Carbon3D の社長は、3D プリントはキノコの栽培よりも遅いと不満を漏らしています。CLIP とは何ですか?

多くの人が Antarctic Bear に、3D プリントは製造業で広く使用できるのかとよく尋ねます。これまでのところ、3D プリンティングは真の製造ツールとなるまでにまだ多くの課題に直面しています。主な問題は、一般的な 3D 印刷技術では、一度に 1 層ずつ、層ごとに印刷してオブジェクトを製造することです。この方法は遅いだけでなく、生産される物体は、現在スタンピングや射出成形で作られているものほど強度がありません。さらに大きな問題は、これらの 3D プリント部品は等方性がなく耐久性が低いため、自動車などの分野での製造には適さないことです。

米国のCarbon3D社のオーナー、ジョセフ・デシモーネ氏は、『ターミネーター2』のT-1000ロボットの映像にインスピレーションを受け、なぜ3Dプリンターがこのように動作しないのかと考えました。この映画のように、物体が水たまりからほぼ瞬時に、無駄なく浮かび上がるようにしたいのです。ハリウッドからヒントを得て、これを実現する方法を見つけることができるでしょうか?これが私たちの挑戦であり、成功すれば、製造方法としての 3D プリントを妨げる 3 つの主な問題を根本的に解決することができます。

3D プリントは決して終わらない。キノコは3Dプリントされた部品よりも速く成長します。この層ごとのプロセスにより、印刷された部品の機械的特性に欠陥が生じます。したがって、部品を継続的に「成長」させることができれば、この欠陥を排除できます。 3D プリントの材料の選択肢があまりにも限られています。実際、部品が十分に速く成長すれば、自己修復する材料が生まれ、素晴らしい特性が得られます。つまり、ハリウッドをうまく模倣できれば、本当に 3D で製造できるようになります。

こうして、CLIP (Continuos Liquid Interface Production) が誕生しました。以下は、Antarctic Bear が見つけた、Carbon3D の代表 Joseph DeSimone 氏の TED でのスピーチ動画とテキスト翻訳です。クマ好きの皆さんに感動を与えてくれることを願っています。

http://v.qq.com/boke/page/w/0/v/w0149j3xuqv.html

本日は、3D プリンティングとも呼ばれる付加製造の分野における過去 2 年間の研究成果を皆様にご紹介できることを大変光栄に思います。

私の手にあるこの物を見てください。単純に見えますが、かなり複雑です。同心円状の密なグリッド構造の組み合わせで、各部分が互いに接続されています。従来の製造技術では実現できません。構造が対称であるため、射出成形はできません。製粉しても製造できません。これを実現するには 3D 印刷技術が必要ですが、ほとんどの 3D プリンターでは製造プロセス全体を完了するのに 3 ～ 10 時間かかります。今夜は、私がステージで話す 10 分間でこの製造プロセスを完了できるように努めます。幸運を祈ってください！

「3D プリンティング」という用語は、実は誤った名称です。この技術の本質は、2次元印刷の関連技術を用いて、2次元印刷を繰り返し行うことです。インクジェットプリンターを使用して紙にテキストを印刷し、これを繰り返して 3 次元オブジェクトを構築できることを想像してください。マイクロエレクトロニクスでは、フォトリソグラフィーと同じ原理を使用してトランジスタや集積回路を作成し、構造を繰り返し構築します。これらはすべて 2D 印刷技術です。

私は化学者であり、材料科学者でもあります。私の発明パートナーも材料科学者で、1人は化学者、もう1人は物理学者です。私たちは3Dプリントに非常に興味を持ち始めました。ご存知のように、斬新なアイデアは、異なる分野や背景を持つ、異なる機関の人々のコミュニケーションから生まれることが多く、これが私たちの物語です。

私たちのインスピレーションは、ターミネーター2のロボットT-1000が登場するシーンから生まれました。そして、次のような疑問が浮かびました。「なぜ3Dプリンターはこのように動作できないのか？」液体から物体を形成できるようにすることで、リアルタイムでの完成を実現し、無駄を省きながら素晴らしい物体を作ります。まさに映画のようです。ハリウッドからヒントを得て、これを実際に実現する方法を考え出すことはできるでしょうか? それが私たちが直面している課題です。これを実現できれば、3D プリントが製造エンジニアリングに導入されるのを妨げている 3 つの問題を根本的に解決できるというのが私たちの考えです。

まず、3D プリントには時間がかかりすぎます。キノコの中には、3D プリントするよりも速く成長するものもあります。 (笑) 積層造形プロセスでは機械的な欠陥が生じますが、連続製造ができればそれを排除できます。実際、生産速度が十分に速ければ、自己硬化材料の使用を開始し、材料特性の飛躍的な進歩を達成することもできます。ハリウッドをうまく模倣できれば、3D 製造の問題を本当に解決できるでしょう。

私たちのアプローチは、ポリマー化学の常識的な知識を活用し、光と酸素を制御することでシームレスな製造を可能にします。光と酸素は異なる働きをします。光は液体の樹脂を固体に変えることができます。つまり、液体を固体に変えることができます。酸素はこのプロセスを阻害します。つまり、化学的な観点から見ると、光と酸素の作用は互いに逆であり、光と酸素を3次元的に制御できれば、生産プロセスを制御できるのです。このプロセスを CLIP (Constant Liquid Interface Printing) と呼びます。

CLIP には 3 つの機能コンポーネントがあります。
1 つ目は、液体金属ロボット T-1000 のような液体用の容器です。コンテナの底には特別な窓が付いています。それについては後で話します。
2 番目のコンポーネントは、コンテナー内に降ろしてオブジェクトを溶液から直接引き出すことができるプラットフォームです。
3 番目の部分は、コンテナの下にあり、UV 領域を照らすデジタル光投影システムです。
鍵となるのは、容器の底にある窓です。この窓は複雑で、光を透過するだけでなく酸素も透過する非常に特殊な窓です。コンタクトレンズと同様の特性を持ちます。ここで、このプロセスがどのように機能するかを確認できます。

