントに対する需要が高まっているはずです。しかし、フルカラー 3D プリントにはまだ現状、一定の限界があります。

フルカラー3Dプリントの効果は確かに良いですが、あらゆる分野のユーザーにとって、普及段階に入るにはまだ高いハードルがあります。一般的なドキュメントプリンターを例に挙げてみましょう。カラーオフィスプリントのトレンドはここ10年ほど続いています。欧米や日本などの先進国ではカラープリンターの市場シェアは50％近くになっています。しかし、中国でのカラープリンターの市場シェアはわずか数％です。カラー3Dプリントのトレンドはまだ始まったばかりで、今後実装されるまでにはまだまだ時間がかかるでしょう。

カラー 3D プリンティングの応用には、次のような課題があります。
優れた3Dデザインはカラー3Dプリントを推進する基本的な力です
1. カラー3Dプリントに最適化された設計。現在、優れたカラー3次元データ設計能力を持つ機関や個人はまだ比較的少ないため、長い間、フルカラー3Dプリントの設計能力の向上と革新的で最適化された設計は、フルカラー3Dプリントの普及を促進する基本的な力となるでしょう。

ハードウェア機器の調達コストが高い
2つ目は、ハードウェアコストが高いことです。ユーザーベースが小さく、使用頻度が低いため、ハードウェア機器の販売では、初期の研究開発投資と会社の利益要求を一時的に回収することはできません。そのため、しばらくの間、フルカラー3Dプリントは、金属3Dプリントと同様に、積層製造業界のハイエンドアプリケーションのままです。樹脂材料注入技術のハードウェア機器は現在、100万から400万の範囲です。3DP技術のハードウェアでさえ50万以上、LOM技術の機器は30万以上です。

機能性樹脂材料機能性樹脂材料はコストが高く、ハイエンドの用途に適しています。
3. 使用後のコストが高くなります。技術の違いにより、フルカラー 3D プリントにはさまざまな消耗品ソリューションがあります。たとえば、モノクロ基板 (紙、ナイロン粉末、石膏粉末、モノクロ樹脂) のコストは引き続き低下しますが、カラーインク、カラー樹脂、ファイン剤、光沢剤などの補助材料はサプライヤーの利益源であり、材料の全体的なコストは依然として比較的高くなっています。現在、印刷サービスの料金に基づくと、フルカラー 3D 印刷の見積価格は 1 グラムあたり約 6 ～ 10 元ですが、これはさまざまな技術的ソリューションによって異なります。モノクロ SLA 技術を使用して樹脂を印刷する印刷サービスの見積価格は 1 グラムあたり 1 元、またはそれ以下に達していることがわかっています。使用率が増加すると、ジェット技術ソリューションのプリントヘッドのその後のメンテナンスコストも増加します。このため、Stratasys の J750 の無料アップデートには、4 つのプリントヘッド (E6)、新しいサポート材料 (SUP706B)、および 35% 削減されたメンテナンスが含まれています。

4. アプリケーションの価値を伝えるのが難しい。これはフルカラー 3D プリントに限ったことではなく、すべての新しいテクノロジーに当てはまります。つまり、フルカラー 3D プリントソリューションによって、顧客がどれだけの効率を達成できるか、どれだけのコストを削減できるか、どれだけの効率を改善できるか、どれだけの時間を短縮できるか、顧客にどのような価値を提供できるかということです。これは、顧客にフルカラー 3D プリントソリューションを受け入れてもらう上で非常に重要なポイントです。現時点では、アプリケーション価値の提供を促進するために、顧客をゆっくりとテストと体験に導くには、まだ時間とコミュニケーションが必要です。海外のユーザーは、生産時間の大幅な短縮、製品設計の反復効率の向上、印刷リンクとステップの削減、校正コストの削減など、フルカラー 3D プリンターの応用価値の大幅な向上を達成していることがわかりました。しかし、中国では、フルカラー 3D 印刷ソリューションの実際の応用事例は比較的少ないようです。

要約：J750とJ735のポリジェット技術と新しい材料ソリューションを組み合わせることで、色彩復元において大きな進歩を遂げました。自動車のテールランプの赤と黄色の色彩が非常にリアルに復元されました。これは、10年前にプロの大型プリンターがペプシブルーとバービーピンクを復元するために新しいプロのプリンターとインクソリューションを開発したのと少し似ています。2次元印刷の色域スペースは絶えず拡大しています。現在のトップの2次元カラーインクソリューションは12色です。今日、3D印刷の色彩性能の成果は、ディスプレイ上の色を復元できることです。次の進歩は、色域スペースの拡大、スポットカラー性能の向上、色の遷移の繊細さの強化であり、色彩復元における2次元印刷の道をたどります。もちろん、材料技術と色管理を組み合わせることで、難易度は別の次元で高める必要があります。

私たちは、カラー印刷と同様に、フルカラー 3D 印刷も非常に長い間、将来のトレンドになると信じています。技術革新から成熟し安定した商用アプリケーション、そして最終的なアプリケーションの爆発的な増加に至るまでの中間プロセスは非常に長く、技術サプライヤー、材料サプライヤー、科学研究機関、設計者、エンドユーザーの共同の努力と開発が必要です。明日に備えることこそ、今私たちにできる唯一のことです。

出典：中関村オンライン

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