スワロフスキークリスタルを 3D プリントできたとしても、まだ価値があるのでしょうか?

3D プリントを使用してガラスアートを作成するのは目新しいことではありませんが、スワロフスキークリスタルを 3D プリントするというのは驚くべきことのように思えるかもしれません。日本のスタジオTAKTは、2011年に元社員の吉泉聡氏によってクリスタルの3Dプリントの研究を始めました。彼らのクリスタルプリントの特徴は何ですか？ TAKT に加えて、デザイナーは 3D プリントを通じてクリスタル製造にどのような革新をもたらしましたか?

3D プリントされたクリスタルを理解するには、まずクリスタル、特に人工クリスタルとガラスの違いを理解する必要があります。水晶と人工水晶はどちらも結晶であり、つまり、特定の方向とパターンに積み重ねられ、配置された分子で構成されています。特定の方向に積み重ねられた非対称分子で構成されているため、ある程度の「異方性」を示します。ガラスはシリカを主成分とする溶融混合物を急冷することで得られます。結晶を形成する時間が無いため、多数の分子が方向性を持たずに無秩序に混ざり合い、「等方性」を示します。

水晶や人工水晶にも複屈折現象があります。方向が正しければ、水晶を通過する光線は 2 つの異なる方向に屈折します。この現象はガラスでは発生しません。水晶では方向によって光学特性が異なりますが、ガラスではどの方向でも光学特性は同じだからです。

異方性を持つ人工結晶を得るのは簡単ではありません。回避策としては、他の酸化物を追加してガラスに簡単に色を付けたり、さまざまな光学特性を変更したりすることです。たとえば、微量の鉄を加えると、ガラスが緑色、マンガン紫、コバルトブルーなどになります。鉛を加えるとガラスの屈折率が上がり、より輝きが増します。スワロフスキーのような人工クリスタルが高品質の鉛ガラスであると理解すれば、3D プリントを使用してクリスタルを製造できる理由を簡単に理解できます。

TAKT Projectsは、厚さわずか1.5mmの霜の結晶にインスピレーションを得て、3Dプリント技術を使って「プリントクリスタル」シリーズの燭台と花瓶を制作した。スタジオによれば、ガラスの成形、吹き付け、切断などの従来の技術では実現不可能だった繊細なリブ状の質感が特徴だ。 3Dプリント作業はテルアビブに拠点を置くMicron3DP社によって行われ、同社は高解像度でガラスを3Dプリントした最初の企業であると主張している。
TAKT プロジェクトだけではなく、光る結晶を印刷しようとしているアーティストもいます。アーティストのマージャン・ファン・オーベル氏は、クリスタルに小型ソーラーパネルを組み込み、クリスタルが太陽からエネルギーを捕らえる能力を高め、小型のポータブルバッテリーにしました。昼間は持ち歩いて装飾品として、夜間は周囲のものを照らす「小さな明かり」として活躍します。

ガラス 3D プリントに関しては、MIT が 2015 年にガラスを印刷材料として使用する 3D プリント方法を発明しました。このプロセスは G3DP と呼ばれています。 G3DP は、光学的に透明なガラスを使用して高精度の 3D 印刷を行う方法として説明されています。プロセスは制御可能で、透明度やカラーなどの印刷オプションが利用できます。印刷されたオブジェクトの厚さも制御でき、印刷されたオブジェクトの透過、反射、屈折のパラメータも制御できます。
市場調査によると、Micron3DP が TAKT プロジェクトで使用したガラス 3D プリント技術は、溶融押し出し 3D プリント技術に属します。 Micron3DPは、度重なる試行錯誤を経て、ついに材料温度を850℃まで上げ、ガラスの3Dプリントに成功しました。科学研究室で使用されるような、より耐久性の高いガラス製品の製造によく使用されるホウケイ酸ガラスを3Dプリントするために、同社は材料の融点を1,640℃まで上げることに成功した。

しかし、他の研究者は FDM がガラスを印刷する最良の方法だとは考えておらず、これらの研究者はより低い温度でガラス製品を 3D 印刷することも試みています。

一般的に、FDM および立体 3D 印刷技術ではガラスを完全に溶かすことができないため、多孔質または不均一な構造になります。カリフォルニア州にあるLLNLのローレンス・ムーア国立研究所の研究者らは、一連の特注ガラスインクを開発し、多孔質構造や不均一構造につながる問題を解決したと考えている。

LLNL が使用するガラス粒子の濃縮懸濁液は、流動特性が高度に制御されているため、室温での印刷要件を満たすことができます。 LLNL の研究者らは、これらの特殊なインクは熱処理することで密度を高め、印刷プロセス中のその他の問題を排除できると述べている。熱処理後、研究者は光学品質の研磨を行って部品をより均一にし、光学性能要件を満たすこともできます。 3D プリントは組成のグラデーションを作成するために使用でき、これらの 3D プリントされた光学部品は光学システムのサイズ、重量、またはコストを削減するために使用できます。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
光学部品のブレークスルー、LLNL は定義可能な屈折率を持つグラデーションガラスの 3D 印刷技術を開発新しいガラス 3D 印刷技術: 室温で形成でき、完成品は高い透明性を実現

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