成熟した 3D プリント技術によって変革できる業界はどれでしょうか?

3Dプリンティングと付加製造は、国務院の「中国製造2025」の重要な産業発展方向です。 3D 積層造形技術の最大の特徴の 1 つは、多品種、小ロット、さらにはパーソナライズされたモデルを製造できることです。付加製造技術により、多品種、小ロット、さらにはパーソナライズが可能になりますが、コストが増加したり、生産速度が低下したりすることはありません。

この技術にとって最も重要なのは設備と材料であるため、西安市は政策の支援を受けて付加製造研究所を設立し、付加製造の国内製造イノベーションセンターに指定した。もちろん、製造業だけでなく、医療、建設、教育などもこの技術が重要な役割を果たす分野です。

義肢の印刷：よりカスタマイズ可能でより安全<br /> 医療分野では、3Dプリントはカスタマイズ性が高いため、金型を必要とせずに義眼や義歯などの臓器を印刷することができます。これらはすべて完全にカスタマイズ可能で、すぐに導入できます。効率を高めたい場合は、印刷機器を追加するだけで済みます。同時に、一定の規模を形成することもでき、将来的にはオルガン印刷もアプリを通じて予約できるようになるかもしれません。

この種の義肢を印刷することに加えて、3D 印刷技術のより重要な用途は、手術の計画を支援することです。これは模型を印刷するほど単純なものではなく、難しい手術を計画するために医師により多くの情報を提供できるため、ある程度の精度が求められます。整形外科では、この技術は骨の印刷や骨を固定するためのプレートの印刷に広く使用されています。

昔は石膏が使われていましたが、現在は軽量の矯正器具が使われています。低温プラスチックパネルは、コンパクトさと固定の軽さのバランスが優れています。例えば、頸椎のサポートは従来は海面のように固定されていましたが、今では3Dプリントを使用してパーソナライズできます。また、火傷の傷跡は以前は広がってしまいましたが、今では傷跡が広がらないようにツールで固定できます。

軟部組織外科も、3D プリントなしではデジタル画像だけでサポートすることが難しい母子脾臓および肝臓技術などのこの応用分野への参入に非常に積極的です。これにより、血管間の吻合状態を知ることができます。 3Dプリントにより血管の関係を見ることで、無関係な血管へのダメージを軽減し、損傷した腫瘍を直接除去することができます。

現在、3D プリントモデルは単純なものから複雑なものまで多岐にわたります。この複雑さを実現するために、研究者は多くの臓器テストを実施し、人間の皮膚や筋肉とほぼ同一の材料を開発しました。これらの印刷された臓器は、完全な人体モデルに組み合わせて、特に低侵襲脊椎手術用の模擬人体、一般外科手術用の模擬人体、介入治療用の模擬人体など、困難な手術の訓練のための病院での使用をサポートすることもできます。

歯科において、患者の口内で使用する材料は、生体適合性と抗菌性を備えていなければならないという最大の課題を抱えています。特に口腔内の抗菌性は重要なので、口の中に何かを入れると他の病気の原因になることがあります。また、矯正治療中に歯をきれいに磨かないと、歯にダメージを与えやすくなります。

口腔材料の製造に使用される設備は主に感光性樹脂であり、中国で使用される感光性樹脂材料はすべて輸入品です。この樹脂には低粘度と低収縮が求められます。樹脂の収縮は口腔用途では特に重要です。中国はすでにこの側面の調査を始めている。現在、研究者らは樹脂の配合を調整し、銀を配合した抗菌剤を加えることで、樹脂に近い自家製樹脂を製造している。

3Dプリンティングの分野では、各国とも医療への応用に関する規制が不十分で、まだ模索段階にあります。しかし、この技術の医療分野への応用は各国からも高く評価されており、各国とも医療分野への技術応用と規制の構築を推進しています。 FDAが今年12月初旬に正式に発表した積層造形技術に関する技術的考慮事項は、中国の技術審査ガイドラインに相当するもので、3Dプリント技術のリスクと要件を詳細に説明しています。

標準化作業の重要性は疑う余地がありません。まず、業界が依拠できる基盤を持ち、またレビューが依拠できる基盤を持つように、標準を確立する必要があります。現段階では、医療分野における 3D プリントの品質基準が特に欠如しています。

建設業界：初期調査段階<br /> 人類の建築の歴史は石と木から始まり、現在主流の鉄筋コンクリート構造の建築物が登場したのは近代になってからであり、その後、1920年代には鉄骨とガラスの構造をベースに建てられた「ガラスの観覧車」が登場しました。それで、建物を印刷することは可能ですか?

