新華社通信：3Dプリントですべてが可能に

出典：新華社、東方展望、記者石嘉清、編集者陳栄雪

△上海、中国初の3Dプリント文化博物館

2023年7月12日、ノースウェスタン工科大学の学部入学許可書のフォーマットが公開されました。入学許可書には、同校の航空、宇宙、航法の特徴が反映されていることに加え、「サプライズ」も含まれている。

「入学許可書を持って、2023年度の新入生は登録サイトで専用のブラインドボックスを引くことができます。」学校入学事務局の関係者は、ブラインドボックスの内容は、J-20Q・チーフデザイナー楊偉の3Dプリントサイン版モデル、Y-20Q・チーフデザイナー唐長紅の3Dプリントサイン版モデル、Z-20Q・チーフデザイナー鄧静輝の3Dプリントサイン版モデルなどであると紹介した。

学生に非常に人気のある 3D プリント (付加製造とも呼ばれる) は、デジタルモデルファイルを基礎として、粉末金属やプラスチックなどの結合可能な材料を使用して層ごとに印刷することでオブジェクトを構築するテクノロジーです。

食べ物を印刷したり、ロケットを印刷したり、車を印刷したり...あらゆるものを 3D プリントできます。デジタル経済の急成長とインテリジェント製造の普及を背景に、3Dプリント業界の発展は静かに加速しています。

3Dプリント食品

近年、環境保護、健康、安全、効率という新たな食生活のコンセプトに導かれ、革新的な食品 3D プリントが急速に登場しています。

浙江科学技術博物館を訪れた人々は、博物館内の6台のチョコレート3Dプリンターがよりトレンディな科学体験を提供していることに気づいた。

「来場者にはさまざまな選択肢があります。宇宙飛行士、空飛ぶ円盤、ロケット、戦車など、さまざまな形のチョコレートを印刷できます。」機器の提供者である杭州市銀科技有限公司の李静源最高経営責任者（CEO）は、Outlook Weeklyに対し、3Dプリントは食品に豊かな形と魅力的な味を与えるだけでなく、来場者が科学技術の知識について学ぶことにさらに興味を持つようになると語った。

この「パンダ」セルフサービスチョコレート3Dプリンターは、設計、支払い、印刷を一回で完了でき、オペレーターが勤務する必要がないと伝えられており、科学技術教育、文化観光、商業施設などで広く活用できる。

文化や観光の分野では、チョコレートの 3D プリントが非常に一般的になっています。

中国国家図書館杭州分館の文化創造空間である文潤閣は、来館者に「文化財チョコレート」を3Dプリントするという新たな選択肢を提供している。来場者はWeChatのQRコードをスキャンし、好きなモデルを選んでその場で印刷することができる。3〜5分待つと、博物館の建築模型や戦国時代の越王の銅剣など、博物館が所蔵する文化財に基づいて精巧なチョコレートを印刷することができる。

蘇州博物館、南京博物館、雲南省博物館では、博物館のコレクションの形をしたチョコレートを印刷することができ、上海海洋水族館では、タツノオトシゴ、マンタ、クジラ、カメ、イルカなどの海洋生物の形をしたチョコレートを印刷することができます。

「インタイムやワンダなどの商業施設では、流行のIPコンテンツを組み合わせてIPスタイルの3D食品を制作します。また、人気映画の公開期間中は、映画のキャラクターの形をしたチョコレートも製造します」と李静源氏は語った。

ロケットも車もすべて印刷できる

「現在、3Dプリント技術は、食品、衣類、住宅、交通、航空宇宙、自動車製造、医療、建設など、日常生活のさまざまな側面を含む多くの分野で広く使用されています」と、東南大学材料科学工学部の張亜美教授はOutlook Weeklyに語った。

2023年3月22日現地時間、世界初の3Dプリントロケット「テランワン」が3度目の打ち上げを試みたが、軌道投入に失敗した。 AP通信は、テラン・ワンロケットは高さ33.5メートル、部品の85%は3Dプリントで作られ、ロケットのエンジンも3Dプリント技術で作られていると報じた。

3Dプリンティングは、新エネルギー電池、文化遺産の修復、人間の臓器などの分野でも継続的に試行され、実践されています。

「当社の超小型3Dプリントバッテリー『Linglong』シリーズは、埋め込み型医療ロボット向けに特別に開発されたカスタマイズされたバッテリーです。医療ロボットは小型なので、必要なバッテリーはさらに小型です。現在、3次元サイズが4mm未満のバッテリーの統合製造とパッケージングの問題を解決できるのは、3Dプリント技術だけです」と、Gaoneng Digital Manufacturing (Xi'an) Technology Co., Ltd.の最高執行責任者、Ling Qi氏はOutlook Weeklyに語った。

