今日の人民日報海外版：3Dプリント、それが私たちの生活にどのように浸透しているか

出典：人民日報海外版

3D プリンティングは、積層造形とも呼ばれ、材料を層ごとに積み重ねることで 3 次元のオブジェクトを作成するデジタル製造プロセスです。現在、3Dプリンティングは独自の利点により、生産と生活のさまざまな分野に広く浸透しており、この新技術の応用は、医療、建設、航空宇宙、工業生産、教育、文化遺産保護などのシナリオで見られます。

記者は、家を建てる、病院に行く、陶芸のDIYという日常生活に近い3つのシーンを選び、新しいテクノロジーがどのように私たちの生活に入り込み、変化していくのかを垣間見た。

積み木のように家を建てる——
印刷された農家が人気の観光名所に

4か月前、56歳の張国烈さんは自分の農家が「ネットセレブ」の集まる場所になるとは想像もしていなかった。

河北省古城県方荘鎮松荘村に位置する、敷地面積約400平方メートル、北側6部屋からなるこの農家は、「3Dプリントとモジュール組み立て」という新しい建築方法を採用しています。デジタルモデルは工場で積み木のように壁モジュールに印刷され、現場に運ばれた後、わずか7日間で主要構造物が設置されました。

この斬新な住宅建築法は地域全体に広まり、近隣の村人たちは急いで「チェックイン」した。北京、上海、浙江、湖北、シンガポールからの専門家も視察に訪れた。

プリントハウスの何が特別なのでしょうか？記者は何が起こっているのか調べるために農場の中庭に足を踏み入れた。赤レンガの家々が立ち並ぶ中で、このグレーと白の中庭はひときわ目立っています。張国烈さんは団体客を前に、いつも温かく中庭に客を迎え入れます。「花が咲いて財が来る」衝立壁、「瑞雲と吉兆鹿」の彫刻、「梅の花に登るカササギ」の質感のある玄関ポーチ、「福寿山水」の絵破風などはすべて「チェックインポイント」になっています。

この住宅は、浙江大学土木工学学院のインテリジェント建設チームが、凌通科技、観利科技、山東吉思添加物公司と共同で完成させました。「中庭は統合デジタル設計を採用しています。家全体、中庭の壁、柱などの構造部品、花壇、床タイル、岩山、彫刻などの景観装飾はすべてコンクリート3Dプリントで作られています。外部の彫刻されたテクスチャと内部のパイプラインの空洞はすべて設計段階で構造と一緒に完成しています。3次元モデリングとは、見た通りのものを手に入れるということです」と浙江大学土木工学院の孫暁燕准教授は紹介した。
「設計が完成した後の印刷プロセスはクリームを絞り出すようなものです。3Dプリンターのノズルが設計されたトラック上を前後に走り、同時にコンクリートを吐き出し、それが層ごとに積み重なって壁モジュールが構築されます」と孫暁燕氏は語った。記者がさらによく見てみると、灰白色のコンクリート壁の表面には厚さ約1センチのテクスチャーの層があり、壁面の凹凸が芸術的な模様を形成していることがわかった。
見た目は素晴らしいですが、実用性はどの程度でしょうか?

「設計当初は、壁の空洞をどのように利用して断熱、遮音、構造耐震、災害耐性などの機能を解決するかを十分に検討しました。断熱性能は良好で、暖房には天然ガスを使用しているため、一般住宅に住むよりも経済的で、構造強度も高くなっています。」浙江大学知能建設・工学管理研究所所長の王海龍教授は、「固形廃棄物の低炭素コンクリートも使用されており、よりグリーンで環境に優しい」と語った。

いくらかかりますか？「この中庭の建設費は約30万元で、農村部の一般的なレンガ・コンクリート住宅の建設費に近い。近隣のいくつかの村の農民も、自宅で一式を『プリント』したいと考えている」。古城県農業農村局の張延安副局長は「現在、農村の住宅建設は労働力不足に悩まされている。3Dプリントは美しい村の建設に新たなアイデアを提供する。私たちはこれをより大規模に推進していくつもりだ」と語った。
この評価の裏には、10年間も研究を続けてきた科学研究チームの努力と粘り強さがあります。

「私たちは2013年からデジタル建設技術の研究に取り組んできました。プリントコンクリートの性能規定を理解するのに2年かかり、印刷設備、補強技術、印刷建設技術を徐々に習得してきました。チームはこれまでに3Dプリント材料、設備、構造、建設方法など国内外の発明特許を30件以上取得しており、設備と技術は海外にも輸出されています」と王海龍氏は述べた。

