3D プリントにおける国際的イノベーショントップ 10 と国内イノベーショントップ 5 (2016 年上半期)

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-8-18 17:06 に最後に編集されました。

3D プリント技術の継続的な発展に伴い、3D プリント技術には革新的なブレークスルーが次々と生まれています。 2016 年上半期の 3D プリント業界のトップ 10 イノベーションと中国のトップ 5 イノベーションを振り返ってみましょう。（順位は特に決まっていません）

国際的なイノベーショントップ10 1: スイスの科学者が金と銀のナノウォールを3Dプリントして、より高性能なタッチスクリーンを開発

タッチスクリーン技術は、デバイスの表面に吹き付けられた小さな導電性電極に依存しています。肉眼ではほとんど見えない電極は、導電性材料でできたナノウォールで構成されており、その中で最も一般的に使用されているのはインジウムスズ酸化物です。透明度は高いが導電性は低い。チューリッヒのスイス連邦工科大学（ETH）は、実現可能な革新的な方法である「ナノドロップレット」3Dプリントを発見しました。この方法は、金や銀のナノ粒子を原料として超薄型の「ナノウォール」を3Dプリントすることができ、これまでにない透明導電性電極を作成し、最終的にはより高画質でより正確な応答性を備えたタッチスクリーンを実現します。 ETH の新しい方法、つまり金と銀のナノ粒子を原料としてナノウォールを 3D 印刷する方法では、高い透明性と導電性を同時に実現できるため、そのような欠点はありません。

ETH のナノ 3D 印刷技術の魔法は、金属材料が本来の導電性を維持できるだけでなく、透明な構造を作成できることです。現在、研究者たちはこの技術を使用して、厚さ 80 ～ 500 ナノメートルの極薄電極層を 3D プリントすることに成功しています。

2: 樹脂からセラミックまで、カリフォルニアの高温セラミック 3D プリント技術<br /> カリフォルニア州マリブの HRL ラボラトリーズは、ステレオリソグラフィー/3D プリントと互換性があり、3D プリント後に焼成して高密度のセラミック部品を製造できる樹脂配合を開発しました。これは驚くべきブレークスルーであり、セラミック表面の機械加工や鋳造、かしめなしで、任意の多角形形状で強固かつ非弾性のセラミック部品の製造を可能にします。

HRL は紫外線を使用してプレセラミックモノマー（「プレカーサー変換ポリマー」）を硬化させ、急速にセラミックを形成します。これらのポリマーから作られたセラミックは均一に収縮し、多孔性がほとんどありません。また、形状が複雑なだけでなく、高い強度も示すミニグリッドやハニカム材料を形成することもできます。この高密度フォームセラミックは、推進部品、熱保護システム、多孔質バーナー、マイクロ電気機械システム、電子機器に使用できます。このセラミックは、極超音速機やジェットエンジンに使用され、離陸時の排気ガスによる加熱や高温に耐えられる小型部品を設計者が作成するのに役立つ可能性がある。

3: 既存のシステムより1,000倍高速、MITが3Dスキャンを再定義

現在市場に出回っているほとんどの LiDAR システム（自動運転車に搭載されているものも含む）は、レーザー、レンズ、外部受信機などの個別の自由空間光学系を使用しています。これらのハードウェアの組み合わせでは、レーザーは振動しながら回転するため、スキャン範囲と複雑さが制限されます。費用は1,000ドルから70,000ドルの範囲です。

MIT のライダーチップは、可動部品がないため、より小型、軽量、安価で、潜在的に強力です。現在のライダーシステムより 1,000 倍高速で、高速で移動する車両を追跡するのに使用できます。

MIT の LiDAR チップの動作原理は、シリコンフォトニクス技術と密接に関係しています。シリコン導波路の波長は光ファイバーの波長よりもはるかに小さいため、非常に小さなチップ上のフォトニック回路は光ファイバーと同様の特性を持ちます。この技術は商業化コストも低く、CMOS ファウンドリで大量生産でき、導波路損失や光絶縁などの問題を解決します。

4: MIT の繊毛はインテリジェントデザインに大きな影響を与えるだろう<br /> MITが開発したCilllia毛は、自然界の動物や人間の毛からヒントを得て、感光性樹脂硬化技術で印刷されています。3Dプリントの精度を極めて微細なレベルに制御することで、毛の微細構造を「プログラム可能」にし、圧力や音に神経のように敏感になり、外部刺激によって曲がったり変化したりします。

