ルールに従わない3Dプリント技術を見てみましょう

この投稿は Little Soft Bear によって 2017-3-27 16:56 に最後に編集されました。

オバマ前米大統領が3Dプリント技術を推進したことで、この業界は旋風のように伝統的な業界を席巻した。医療、建築、エレクトロニクス、航空機械などの分野で、3Dプリントの探究プロジェクトが雨後の筍のように出現している。百花繚乱の環境では、ほぼ毎月新しい 3D プリントのコンセプトが提案され、毎月新しい 3D プリントマシンが発売されます。本日議論するのは、業界で人気となっている SLM や Polyjet ではなく、それほど人気のない概念です。

2009 年 10 月、ASTM (米国材料試験協会) は 3D プリンティングを正式に Additive Manufacturing (付加製造) と命名しました。残念ながら、3DP は簡単に普及する言葉であり、業界では今でも 3DP と呼ばれています。一般的な 3D プリンターは、プラスチック、金属、セラミック材料を印刷します。もちろん、バイオプリンティングや臓器プリンティングなども近年人気が出てきています。

科学者の想像力は常にブラックホールであり、ルールに従わないチームも確かに存在します。この記事では、氷モデルの印刷、紙モデルの印刷、肉の印刷という 3 つのコンセプトに焦点を当てます。プリントされた肉？本物の肉、本物の牛肉、羊肉、豚肉、そして少し濃い味の肉が最後に紹介されました。この記事が特定の宗教的信念を侵害しているようであればお許しください。これは単なる正直な学術報告です。

1. Print Ice - 急速凍結プロトタイピング。

この概念は、ミズーリ大学ローラ校のミン・ルー博士によって提案されました。鋳造プロトタイプの作成によく使用されるパラフィンやプラスチックと比較すると、氷は明らかに環境に優しいです。そこで、3D プリントされた氷のプロトタイプを使用して型を作成するというアイデアが魅力的になりました。

ここで鋳造について簡単に説明します。まず、通常はパラフィンやプラスチックなどの成形しやすい材料を使用してプロトタイプを作成します。次に、砂粉またはセラミック粉を（通常は接着剤を加えて）試作品に塗り、固定します。このプロセスは一般に砂型鋳造または精密鋳造と呼ばれます。最後に、金型を加熱して硬化させ、鋳物を取り出します。

下の図 1 に示すように、急速冷凍プロトタイプ機は、正確に配置されたノズルを使用して、冷却テーブルに水を層ごとに散布します。液体の水はすぐに固体に変化し、透明なプロトタイプを形成します。これは単に水を撒くことではありません。科学者たちは、水滴の大きさ、散水の速度、冷却温度を正確に定義するために、熱力学の原理と水の固体から液体への変化のプロセスを研究するのに多くの時間を費やしました。

図1: 急速冷凍プロトタイプの動作原理。参考文献1より抜粋。

夢：（1）3Dプリントされた氷のプロトタイプを使用して、自然で無公害、低コストで型から取り出すのが容易な複雑な鋳造プロトタイプを作成できます。
（２）医療用の透明モデルの作成にも使用でき、外科チームが内部の詳細を観察・調査し、手術計画をより適切に完成させることが可能になります。
（３）結婚式で美しい氷結晶の白鳥や新婚夫婦の氷結晶の彫刻を印刷するなど、非常に低コストで美しい氷結晶モデルを印刷できます。クリスタルの贅沢をお手頃価格でお楽しみください。

現実：
（１）室温では、氷の原型に鋳型を作るのに使われた材料の粒子が付着する前に、小さな氷の構造は自然に溶けます。氷点下の冷凍庫で砂粉やセラミック粉でコーティングを完了しない限りは。問題は、温度が低いほど、これらの砂粉やセラミック粉の接着剤の流動性が悪くなり、模型の表面に接着しにくくなることです。
（２）医療用氷模型を使用するには、医師は耐寒性がなく、手術の詳細をスタッフと話し合うために氷模型を冷凍庫に入れておくことができなければならない。
（３）美しい氷の結晶の形は、氷点下の冬に結婚式を挙げる人だけのものです。この氷の彫刻を見るためには、ホテルの暖房を切らなければなりません。雪の女王エルサを招待できない限りは。