ガントリーがそこに下がっているとき、従来の製造方法では酸素不透過性の窓が使用され、2 次元パターンを作成し、最終的に従来の気密窓を使用してパターンを窓に結合できることがわかります。そのため、次の層を作成するには、それを分離し、樹脂を再度追加し、再配置し、プロセスを繰り返す必要があります。

しかし、当社の特殊な窓により、下から酸素を取り込むことができ、光が酸素に当たると反応が抑制され、デッドゾーンが形成されます。デッドゾーンの厚さは約数十ミクロンで、赤血球の直径の約2～3倍で、ウィンドウの境界面では液体のままです。次にこの物体を引き抜き、サイエンス誌で示したように、酸素含有量を変えるだけでデッドゾーンの厚さを変えることができます。そこで私たちは、酸素含有量、光、光の強度、凝固剤の投与量、粘度、形状構造といったいくつかの重要な変数を制御しました。このプロセスを制御するために、非常に高度なソフトウェアを使用します。結果は非常に驚くべきものでした。

従来の 3D プリンターと比較すると、25 ～ 100 倍の速度となり、革命的な変化です。さらに、インターフェース流体制御能力が向上するにつれて、印刷速度が1,000倍速くなる可能性があると考えています。これにより、大量の熱を得る機会も生まれます。化学エンジニアとして、私は熱の変換に熱心です。将来的には、印刷速度が速すぎるため、水冷式の3Dプリンターが登場するかもしれません。

さらに、従来の層ごとの製造を廃止した成長ベースの製造方法により、コンポーネントの完全性が向上し、表面から構造が見えなくなります。分子的に滑らかな表面が得られます。 3D プリントされた部品のほとんどは、層構造になっているため、印刷時の部品の向きや位置によって機械的特性が左右されるため、望ましくありません。しかし、成長のような方法で印刷すると、印刷方向によってオブジェクトのプロパティは変化しません。これらは鋳造部品のように見えますが、従来の 3D 製造とは大きく異なります。さらに、ポリマー化学の教科書全体の知識を活用して、3D プリント部品に実際に必要な特性を生み出す適切な化学を設計することができます。（拍手）

完成しました、素晴らしいです！ステージでこういうことをするときは、うまくいかないのではないかといつも心配になりますよね？しかし、当社の材料は強力な機械的特性を備えています。

初めて、高弾性または高減衰係数のエラストマーを製造できるようになりました。これらを振動制御や高品質のスポーツシューズの製造に使用することを想像してみてください。私たちは超高強度材料、高強度対重量比、真に超高強度材料、真に超伸縮性材料を作ることができます。これを皆さんに見ていただきたいと思います。これらは素晴らしい材料特性です。チャンスとは、製造業の成果が最終製品となり、業界の変化のスピードで実行できれば、製造業の様相を真に変える可能性があるということです。

現在、製造業においては、いわゆる「デジタルスレッド」がデジタル製造の分野に適用されています。当社はCAD図面から設計、試作、そして製造へと進みます。デジタルライン生産では、ほとんどの部品が最終製品となる特性を持っていないため、そのまま製造できず、試作段階で止まってしまうことが多々あります。設計から試作、製造までデジタルスレッドのあらゆるリンクを接続できるようになったことで、強度対重量比の高い格子材料を使用した自動車の燃料消費量の削減、新しいタービンブレード、優れた性能を持つ他の多くの部品など、あらゆるものを製造する可能性が本当に広がりました。

考えてみてください。緊急時にステントが必要になった場合、医師が棚から標準サイズのステントを取り出すのではなく、あなたのためにカスタムメイドされ、あなたの体型に合わせて作られ、緊急時にプリントアウトでき、18 か月後には消えるステントが手に入ります。これは革命的です。あるいはデジタル歯科: こうした種類の構造は、歯科医の椅子に横たわっている間に作成できます。私の学生がノースカロライナ大学で成し遂げたことを見てください。これらは驚くべき微細構造です。

ご存知のとおり、今日の世界のナノ製造技術はすでに非常に進歩しています。ムーアの法則により、10 ミクロン以下の物体を作ることが可能になり、その点では優れていますが、10 ミクロンから 1,000 ミクロンの範囲、つまりメソスケールの範囲の物体を作るのは非常に困難です。シリコン業界の減算技術ではこの仕事は達成できない。チップを理想的にエッチングすることができません。しかし、当社の製造プロセスは非常に洗練されており、付加製造技術を使用してオブジェクトをボトムアップで構築し、数十秒で驚くべき結果を達成することができます。これにより、新しいセンシング技術、新しい薬物送達技術、新しい「ラボオンチップ」アプリケーションなど、真に革新的な製品が生まれます。

部品を完成品にできるこのリアルタイム製造技術は、3D 製造の世界を切り開くものであり、ハードウェア、ソフトウェア、分子科学のインターフェースを実際に実現できるため、私たちにとって非常にエキサイティングなことであり、世界中のデザイナーやエンジニアがこの素晴らしいツールを使って何を実現するのか楽しみでなりません。

ご清聴ありがとうございました。（拍手）

本稿執筆にあたり、Sha Yongxia、Ouyang Xingyi、Du Ning をはじめとする専門家の方々に感謝の意を表します。

Carbon3Dプリンターについてさらに詳しく知りたい場合や注文したい場合は、Antarctic BearカスタマーサービスWeChat 392908259を追加してください。

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