【南極熊の3Dプリント文化】知らないと損する3Dプリント技術初期の歴史（1860-1984）

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3D プリント技術開発の初期の歴史 (1860-1984)
3D プリントの起源は、少なくとも 2 つの技術分野、地形学と写真彫刻にまで遡ることができます。
1地形
1892 年、ジョセフ・ブランサーはワックス板を積み重ねて等高線地図を作成する技術を発明しました。この方法では、一連のワックスパネルに地形の輪郭を刻印し、それを切断して重ね合わせます。

ブランサーは階層化された地形図を発明した
1940年、プレラは厚紙のシートに等高線を切り、それを積み重ねて貼り付けることで立体的な地図を作るという同様の方法を提案しました。 1964 年、Zang は地形の詳細が刻まれた透明なプレートを使用するというこの手法の改良を提案しました。 1972年、三菱自動車の松原氏は光硬化性材料を使って地形図を作成した。このプロセスでは、感光性樹脂をグラファイト粉末や砂などの耐火粒子に塗布し、シート状に広げて加熱し、結合したシートを形成します。水銀蒸気の光がシート上に選択的に走査され、走査された部分は硬化し、走査されなかった部分は溶解剤によって溶解されます。このようにして形成された多数のシートは、その後積み重ねられ、鋳造用鋳型を形成します。 1974 年、ディマッテオは、このスタッキング技術を使用して、プロペラ、翼、3 次元カム、スタンピングマシンの金型成形など、従来の機械加工で製造できる部品を製造できることに気付きました。一例では、材料の外側の輪郭がフライスカッターによって機械加工され、その後接着またはボルトで固定されます。このプロセスは、19 世紀の 3D 印刷の初期の取り組みと明らかに類似しています。

ディマッテオ（1974）は、積層技術を用いた金型を設計した。

1979年、東京大学の中川教授は積層技術を用いて、ブランキング金型、プレス成形金型、射出成形金型などの実際の金型の製造を開始しました。特に注目すべきは、中川教授が射出成形金型における複雑な冷却チャネルの可能性について言及したことです。
2写真彫刻<br /> 写真彫刻が初めて登場したのは 19 世紀で、当時は多くの人々が肖像画を含む立体彫刻の作り方を模索していました。フランス人のフランソワ・ウィレームは、1860 年に写真彫刻技術の実用化に成功しました。被写体は円形の部屋に置かれ、部屋を取り囲む 24 台のカメラで同時に撮影されます。各カメラで撮影された写真はウィレムのスタジオに送られ、そこで各職人が立体彫刻全体の 1/24 を彫ります。
ファラガット提督、1860年
パリのフランソワ・ウィレームの彫刻スタジオウィレームの写真彫刻技法の手間のかかる彫刻工程を軽減するために、1904 年にベーゼは、特殊な光を使って感光性ゼラチンを露光する技法を発明しました。この感光性ゼラチンは、水で処理すると露光量に比例して膨張します。処理されたゼラチンの周りのリングは支持体に固定され、物体のレプリカが作成されます。モンテアは1924年に同様の技術を開発し、改良しました。
ベーゼが開発したプラスチック製のオブジェを作るプロセスは、日本での彼の初期の作品のいくつかに反映されており、森岡は1935年に写真彫刻と地形学を組み合わせた技法を開発しました。この方法では、構造化光（黒と白の光の帯）を使用してオブジェクトの輪郭を作成します。これらの輪郭はシート状に展開され、切断されて積み重ねられます。
盛岡（1935年）のジオラマ製作の模式図
1956 年、ムンツは既存の光硬化技術を活用した装置システムを開発しました。このシステムは、透明な感光乳剤を層状に露光するために使用され、各層はスキャン対象のオブジェクトの断面を表します。各層が露光された後、シリンダー内のピストンを下げて、適切な量の乳剤と定着剤が追加されます。一連の露光と固定の後、結果として得られる固体の透明な円筒に物体の画像が含まれます。その後、立体的な物体を手作業で彫刻したり、光化学的にエッチングしたりすることができます。
ムンツ（1956）が開発した3次元物体画像
3 初期の固体形成技術
1977 年、スウェインソンは 2 本のレーザー光線の交差部で感光性ポリマーを使用して 3 次元ポリマーを複製する方法を発明し、プラスチック材料の直接製造を実現しました。同様の研究は、1984 年にバテル研究所で光化学加工と呼ばれるプロジェクトの下で開始されました。当時、この技術に対して完全な研究室ハードウェアのサポートが提供されていましたが、商品化されませんでした。
1977年、スウェインソンは交差レーザービームを発明した。
1972 年、Ciraud は今日のレーザー表面クラッディング技術に似た粉末プロセスを提案しました。製造プロセスでは、重力、静磁場、静電気、または押し出しノズルによって小さな粒子がプラットフォーム上に堆積され、その後、レーザー、電子ビーム、またはプラズマビームを使用して局所的に加熱されます。加熱された粒子は互いに付着し、連続した全体を形成します。粒子間の結合の強度を高めるために、複数のレーザービームが使用される場合があります。