コメント:環境保護に関しては、見通しはまだ良好です。彼らのチームは最近、環境に優しい可溶性支持体として糖溶液を使用する技術を開発しました。北東部やシベリアの隣国では、急速冷凍プロトタイピングマシンを使用して、門のライオン、柵、彫刻などを印刷できます。無責任な提案ですが、ハルビンの関係部署は、冬に店の外にさまざまな氷の結晶の展示物を印刷し、氷と雪の小さな世界を作り出すための機械を数台購入することを検討してもよいかもしれません。

2. 印刷用紙 - 選択堆積ラミネート

Mcor Technologies は 2003 年にこの紙層蓄積プリンターを導入しました。このプリンターは、レーザーカッターを使用して、粘着剤を塗布した紙の層ごとに形状を切り取り、それを繰り返し積み重ねて最終的な 3D モデルを作成します。同社は、5760 x 1440 x 508 dpi で 100 万色で部品を印刷できると主張しています。図 2 は、選択的な紙層蓄積印刷の仕組みを説明しています。

図 2: 選択的紙層蓄積印刷の動作原理この機械の動作原理は非常にシンプルです。紙の層を置き、レーザーナイフでこの層の形状を切り取ります。熱によって紙の接着剤が溶解し、2 つの層がしっかりと結合されます。小学校でやった工作を思い出しますか？

しかし、どうやって色を印刷するのでしょうか？驚くことではありませんが、エプソンの2Dカラープリンターを使用しているのです！カラーデザインの紙の層をカラープリンターで印刷し、その上に置いてカットします。

夢：
（１）現在の市場ではプリンターが使用する材料の制限により、色は比較的単色になっています。選択的紙層蓄積プリンターは、非常に豊かな色彩のモデルを印刷できます。たとえば、レストランでは、料理をディスプレイするために紙のリンゴ、紙のバナナ、紙の麺、紙のボウルが使用され、装飾には紙のランプシェード、紙のナプキンの箱などが使用されています。
（２）環境保護：紙くずは紙を作るために再利用することができ、無限のサイクルになります。（３）安全：紙は無毒で無害なので、安全に触れても大丈夫です。

現実:わずか数十ドルで購入したりカスタマイズしたりできるのに、なぜプリンターを使ってカラフルで無毒で触り心地の良い石膏やプラスチック製品を作るために多額のお金と労力を費やす必要があるのでしょうか? おそらく私は環境意識が足りないのでしょう。

コメント:このプリンターを販売しているのは Mcor だけではありません。 Cubic Technologiesという会社も同様の製品を発売しました。想像してみてください。数十ユーロをかけてハート型の模型を印刷し、ガールフレンドの名前を入れてバレンタインデーに彼女にプレゼントしたら、殴り殺されるでしょうか? 比例印刷された紙のリンゴの値段が約 20 ユーロだということを忘れていました。

3. プリント肉 - 3Dプリント肉（3Dバイオプリントステーキ/肉）

この記事の最も面白くて怖い部分は、肉を印刷することです。何ですって！肉を印刷する？食通の私にとって、このコンセプトマシンを見たとき、私の心は震え、恐怖を感じました。 3D バイオプリンティング Modern Meadow は、食用肉と動物の皮革の 3D プリントに注力しています。

2013年、モダン・メドウのCEOであるアンドレアス・フォルガックス氏は、会議でプリント肉製品のコンセプトを提案しました。フォルガックス氏は、人類が肉に多大な資源を費やしていると示唆している。例えば、ステーキ一切れには人手、飼料、水、土地、輸送などが必要であり、また、飼育の過程では大量の温室効果ガス（二酸化炭素）も排出されます。肉を食べることは資源の膨大な消費を引き起こし、地球に大きな負担をかけます。したがって、環境を保護するために 3D プリントされた肉製品を開発する必要があります。（すみません、肉を食べるとこんなに問題が起こるとは思いませんでした。）