同社は小型で電池寿命が長く、放電率が高いマイクロ電池も生産していると報じられている。この3Dプリントバッテリーの助けを借りて、カプセルロボットは人間の消化管の内部の詳細をビデオで観察することができ、医師に診断のためのより信頼性が高く詳細な情報を提供することができます。

安徽省では、合肥有耀科技公司の軽電気自動車「XEV-YOYO」が、3Dプリント技術を使って内外装を量産した世界初の電気自動車となった。洛陽の龍門石窟では、1世紀もの間散逸していた無量寿仏像がデジタル3Dプリント技術の助けを借りて修復された。山東省の省級無形文化遺産保護プロジェクトである莱西人形劇をもっと多くの人に知ってもらうため、莱西人形劇の5代目継承者である江宇涛氏は、3Dプリントを使って人形の内部機構ベアリングを製作し、人形劇の難易度と視覚効果を高めた。

2月13日、山東省青島市シティメディアプラザの雲岡石窟美術館で、3Dプリントされた雲岡石窟第3洞窟の主仏である高さ9.93メートルの阿弥陀如来像が公開された。その顔は丸くふっくらとしており、超越的な表情を浮かべている。

3D プリントは人々の身の回りのハイテクとなり、一般家庭にまで浸透し、人々のライフスタイルを変えています。

伝統的な製造業の破壊

2023年中関村フォーラム博覧会の重慶展示エリアでは、3Dプリンター装置が多くの人を魅了し、立ち止まって見入らせた。

2ミクロンの超高精度3Dプリントを実現できるこの精密機器は、重慶莫芳精密科技有限公司製です。

この3D印刷装置は、表面投影マイクロ立体造形技術を採用し、高精度紫外線リソグラフィー投影システムを使用していることが分かっています。印刷するモデルを樹脂液の表面に層ごとに投影することで、マイクロ立体形状を素早く形成し、デジタルモデルから3次元の複雑な工業サンプルへの加工を実現します。

従来の印刷技術と比較して、3Dプリントは立体構造であるため、事前にコンピュータ支援設計ソフトウェアを使用して立体モデルを作成し、原材料を機体に装填する必要があります。コンピュータ制御により、レーザーインジェクターを使用して原材料を層ごとに積み重ね、コンピュータ上の設計図を実際の物体に変えます。プロセス全体を通して、コンピューターは各ステップのサイズと位置を自動的に計算し、製造されるオブジェクトの精度を保証します。

「従来の製造技術と比較すると、3Dプリント技術の優れた利点は、テンプレートを必要としないことです。プリンターで直接印刷し、層ごとに積み重ねて製造することができます。」張亜美氏は「Outlook Weekly」に対し、この高度なプロセスはさまざまな特殊形状の部品やデバイスの製造に特に有利であると語った。

「第一に、テンプレートが不要なので、設計の自由度が高まります。第二に、直接印刷できるため、テンプレートの材料と労力が節約され、製造効率が向上します。」張亜美氏は、現在、世界的に製造業の労働者が不足しており、3Dプリント製造技術はこの社会問題をうまく解決していると述べた。

「3Dプリンターを購入してから、以前は6万元もかかっていた機械部品が、今では数百元で印刷できるようになりました」。モンデリーズ（蘇州）食品有限公司のライトハウス工場を訪れた工場長の李雲龍氏は、Outlook Weeklyに対し、以前は部品を個数単位で購入していたが、現在はプラスチックワイヤーをキログラム単位で購入しており、数十万元を節約していると語った。

「伝統的に、人々は焼き菓子を手作業で作っています。今では、デジタルで提供することができます。」Li Jingyuan氏は、食品3Dプリンターは20種類以上の食品を作ることができ、材料のレシピを印刷「インク」にして、レシピを入力し、ボタンを押すだけで、残りの調理はプログラムに任せることができると語った。

李静源氏によると、食品3Dプリンターの動作原理は、原材料を一定の温度で溶かし、高スループットの3Dプリントノズルを使用して下から層ごとに積み重ね、高度な立体効果を実現するというものだ。食品 3D プリンターは、消費者が好むさまざまな形状の製品を印刷できます。便利で高速なだけでなく、カスタマイズやパーソナライズされた操作も実現できます。