しかし、Cilllia は髪の毛そのものを指しているのではなく、モデリングソフトウェアプラットフォームを指しています。プラットフォーム上の CAD 設計手順とスライダーインターフェイスを通じて、ユーザーはわずか数分で数千本の髪の毛を簡単に設計できます。必要なのは、髪の毛の角度、太さ、密度、高さを決定することだけです。

綿密な設計により、毛髪は「駆動装置」としての魔法の機能を持ち、直線方向への前進「駆動」と後進「駆動」を実現します。これは動力学における革新的な分野であり、物体を動かすためにモーターなどの動力装置が必要だった従来の状況を変えます。

5: 木から生えたように見える3Dプリント軍用ドローン

世界第3位の防衛関連企業であるBAEシステムズは、わずか数日間で高度にカスタマイズされたドローンをゼロから「育成」できる化学反応ベースの3Dプリンター「Chemputer」を開発中であると発表した。

BAE Systems がこの技術開発に投資したのは、戦場に近い場所で軍事装備の供給を迅速に確立し、地理的、技術的、またはデジタル的な不利を克服するためです。Chemputer のプリントドローンは、今日の軍事環境の生産上の制限を克服することを目的として、高機能、高速、超高高度、迅速な応答が想定されています。

印刷製品は単純な製品に限らず、複雑な電子システムの製造も含まれます。同時に、印刷材料は環境に優しく、リサイクル可能です。このプリンターは、ドローンの胴体全体を印刷するだけでなく、大型有人航空機の部品の製造にも使用できるため、この技術を民間向けに展開する余地が生まれます。

6: イオン交換膜3Dプリント技術

米国ペンシルベニア州立大学の科学者らは、イオン交換膜の表面にさまざまな3Dパターンを柔軟かつ迅速に印刷して性能を向上させることができるイオン膜3D印刷技術を開発した。

研究チームによると、この3Dプリント技術は現在一般的なSLA（光硬化）3Dプリント技術に似ている。プリント材料は光硬化性イオン性ポリマー混合物で、この混合物を光プロジェクターに当てると、3Dプリンターが設計されたパターンを投影し、その表面に選択的に固める。表面パターン化により、膜の導電性が 1 ～ 3 桁も向上します。

3Dサイエンスバレーは、この3Dプリント技術を使用して作成されたイオン交換膜モデルが、交換膜の抵抗を定量的に低減できる最初のモデルであることを知りました。これらのパターンが新しい膜の抵抗を減らす効果を説明するには、単純な並列抵抗モデルだけで十分です。この方法は、イオン交換膜の設計者に、材料の固有の化学的特性をさらに向上させるための新しいパターンの革新と設計に役立つ設計ツールを提供します。

7: ディズニーのほぼ瞬時の樹脂印刷技術

米国ペンシルベニア州立大学の科学者らは、イオン交換膜の表面にさまざまな3Dパターンを柔軟かつ迅速に印刷して性能を向上させることができるイオン膜3D印刷技術を開発した。

研究チームによると、この3Dプリント技術は現在一般的なSLA（光硬化）3Dプリント技術に似ている。プリント材料は光硬化性イオン性ポリマー混合物で、この混合物を光プロジェクターに当てると、3Dプリンターが設計されたパターンを投影し、その表面に選択的に固める。表面パターン化により、膜の導電性が 1 ～ 3 桁も向上します。

この3Dプリント技術を用いて作製したイオン交換膜モデルは、交換膜の抵抗を定量的に低減できる初めてのモデルです。これらのパターンが新しい膜の抵抗を減らす効果を説明するには、単純な並列抵抗モデルだけで十分です。この方法は、イオン交換膜の設計者に、材料の固有の化学的特性をさらに向上させるための新しいパターンの革新と設計に役立つ設計ツールを提供します。

8: 非常に複雑な部品を印刷するためのフラウンホーファーのマルチマテリアル印刷技術

ドイツのフラウンホーファー研究所とIKTSシステム研究所は、整形外科用インプラント、義歯、手術器具などの医療製品だけでなく、マイクロリアクターなどの非常に複雑で小さな部品も印刷できる新しい3D印刷技術を開発しました。

