3D 雪の結晶、カスタムヘルメット、トーチ... 北京冬季オリンピックの 3D プリントハイテク

はじめに：昨日、Antarctic Bearが3Dプリントされた冬季オリンピックのトーチに関するレポートを発表し、大きな注目を集めました。実際、3Dプリントトーチに加えて、3Dスキャン/3Dプリントは冬季オリンピックの他の側面でも重要な役割を果たしてきました。この記事では、北京冬季オリンピックにおける3Dプリントブラックテクノロジーについてまとめます。

△国立競技場冬季オリンピックのメイントーチは金属3Dプリント技術を使用して開発されました。出典：CCTV

01
冬季オリンピックの花壇の3D雪の結晶は都市の固形廃棄物から3Dプリントされている

長安大道沿いの冬季オリンピックをテーマにした花壇には、3Dプリントの黒い技術が使われています。高さ9.1メートルの花壇で、メインシーンは冬季オリンピックと冬季パラリンピックのエンブレムです。地面に散らばった青と白の「雪の結晶」が特に目を引く。

「これらの『雪の結晶』の原材料は都市の固形廃棄物です。多くの複雑な工程を経て、3Dプリント技術を使用して作られています」と、雪の結晶彫刻の生産者である中国炭素春場（北京）エネルギー技術有限公司の賈長春会長は語った。

それぞれの「スノーフレーク」には、現代のテクノロジーとゼロカーボン環境保護のコンセプトが込められています。

「ゼロカーボン」冬季オリンピックを支援するため、チャイナ・カーボン・スプリングフィールドは、役に立たないゴミを軽くて美しい「雪の結晶」に変える庭園スケッチを開発・制作しました。同社が使用する 3D プリント固形廃棄物技術には、テンプレート、材料、労力、廃棄物の輸送を節約できるという利点があります。

最大の雪片の直径は1.7メートルです。設計と印刷のプロセスでは、厚さ、幅、シミュレーション、強度、さらに3D印刷製品が隠れたパイプラインや補強リブを搭載できるかどうかを考慮する必要があります。

長安大道沿いの花壇での展示が終わった後、「雪の結晶」は回収され、リサイクルされる予定だと伝えられている。

02
3Dスキャン、デザイン、3Dプリントでボブスレー代表チーム用のカスタムヘルメットを製作

中国国家体育総局の組織のもと、東莞理工大学3Dプリンティングおよびインテリジェント製造研究センター（李南准教授のチーム）はスキャンテクノロジーと協力し、3Dスキャン、設計、3Dプリンティング技術を統合して、国家ボブスレーチームの選手向けのカスタマイズされたヘルメット装備の研究プロジェクトに参加しました。

△ボブスレー競技のライブ中継

ボブスレーの平均速度は時速約100キロメートル、最高時速は160キロメートルに達します。ボブスレーは氷上のF1として知られています。超高速のレースは、人々に極めて刺激的な感覚的楽しみをもたらし、ボブスレー競技の最大のハイライトとなります。このような高速では、選手の安全が最も重要です。ヘルメットはボブスレー選手の安全を確保するための重要な保護具です。

△専用ヘルメットの3Dスキャンとプリント

これまで、ボブスレー国家チームのヘルメットや装備は主に海外からの輸入だったが、輸入装備への依存から脱却し、中国で独自に開発・設計したヘルメットで競技に参加することが流行している。

人間の頭部は輪郭が豊かなので、非接触のポイントフリーステッチング技術に適しています。今回、アスリートの頭部の3Dデータを取得するために、ScantechのiReal 2E 3Dスキャナーが選択されました。

iReal 3D スキャナーは高精度 (最大 0.1mm) で、アスリートの頭部の 3D データを正確に取得でき、製造されたヘルメットはフィット感が良好です。

ポートレートスキャン専用モードでは、人体の揺れ層を自動的に除去できます。スキャン時に点を貼り付ける必要がなく、光源は安全で目に見えず、スキャンプロセス全体が快適で安全です。