Ciraud (1972) が提案した粉末レーザースキャン法
1981年、名古屋市工業研究所の児玉秀夫氏は、光硬化性ポリマーを用いた三次元モデルの積層造形法を発明した。彼は、積層造形のための 3 つの機器オプションを研究しました。
a) マスクを使用して UV 光源の露光領域を制御し、モデルをフォトポリマー液の浴槽に浸して新しい層を作成します。
b) マスクも使用しますが、マスクと露出をスロットの下部に配置し、モデルを上向きにペイントして新しいレイヤーを作成します。
c) 方法 1 と同様にモデルを浸しますが、XY プロッタと光ファイバーを使用して新しいレイヤーを作成します。
児玉（1981）が研究した3つの付加製造方法
また、1981 年に、ロス F. ハウスホルダーは、3D ソフトウェアプログラムを使用して 3D モデルを作成し、そのデータを印刷装置に送信して 3D 印刷を実現する、レーザー焼結 (SLS) に類似した特許を登録しました。この装置は、石膏粉末と砂の混合物、溶融性粉末と非溶融サポート材料粉末（印刷後に高温で硬化する）の混合物、およびエポキシ樹脂硬化剤混合物の 3 種類の材料をサポートします。残念ながら、この技術は商業化には成功しませんでした。
ロス F. ハウスホルダーの印刷装置特許の概略図 (1981 年)
1982 年、3M 社のハーバートは、XY プロッターのミラーシステムを使用して UV レーザービームを感光性樹脂の層に投影する 3D 印刷システムを開発しました。ハーバート氏のシステムでは、コンピューターを使用して層を通過するレーザービームを制御し、感光性樹脂容器を約 1 mm 下げて、新しい液体感光性樹脂層を追加します。
ハーバートの光硬化プロセスの概略図（1982年）
初期の 3D プリント製品<br /> 世界初の固体形成技術3Dプリント作品はどのようなものだったのでしょうか？写真にあるように、3つの作品はそれぞれ異なる3Dプリンターシステムから作られたもので、左からコダマ、ハーバート、ハウスホルダーの作品です。中間の製品 (Herbert) は 1979 年 8 月に発売されました。Kodama および Housholder 製品の発売日に関する歴史的記録はありません。
初期の 3D プリント製品 3 つ。発明者は左から右に Kodama、Herbert、Housholder です。
1960 年代以降、米国の 3D プリント技術の製造原理は現在の光硬化技術に非常に近いことがわかります。しかし、コンピューター、レーザー、材料などの分野における技術的な制限により、3D プリンティングは大幅な進歩が遅れています。 1860 年から 1984 年の間に、米国では関連技術に関する特許が 20 件未満登録されました。
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