国内外の多くの建築会社や建設会社が、主要な鉄骨構造の構築、カスタマイズされた構造の接続、特殊な外壁パネルなどの建築設計プロジェクトに3Dプリント製造技術を採用し、プリントされた建物全体を設計しており、その適用範囲はますます拡大しています。

現在、3D プリントされた建物は世界中で非常に初期の調査段階にあります。多くの問題が関係していますが、最も重要なのは物質的な問題です。現在、プリントコンクリートの強度と安全性には一定の問題があります。コンクリート材料の最高の性能は圧縮です。圧力に耐えて崩壊しませんが、曲がることもありません。これは鉄筋によって実現されます。

3Dコンクリートプリンティングでは鉄筋を印刷できず、コンクリートしか印刷できないため、これが最大の欠点です。最初に鉄筋を配置してからコンクリートを印刷するか、その逆に最初に印刷してから鉄筋を挿入します。これは、私たちが伝統的に構築してきた方法とそれほどかけ離れていません。

現在、世界では鉄骨のサポートを必要としない機能性材料の活用が模索され始めています。ナノコンクリートが今日の答えです。この材料は、インテリジェント印刷方式に基づいて、多次元印刷も実現できます。パーソナライズされたニーズに合わせてさまざまな形状を印刷したり、ロボットアームを介して多次元の空中印刷を実現したりできます。これらの問題を解決する方法は他にもたくさんあります。不規則な形状の家の建設が可能になります。

家はさまざまな構造を含むシステムであり、防水、断熱、装飾など、さまざまなプロセスを経る必要があります。それらをどのように組み合わせるかによって、家の建設が実現され、最終的には建設の工業化に向かって進むことができます。最も重要なのは、家を印刷するときにどのような機器が使用されるかです。現在、3Dプリントで構造物を構築する場合、大きさに関係なく、プリントヘッドを搭載したポータルフレームが必要であり、1層または2層を印刷すると、構造物を貫通するフレームを作成できます。高層ビルやそれ以上の高さの建物を印刷する場合、ポータルフレームは非常に高くなるため、機械的な可能性を考慮する必要があります。

3Dプリントと鋳造・鍛造を組み合わせることでコストを削減し、強度を向上

振り返ってみると、中国では古代の鋳造と鍛造の歴史が長く、まずインゴットを鋳造し、次に鍛造します。また、鍛造だけでは完成せず、何度も鍛造する必要があります。鍛造を繰り返すことによってのみ、鋳造欠陥を排除し、粒子を細かく均一にすることができます。現代の技術でも同じことが言え、金属が鍛造可能な状態であることを保証するために、プロセスでも継続的な加熱が必要になります。

オープン処理プロセスは大量の熱を消費し、非常に汚染の多いプロセスです。この生産方法は世界中で一般的であり、最初に鋳造し、次に鍛造します。プロセスは非常に長く、鍛造と加熱を繰り返すと、多くのエネルギーが消費され、深刻な汚染を引き起こします。全体的な軽量化の傾向により、ますます大型化する大型鍛造機（80,000〜150,000トン）に依存しており、膨大な投資が必要です。まず、部品のすべての寸法を含むインゴットを鋳造する必要があり、最終部品は多くの部分を切り取る必要があります。特に航空宇宙デバイスでは、材料の利用率が非常に低くなります。同時に、部品は機能に応じて異なる材料を使用する必要があります。

3Dプリント技術は生産工程を短縮できるが、産業応用への最大の障害は、鋳造はあっても鍛造ができないという欠陥であり、その性能と可能性は鍛造品に及ばず、変形や割れを抑えるのが難しい。同時に、その効率は現状では従来のプロセスよりも低く、コストを削減することはできない。

技術の固有の欠陥を克服する方法は、鋳造と鍛造を分離する国内外の伝統的な製造方法を変更し、鋳造と鍛造の一体化、溶解しながらの鍛造を実現することです。鍛造品は、1 つの設備、金属ワイヤ、および非常に低い圧力を使用して得られるため、工程が短く、単一の機械にかかる負荷が軽く、エネルギーと材料を節約できる環境に優しい製造が実現します。従来の鋳造・鍛造では輪郭に沿ってデジタル成形ができないという難点を克服し、鋳造・鍛造・フライス加工の一体化のデジタル化を実現します。従来、鋳造や鍛造には長い工程と複数の装置が必要でしたが、現在では金属線を投入するだけで1台の装置で実現できます。

従来の鋳造工程では、一般的な鋳造部品や鍛造部品は冷却過程で割れが生じやすく、歩留まりは 10% 未満でした。この技術を使用すると、100% の精度で欠陥のない製品を生産できます。数千年にわたって培われてきた鋳造・鍛造技術が、3Dプリント技術と融合して生まれ変わりました。

自動車のフェンダー用のスタンピング金型も 3D プリント技術を使用して作成できます。このタイプの金型は、金型表面が金型鋼で作られ、内部の大部分が鋳鋼であるため、コストが大幅に削減されます。大部分は一般的な材料で作られ、小さな部分は非常に優れた材料で作られています。金型だけでなく、非常に高価な材料を使用するバルブも、材料だけで見ると圧倒的な競争優位性を持っています。 3Dプリントにおける固有の結晶が均一な等軸微細結晶に変換され、形状と品質が並行して作成され、従来の鍛造品を超える性能を備えています。

3Dプリンティングは、材料と設備に大きく依存する技術分野です。業界全体の発展は、より低コストで使いやすい材料をいかに見つけるかに大きく依存しています。業界の発展の初期段階では、3D プリンティングは減算を行い、さらに発展するためにいくつかの領域に重点を置く必要があります。同時に、産業的手段を活用して個別の問題を解決し、3D プリント業界を正常かつ有望な業界にする必要があります。

最後に、そして最も重要なことは、3D プリンティングはまだ開発の初期段階にあり、多くの分野で有効な標準がまだ確立されていないことです。これには、調査と実践にいくらかの時間が必要です。

出典: チタニウムメディア

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