3Dプリントがまだ普及していないのに、4Dプリントが登場。これはいったい何なのでしょう？

▲米国のローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）が開発した、熱刺激によって変形できる典型的な4Dプリント構造
科学技術の発展はますます速くなっていると言わざるを得ません。PPTに熱心な企業もあれば、コンセプトの作成が得意な企業もあります。

2013 年に、「過剰宣伝されたバブル: 3D プリンティングは宣伝しなければ消滅する」というタイトルの記事を書いたことを覚えています。当時の背景は、3Dプリントが壮大な青写真を描いており、今後3年間で国内市場規模が100億元に達すると主張していたことだった。また、科学技術部が初めて3Dプリントを「国家ハイテク研究開発計画（863計画）」に含めたため、地方政府は3Dプリント技術を非常に重視し、互いに競争し、さまざまな非常に寛大な条件を提示して、企業が定着することを期待していた。

4年が経ちました。テレビやニュースで3Dプリント技術をよく目にし、家や銃の建設など、さまざまなものに衝撃を受けていますが、もはや珍しいことではありません。今ではレーシングカーや飛行機を作ったり、人間の臓器を印刷したりすることができ、非常に現実的に思えます。最初は信じられなかったので、アメリカで医学博士号を勉強している友人に尋ねたところ、多くのプロジェクトは実験段階に過ぎず、成熟した商業的可能性を持っていないこと、宣伝は投資家を引き付けるためだけのものであること、一部のプロジェクトは、センセーションを巻き起こして注目を集めるために、国内メディアがまとめる際に捏造したものであることなどだ。私たちは実はこれらすべてに慣れているのではないでしょうか？

中国における3Dプリントの現状は、最も基本的なFDM 3Dプリンターメーカーがほぼ倒産しており、基本的には小中学校や児童館に販売され、授業での子供たちのデモンストレーションや科学普及に使用されているが、それだけである。

プロトタイプの市場需要は比較的大きく、つまり、製品を設計した後にモデルを作成します。現在は主に光硬化型3Dプリンター機器を使用して製造されています。材料は感光性樹脂です。SLSレーザー焼結ナイロン粉末を使用して製造されることもあります。価格が安く、利益も低いです。かつては高く評価されていた3D金属プリントも、現在では基本的に価格が高騰しており、最大サイズも40～50センチ程度となっている。鋳造型の印刷は現在、より一般的になっています。ワックス型の欠点は、印刷速度が遅く、印刷効率が低く、大型の部品を製造できないことです。小さくて複雑な部品しか製造できません。砂型鋳造の利点は、効率が非常に良く、1メートルを超える大型の砂型を印刷して大型部品を鋳造できることです。欠点は、表面精度がワックス型よりも劣ることです。ワックス型は現在、主に航空宇宙産業の精密鋳造分野で使用されています。主な製品はチタン合金とアルミニウム合金の複雑な鋳造品です。ご存じのとおり、一般の企業では購入できません。砂型3Dプリントは主に自動車エンジンなどの部品の試作に使われています。

3D プリントの将来に関してオンラインで最も話題になっている分野は、実は医療です。非インプラント機器は主に手術シミュレーションに使用されます。海外では数多くありますが、中国では高価すぎるためほとんど使用されていません。多くの人がお金をかけることをためらっています。たとえば、歯の手術を受けたい場合、事前に歯茎の3Dスキャンを行い、モデルを作成して医師が最初に練習できるようにすることで、手術の遅延の必要性が軽減されます。今では、自分の体にぴったり合うようにスプリントをカスタマイズできるようになり、価格は通常のスプリントの末尾にゼロを2つ追加した価格と同じだそうだ。頭蓋骨修復手術など、インプラントに関するニュースは数多く目にしてきました。現在、金属3Dプリントによりチタン合金の頭蓋骨を直接プリントアウトすることができます。しかし、国の医療機器基準には制限があり、大規模な商業利用にはまだ長い道のりがあります。

外部でどれだけ宣伝されていても、現段階では3Dプリントの効率が低すぎること、ハイエンドアプリケーションのコストが法外であることを認めざるを得ません。宣伝されているほど優れているわけではなく、技術的に改善する余地はまだたくさんあります。おそらく5年後には、この話題について話すことはもっと興味深いものになるだろう。

ちょうどこの頃、人民日報に「衝撃的」という言葉を使ってもいいようなニュースが載っていました。陝西省の乳がん患者、張雪さん（仮名）は、西京病院で世界初のコンピューター支援4Dプリント豊胸手術を受けた。約1年間の追跡調査の後、手術は大成功であることが確認された。この手術により、患者の腫瘍が除去されただけでなく、乳房の完全性と授乳機能も維持されました。もう一つのニュースは、NASAが新しい4D印刷技術を使用して、宇宙で使用するための高度な繊維材料を製造したことです。以前の3D技術とは異なり、この技術で印刷された材料は特定の幾何学的形状を持つだけでなく、特定の機能も持っています。必要に応じてカスタマイズしたり、折りたたんだりすることもできます。また、直接リサイクルして、他の用途のために新しい構造に再印刷することもできます。

4Dプリンティングとは何ですか?物体は通常、3次元、つまり3次元であることがわかります。3次元データに基づいて、物体の3Dプリントを実現できます。4Dプリントには3Dプリントよりも1つ多くの次元があり、この次元は時間です。言い換えれば、4D プリントは 3 次元に時間の次元を追加します。理論上、3次元は印刷できますが、時間次元は印刷できません。4D印刷では、時間、つまり時間の経過とともに変化できるオブジェクトを統合する必要があります。この変化は、オブジェクトの自己組織化に似ています。すごいですね。

業界関係者は、3Dプリントの発展における現在のボトルネックも材料にあり、4Dプリントに必要なのは普通の材料ではなく、記憶機能を備えたスマート材料、つまり外部刺激を感知し、判断によって自己変形や組み立てができる新しい機能性材料であることを非常に明確に認識しているはずです。材料は、3Dプリント材料の印刷可能性だけでなく、センシング機能、フィードバック機能、情報認識および蓄積機能、応答機能、自己変形能力、自己集合能力、自己診断能力、自己修復能力、超適応性、および急速応答変形および集合能力も備えている必要があります。ああ、これはSF映画の脚本ですか？まだ概念段階であり、RNA合成と編集も初期段階であるため、この2つを組み合わせることはさらに困難です。

このような大騒ぎの理由は、投資家を引き付け、センセーショナルな効果を生み出すという同じ目的です。徹底的な調査の結果、4Dプリント豊胸手術に使用された材料は、通常の手術用縫合糸に使用される「腸線」と同様に、単に自己分解して人体に吸収されるものであることが判明しました。これは真の4Dプリント材料ではありませんでした。NASAは4Dプリント技術にのみ興味があり、実際には研究プロジェクトに含めていませんでした。

さらに読む: 3Dプリントから4Dプリントへ - 南極ベアがスマート材料の付加製造技術を深く分析

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出典: PConline

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