2014年、李嘉誠氏はモダン・メドウに数千万ドルを投資し、当時話題となった。 2015年には、有名な石油王ロックフェラーの相続人であるジャスティン・ロックフェラーもモダン・メドウに非公開の投資を行った。ジャスティンは、モダン・メドウ社が製造した3Dプリントステーキのファンになった。「3Dプリントされたステーキを食べましたが、コンビーフフィレのような味で美味しかったです。」

では、3D プリントされた肉はどのように機能するのでしょうか?
図3：3Dプリント肉プロセスの概略図。まず、豚から細胞を抽出し、3Dプリント技術を使用して肉組織細胞の分布構造を完璧にシミュレートします。たとえば、肉の中の軟骨の足場、血管、さまざまな部分におけるさまざまな種類の細胞の分布などです。

第二に、3D プリントされたマイクロセル構造は、動物とまったく同じ条件をシミュレートした環境で自然な分化を起こします (このように細胞を騙してよいのでしょうか?)。例えば、豚バラ肉細胞は豚バラ肉のストレス条件と構造を完全にシミュレートします。最後に、肉細胞から肉片へと微細な細胞構造が成長し始め、成熟するとソーセージやステーキなどに直接加工されます。豚バラ肉を食べたいなら、脂肪と赤身の肉が完璧な5層になっている豚バラ肉の構造を印刷するだけです。豚足を食べたいなら、印刷しておけば骨をかじるという大変な作業をしなくて済みます。便利じゃないですか？環境に優しいじゃないですか？これからは農家のための屠畜場は歴史のものになるでしょう。

最近では、プリント肉というコンセプトも倫理的な議論を巻き起こしている。豚の細胞を使って豚肉を印刷できるのだから、新しい肉を作ることもできるのだろうか？たとえば、牛の細胞と豚の組織構造を使えば、牛肉風味の豚バラ肉が作れるのだろうか？さらに恐ろしいことに、人間の肉も食卓に並ぶようになるのだろうか？ベジタリアンは動物を保護し、生命を大切にすることを主張しているので、動物の細胞も保護すべきなのだろうか？それとも、3D プリントされた肉を食べ始めるべきなのだろうか？細胞は生きている赤ちゃんなのか、それとも無生物なのか？

こうした道徳的な議論は道徳家に任せるべきだ。一般の人々にとって最大の懸念は、3D プリントされた肉が遺伝子組み換え食品のように私たちの食卓に忍び寄るかどうかだ。Modern Meadow の CEO、Andreas Forgacs 氏によると、3D プリントされた肉 1 ポンドのコストは数千ドルにもなるという。したがって、少なくとも過去 10 年間は、一般の人々はそれを買う余裕がありませんでした。一方、生物学的 3D 印刷技術が進歩し、印刷された肉の価格が本物の動物の肉と同程度になるとしたら、移植可能な臓器の印刷はどこまで進むのでしょうか。ついに、Modern Meadow は全米の主要都市で 3D 印刷された肉の試食を開始しました。

注: 実際、バイオプリンティングの最も初期のコンセプトは、細胞分化を利用して人間の移植可能な臓器を印刷し、臓器移植を必要とする患者を助けるというものでした。最新の研究報告によると、科学者らはウサギの軟骨を印刷し、移植手術を完了することに成功した。この技術の医学における価値は計り知れません。一方、毛皮や象牙などが大量に印刷できるようになれば、絶滅の危機に瀕した野生動物の人間による密猟は改善されるのでしょうか？

出典: マテリアルカウ
さらに読む:
李嘉誠に続き、ロックフェラー家継承者も3Dプリント牛肉に投資

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