甘粛火星1基地の宇宙カプセルホテル、香港のランドスケープチェア、サウジアラビアの大型ヴィラ...チームの3Dプリント建物はさまざまな場所に登場しています。「より多くのプロジェクトの実施を推進するほか、水中や宇宙空間での3Dプリント技術の探究も進めており、前向きな進展を遂げている」と孫暁燕氏は述べた。「付加的知能建設の国際標準が最近発表されたが、これは伝統的な建設の置き換えのペースが加速することを意味する。近い将来、SF映画のように、海底や宇宙で遠隔無人知能建設を実現できることを期待している」

靴に合うように足をカットすることから「骨」を仕立てることまで -
健康と幸福の向上に貢献する

上海交通大学医学部付属第九人民病院10号館5階にある3Dプリント受付センターの一室には、様々な大きさの人骨や関節の3Dプリント模型が展示棚に並べられている。一部のモデルには目を引く緑色の物体があり、患者の実際の腫瘍の形態が特別にマークされています。「運転中にカーナビを使うようなものです」と、同病院整形外科の主任医師であるハオ・ヨンチアン氏は言う。「手術設計に使われる病変モデルは、3Dプリント医療応用の第一レベルに属します。このモデルにより、腫瘍の大きさ、成長場所、周囲の臓器、血管、神経などとの関係を明確に把握できます。手術時間を短縮できるだけでなく、若い医師の成長を早めることにもつながります。」

整形外科疾患の治療は、主に骨の欠陥との戦いです。人体は小さな欠損であれば自ら修復することができますが、損傷が一定レベルに達すると人工的にしか修復できません。その解決策の一つが、インプラントによる骨補填ブロックです。「世の中に全く同じ葉っぱは二つとありませんし、人間の関節や骨の欠損も全く同じということはありません」とハオ・ヨンチアン氏は言う。「昔は、同じタイプの人工関節は基本的に同じ形で、サイズが少し違うだけでした。その後、設計の改良により、人工関節を構成する部品には複数の仕様があり、接続部分にはより多くの調整インターフェースがありますが、それでも効果はまだ理想的ではありません。」

3D プリントの応用により、整形外科手術は靴に合うように足を調整することから骨の精密な治療へと移行できるようになりました。人間の細胞やサイトカインを運ぶ活性組織や臓器のバイオプリンティングは、3D プリンティングの医療用途の最高レベルを表しています。

ハオ・ヨンチアンさんは、2年前に16歳の少女が母親に付き添われて助けを求めに来たことをはっきりと覚えている。当時、患者は左ふくらはぎに痛みを感じ、歩くのも困難だった。臨床診断は「左脛骨近位部腫瘍」だった。

「腫瘍の除去は骨の欠損を引き起こします。従来の治療法では自家骨や同種骨の移植が用いられますが、二次的外科的外傷、病気の伝染、免疫拒絶、骨源の制限など、一定のリスクや欠陥があります」とハオ・ヨンチアン氏は述べた。

ショールームの冷たい模型を見て、わかりにくい用語を聞いて、患者とその家族は少し困惑していましたが、ハオ・ヨンチアン氏は、中国の科学者が開拓した「骨欠損を修復するためのバイオ3Dプリント活性骨」技術の最初の応用である新しい技術を採用することに同意するよう説得しました。

3Dプリントされた活性骨は欠損部位に移植され、そこでゆっくりと分解され、患者自身の幹細胞と活性成長因子を放出し、欠損部位周辺の骨組織細胞と相互作用します。骨の形態が完全に一致し、修復速度が大幅に加速されます。

その効果は患者の期待を上回るものでした。手術から1か月以上経ち、少女は自由に動けるようになり、教室に戻っただけでなく体育の授業も受けられるようになった。

35年間の医療活動の中で、ハオ・ヨンチアン医師の助けにより、何百人もの患者が3Dプリント技術の温かさを感じてきました。「1990年代、国内の医師は外国の技術や製品を優先していました。現在、原材料から機器のハードウェアとソフトウェア、手術の実施に至るまで、3Dプリント整形外科手術技術と製品の完全な現地化を実現し、手術の結果は海外の専門家を驚かせています」とハオ・ヨンチアン氏は語った。