フラウンホーファー研究所が開発した 3D 印刷技術では、セラミックや金属の粉末懸濁液などの材料を印刷できます。セラミックまたは金属の粉末を、80 ℃ で液体に溶ける低融点熱可塑性バインダーに混合します。印刷プロセス中、プリンターの電気温度によってバインダーが溶け、セラミックまたは金属粉末材料と混合された液滴の形で堆積します。堆積後、液滴は急速に冷却されて硬化し、立体物が点ごとに徐々に印刷されます。

9: ボーイングの浮遊式3Dプリント技術

2016年初頭、ボーイングは先進的な3Dプリント技術の特許を取得することに成功しました。これは、これまでの 3D 印刷技術とは異なります。3D 印刷プロセス中に物理的な印刷構築プラットフォームは存在しません。印刷プロセス中、印刷されたオブジェクトは空中で反転することもできます。

印刷中、プリントヘッドはまず材料を押し出します。磁場の力により、この印刷材料は空中に浮かび、次に円形の複数のプリントヘッドが、残りの材料をこの材料の上にさまざまな方向から層ごとに重ねていきます。印刷された材料は、過冷却後に超伝導体になる反磁性材料です。磁場は 3D プリントされたオブジェクトを回転させ、印刷されたオブジェクトの底部に材料を堆積させることもでき、行き止まりのない 360 度の 3D プリントを実現します。

死角のない3Dプリント技術のメリットは、形状の制約を完全に打ち破り、より複雑な部品の全面的な3Dプリントを実現できることです。さらに、複数の 3D プリントヘッドを使用して、異なる方向への 3D プリントを同時に実行することで、印刷速度が大幅に向上します。

10: ハーバード大学血管付き人工組織の3Dプリント

2016年、ハーバード大学は、生物学的機能を維持し、6週間以上生存できる組織を印刷できる最新のブレークスルーを達成しました。ハーバード大学の研究者たちは、印刷プロセス全体を通じて3種類のバイオインクを使用しました。最初のインクには、各細胞をつなげて組織を形成する、水、タンパク質、炭水化物の複雑な混合物である細胞外マトリックスが含まれています。 2 番目のインクには細胞外マトリックスと幹細胞が含まれていました。 3 つ目は血管を印刷するのに使用され、このインクは冷却されると溶けるため、研究者は冷却された材料からインクを抽出し、中空のチューブを保持することができます。

研究者たちは細胞外マトリックスを含むインクを型に充填した。最終的に、毛細血管が詰まった人工組織が培養されました。研究者らは、細胞の生存を確実にするために、シリコン型の両端にあるポートを通じて組織に栄養を与えた。人工血管は、細胞成長因子を人工組織全体に送り込むことで幹細胞の誘導分化を促進し、より厚い組織を形成します。

国内の5大イノベーション

1: 中国科学院福建省物質構造研究所は、より高速な印刷技術を開発した。

中国科学院福建省物質構造研究所3Dプリント工学技術研究開発センターの林文雄研究チームは、中国で初めて連続印刷可能な3次元物体のラピッドプロトタイピングの鍵となる技術で画期的な進歩を遂げ、超高速連続印刷デジタル投影（DLP）3Dプリンターを開発したと発表した。

具体的な印刷技術の原理は、DLP投影システムを使用して光源を提供し、樹脂タンクの底部の構築領域を照らして硬化領域を形成し、同時に酸素または空気を導入し、酸素または空気が半透過性の透明要素を介して樹脂タンクに入り、内底面と硬化領域の間に数十ミクロンの厚さの硬化抑制層を形成することです。液体の硬化防止層があるため、硬化エリアと樹脂タンクの底部は損傷なく簡単に分離でき、硬化プロセス全体の高速連続性を実現しています。福建省物理材料構造研究所は、最大印刷速度600mm/h以上を達成したと主張しており、これは米国のCarbon 3Dがリリースした連続式3D印刷装置よりも約20％高速です。

2: 中国初の完全クラウドベースのオンラインモデリングソフトウェアGeekCAD

完全に Web をベースにした中国初のオンラインモデリングソフトウェアです。 GeekCAD (geekcad.com) は、2015 年末に一部のユーザーを対象に試用を開始し、2016 年にベータ版を正式にリリースしました。 GeekCAD のビジョンは、3D デザインを誰にとっても簡単にすることです。ブラウザを開いて誰でも直接モデルを作成し、デザインを誰とでも共有できます。