3D プリンティング技術は、独自の構造と高性能を低コストかつ高効率で実現するバッテリーを製造する新たな方法も開拓しました。「電極の製造には、コーティング、焼成、圧延、スリット、巻き取り、ラミネートなど5～6つの製造工程が必要です。製造工程が多く、エネルギー消費量が多く、設置面積が大きく、柔軟な生産能力に欠けています。」Ling Qi氏はOutlook Weeklyに対し、従来の技術と比較して、同社が開発した新世代のバッテリー3Dプリント設備は、全固体バッテリーの10μmレベルの高精度、高い設計自由度、統合型インテリジェント製造を実現できると語った。

この設備は材料適応性が広く、特別な改造や調整をすることなく、異なる材料を直接使用して統合バッテリー製造を実現できると報告されています。電気自動車、電気航空、スマートウェアラブルデバイスなどの分野に、より高品質のバッテリー製品を提供できます。

「従来の製造方法と比較して、3Dプリンティングがバッテリー製造にもたらす利点には、プロセスの高速化と簡素化、コストの削減、カスタマイズ性、インテリジェンスと安全性の向上などがあります。特に注目すべきは、3Dプリンティングによる複雑な電極構造の統合製造により、低汚染と低エネルギー消費も実現できることです」とLing Qi氏は述べた。

ボトルネックを解消する必要がある

我が国は3Dプリント技術の開発を非常に重視しています。

2021年3月には「中華人民共和国国民経済と社会発展第14次5カ年計画の概要と2035年の長期目標」が発表され、製造業の中核競争力の向上とインテリジェント製造技術の発展における積層造形の開発の重要性が明確にされ、積層造形が今後の計画と開発の重要な分野として特定されました。

地方政策レベルでは、広東省、江蘇省、重慶市、浙江省、山東省、上海市、陝西省などの政府は、ハイエンド製造業の全体的な発展における付加製造の重要な位置を政策文書で明確に述べています。

政策の後押しもあり、国産3Dプリンターが続々と登場し、関連産業での応用が急速に拡大しています。

中国付加製造産業連盟事務局の郭丹氏は、世界的なベンチャーキャピタル機関の投資活動は引き続き減速しているものの、国内機関による3Dプリント産業への投資は着実な成長を維持していると述べた。

郭丹氏は、2022年に中国の3Dプリント企業の資金調達総額は64億元に達し、2021年の48億元と比較して33％増加したと述べた。

中国工程院の院士であり、西安交通大学機械工学部の元学部長である陸炳恒教授は、「中国の3Dプリントの父」として知られている。同氏は、中国の3Dプリント技術における科学研究レベルはすでに世界最高レベルにあると考えているが、プロセス機器やエンジニアリングアプリケーションにはまだまだ開発の余地があるという。そのためには、中国の3Dプリント技術が真の産業化を実現できるよう、技術開発ロードマップを策定し、基礎研究、産業化、エンジニアリング応用の発展ルートを計画する必要がある。

陸炳衡氏は、3Dプリント技術がハイエンド製造業に新たな道を提供すると述べた。あらゆるものが 3D プリントできます。さまざまな製造方法を合理的に使用し、それぞれの利点を最大限に生かして製品を生産する必要があります。

3D プリントの開発にはまだいくつかのボトルネックがあります。

「一部の分野では、補強プロセスと3Dプリントプロセスの連携を強化する必要があります。しかし、実際には連携は簡単ではなく、一部の補強措置はプリントプロセスに干渉します。」張亜美氏は「Outlook Weekly」に例を挙げました。3Dプリント建物の分野では、鉄筋3Dプリントコンクリートに明らかな問題があります。印刷された製品の性能は、従来の方法で生産された鉄筋コンクリートの性能よりもはるかに劣っています。

さらに、3D プリントではレイヤーごとの構築方法が使用されるため、インターフェースの問題がよく発生します。

「インターフェースの問題を解決するための技術的な戦略はあるものの、大規模印刷の場合、問題はより複雑になることが多く、材料やプロセスなどの側面からの体系的な解決策が必要になります」と張ヤメイ氏は述べた。

申請プロセスでは、3Dプリント技術の知的財産権をどのように保護するかについても大きな注目を集めています。この点について、北京三迪科技有限公司の創業者兼会長である宗貴生氏は、2023年中国経済メディア会議で2つの提案を行った。1つはブロックチェーン技術を統合して保護すること、もう1つは独自の知的財産権に対する特許保護を法律で申請することである。

「3Dプリント技術のコストが徐々に低下するにつれて、多くの3Dプリント製品の価格は従来の製造業の価格に近づくか、それよりも低くなります。5年以内に、3Dプリント技術がほとんどの製造分野をカバーすると信じています。」李静源氏は、将来、3Dプリント技術は人々の生活にさらに恩恵をもたらすだろうと述べた。

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