2016年に上海交通大学医療3Dプリンティングイノベーション研究センターが設立され、ハオ・ヨンチアン氏がセンター長に就任しました。現在までに、全国28省に約100の医療用3Dプリントサブセンターが設立されている。さらに、海外の整形外科医療機器メーカーから差し伸べられた和解の申し出により、ハオ・ヨンチアン氏は海外に支社を設立すべきだと認識した。「当社の技術革新は世界の最先端にあります。『グローバル化』は当社自身の影響力を拡大するだけでなく、海外、特に医療が未発達な地域の患者の健康と福祉の向上にも貢献します。」

自宅でも磁器を作ることができます——
より便利に実践的な楽しみを

磁器を焼くのにどれくらい時間がかかりますか？

古代には、鉱石の選別、粘土の精製、サンプルの決定、粘土の研ぎ、塗装、釉薬の塗布、窯焼きなど数十の手順があり、完了するまでに数か月かかることもよくありました。

現在では、原材料をオンラインで購入し、セラミック3Dプリンターを使用して窯で焼くこともできますが、さらに簡単に家庭用の電子レンジを代用することもできます。劉文強氏は、平均時間は15分であると計算しました。

10年前、山東大学で機械工学を専攻する2年生だった劉文強さんは、個人的な興味からセラミック3Dプリンターを開発し、学校の環境保護をテーマにしたイノベーションコンテストで賞を受賞しました。その後、彼は学校を代表して全国大会に出場し、一等賞を獲得しました。彼はこれらの賞を常に大切にしてきました。

10年の間に、この受賞歴のある大学生は済南陳坤智能科技有限公司の創設者となり、1つの製品がさまざまなシナリオに適した一連の製品へと進化しました。「一般消費者に適したものもあれば、専門家や企業に適したものもあります。例えば、色付きの釉薬で印刷すると、釉薬効果も得られます」と劉文強氏は語った。

劉文強氏のオフィスには、花瓶やカップ、装飾品など、さまざまなサイズや色の陶器製品が並んでいるが、それらはすべて彼が開発したセラミック3Dプリンターで作られたものだ。オフィスというよりは陶芸のDIY工房のような感じです。劉文強氏は「セラミック3Dプリンターは芸術作品の創作と芸術体験のコストを大幅に削減した」と語った。

印刷された作品は芸術作品と呼べるでしょうか？これは劉文強氏が頻繁に直面する質問です。「機械で作られたものには魂がないと言う人もいる」と彼は思い出した。
当初、劉文強氏は反論の仕方がわからなかったが、ユーザーの無限の体験の楽しみから3Dプリントされた文化的および創造的な製品の価値を発見した。ジル・テイラーさんは陶芸が大好きな60代のアメリカ人です。しかし、年を重ねるにつれて手が思うように動かなくなり、陶芸に少し圧倒されてしまうことがありましたが、この会社の製品を発見したのです。

テイラーは、3Dプリントと手作業で完成した作品をソーシャルプラットフォームで「披露」した。それは、ドレスとショールをまとい、優雅な姿勢で頭を少し上げて遠くを見つめる雌ライオンの立像だった。スカートの最も難しい部分は3Dプリントで作られた。「3Dプリントは、ユーザーが伝統的な職人技の制約から解放され、より複雑で多様な形状を作成し、より大きな創造の自由をもたらすのに役立ちます」とLiu Wenqiang氏は述べています。

印刷できるのは陶器だけではありません。フィギュア、船舶模型、建築模型、彫像、おもちゃ…文化創造の分野では、3Dプリントの応用がますます広がっています。 Liu Wenqiang 氏は、消費者向け 3D プリンター市場がかなりの速度で成長していると感じています。これを裏付けるデータがある。2022年の中国の消費者向け3Dプリンター機器の販売台数は135万1800台で、2017年比14.4倍の増加となった。

かつては、印刷速度が遅い、使用限度額が高い、製品価格が高いなどの要因が、一般消費者に製品の購入を「思いとどまらせる」要因となっていました。近年、市場の需要と技術の進歩により、消費者向け3Dプリンターの販売価格は大幅に下がり、海外市場も開拓されました。

「当社のユーザーは主に海外からのユーザーです。実践スキルに優れた人の中には、製品の改善に役立つ提案を熱心にしてくれる人もいます。ユーザーとの共創の雰囲気がとても気に入っています」と劉文強氏は述べた。「当社の製品がより多くの家庭に浸透し、人々がより便利に実践の楽しさを味わえるようになることを願っています。」

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