GeekCAD のクラウドベース CAD は、SAS (Service as Sales) に似たビジネスモデルを採用しています。ユーザーは、正規のソフトウェアを購入するために高額な 1 回限りの料金を支払う必要はなく、ソフトウェアをダウンロードしたりインストールしたりする必要もありません。ユーザーは、プロフェッショナル向けではないハードウェアでも希望どおりにモデリングできるため、時間、利便性、コストを節約できます。中国語と英語の2つのインターフェースとコミュニティベースのメーカー展示スペースを備えており、学校教育に3Dプリントを導入し、生徒の創造性を解き放つための最良の選択肢です。

3: Sucheng Technologyの高硬度3Dプリント樹脂材料

カーボン社のCEOジョー・デシモーネ氏の同級生であるヘレンさんは、米国のバージニア工科大学で博士号を取得した後、2016年に北京に戻り、Sucheng Technologyを設立した。 Sucheng Technology は、硬度、引張強度、耐摩耗性、耐熱性など、光硬化型 3D プリント市場における材料の一般的な問題に対処するために、新しい機能性材料を開発しました。 Sucheng Technology が開発した高硬度樹脂と高靭性樹脂という 2 種類の光硬化型 3D プリント材料は、非常に優れた性能を備えています。

4: 華中科技大学における鍛造性能を備えた金属部品の3Dプリント

華中科技大学は2016年7月22日、同大学デジタル装備技術国家重点実験室の張海欧教授が開発した新しい金属3Dプリント技術「インテリジェントマイクロ鋳造・鍛造」により、このほど鍛造性能を備えた高級金属部品の3Dプリントに成功したと発表した。欧米諸国が主導する国際的な金属ワイヤ3Dプリントの状況を変えることが期待されています。

このマイクロ鋳造と鍛造によって生産される部品は、従来の鋳造品を一貫して上回る技術指標と性能を備えています。同時に、この技術は金属線を原料として使用し、材料利用率は80％以上に達します。この技術は部品の形状、サイズ、組織特性を同時に制御できるため、製品サイクルが大幅に短縮されます。かつては2トンの大型金属鋳物を作るのに3か月以上かかっていたが、今では10日程度で済むようになった。

3Dサイエンスバレーは、華中科技大学の「インテリジェントマイクロ鋳造鍛造」技術が、シアキーのEBAM技術に似ている可能性があると考えています。この付加製造技術は、金属線を原料とし、金型を必要とせず、自由なニアネット成形が可能で、完全にデジタル化されており、柔軟性に優れています。印刷された部品は緻密な材料で作られ、マクロ偏析や収縮がなく、性能も高く、航空分野で鍛造技術に取って代わる可能性を持っています。

5: 北京大学第三病院の関節融合3Dプリント技術

環軸椎脱臼（AD）とは、第 1 頚椎（環椎）と第 2 頚椎（軸椎）の間の関節の正常な接合が失われることを指します。これにより、延髄と高頚髄が圧迫され、椎骨動脈の経路と血行動態が変化します。軽症の場合はめまいや失神が発生する可能性があり、重症の場合は四肢麻痺、さらには呼吸不全や死亡につながる可能性があります。環軸椎脱臼は、障害率と死亡率が高いため、世界中の脊椎手術研究におけるホットスポットおよび困難な問題の 1 つです。

北京大学第三病院が提供する、1回の手術で固定と癒合が完了でき、癒合生体力学が優れている関節癒合装置は、2016年2月に特許庁の承認を受けた。本発明の支持ブロックには、融合孔が設けられており、海綿骨の挿入またはインプラント部位に隣接する骨の成長を容易にし、それによって骨とインプラントの融合を達成し、一回の手術で固定と融合を達成することができる。また、くさび形のブロック構造を採用して、海綿骨に圧縮応力を与え、融合を促進する。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
南極のクマの目録: 今日の建築における 3D プリントのイノベーショントップ 10 (シーズン 1)
2016年7月の世界3Dプリント市場データの収集蘇州が3Dプリントイノベーションセンターの建設を開始

3D プリントにおける国際的イノベーショントップ 10 と国内イノベーショントップ 5 (2016 年上半期)

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