さらに、アレイ構造化光技術を組み合わせることで、髪の毛や目のデータを取得するのが難しいという問題を独創的に解決し、頭部のデータをもっと完全なものにします。

iReal 2E 3D スキャナーを使用してアスリートの頭部の正確な 3D データを取得した後、設計チームはアスリートの頭部の形状と戦術的特徴に基づいてパーソナライズされたカスタマイズされたデザインを作成し、3D 印刷技術を使用して最終的なヘルメットを製造できます。

中国航天T800カーボンファイバーと純カーボンファイバー素材を使用することで、最終的なヘルメットの重量は前世代のレーシングヘルメットよりも500g軽くなり、わずか約1100gとなり、アスリートの体重を効果的に軽減します。

同時に、ヘルメットの緩衝層はドットマトリックス構造設計を採用しています。Farsoon High-TechのFlight TPUプロセスで印刷されたトポルハニカム構造保護システムは、頭部の細部の変形の問題を独創的に解決し、アスリートの頭部形状に完璧に適応し、非常に高い熱流効率をもたらすことができます。

03
3Dプリントでスキーロボットを開発

最近、スキーロボットの動画が大きな注目を集めています。動画では、4本足のロボットが両側に2本のスキーポールが付いたスキー板の上に立っています。彼は非常に巧みに左右にスイングし、下へ滑り降りましたが、その動きはほとんどの初心者のレベルを超えているようでした。

△映像出典：上海交通大学

別のビデオでは、スキーロボットが非常に速いスピードで滑り、中級スキー場の18度の斜面を毎秒10メートルの速度で安定しています。

このスキーロボットは上海交通大学と瀋陽オートメーション研究所が共同で開発し、外観デザインは南開大学デジタルクリエイティビティ・インテリジェントデザイン研究センター所長の薛毅教授が担当したと報じられている。

薛教授は、約半年にわたり、博士課程、修士課程、学部課程の学生からなるチームを組織し、さまざまなプロトタイプの機能と構造、形状と動作の特徴、視覚的形態と現代性、材料と色、プロセス技術と安全性と安定性、グラフィックデザインと文化的内包、オリンピック精神との関係、冬季オリンピックのシンボルの応用などについて詳細な研究を行い、冬季オリンピックの聖火リレーとスポーツロボットの形状とリズムのデザインについて詳細な研究と体系的な設計を行いました。

注目すべきは、スキーロボットの設計と製造プロセスに3Dプリント技術が採用されていることです。写真からわかるように、スキーロボットの外殻と四肢カバーはSLA 3Dプリント技術を使用して製造され、後でスプレー塗装されてロボットに取り付けられます。現在、3D プリント技術は、このタイプのロボット製品のシェルの製造において、大きな効率性とコスト上の利点を持っています。

△形態構造設計・3Dプリント・製造・設置

「私たちは、冬季オリンピックロボット9体の外観と動作を設計するよう依頼されました。私たちは、それらの異なる機能形式、視覚的動作、および適用シナリオを何十回も設計および修正しました。最終的に、オリンピック委員会が聖火リレーに使用した2体のロボットは、私たちが設計したものです。水陸両用ロボットと水中ロボットに加えて、飛行ロボット、6輪陸上ロボット、登山ロボット、スキーロボット、スケートロボット、カーリングロボット、ガイドロボットもあります。これらの「インテリジェント」なデザインは、冬季オリンピックの氷上および雪上スポーツと冬季パラリンピックの展示サービスで公開され、将来の生活に応用されます。」薛教授は、これらの慎重に設計され、装いを整えられたインテリジェントロボットは、それぞれが異なった外観と個性を持ち、異なる適用シナリオを持っていると述べました。

04
3Dプリント中国結び

北京市都市管理委員会の張燕副委員長は、2022年北京冬季オリンピックを歓迎するため、北京市内各地で象徴的な景観3つ、テーマ別花壇10ヶ所、景観スケッチ620点、ランタンケージ28万個、宣伝旗1万8000枚、宣伝画像6万枚以上、ライトショー28回が披露されたと紹介した。同時に、路地裏や商業地区などには、春節の風景画や赤い旗、色とりどりの旗、木に巻かれた提灯などが配置された。

張燕氏は、都市景観デザインでは、冬季オリンピックのエンブレム、マスコット、氷や雪の模様などの要素と、中国結び、提灯、祝福の干支などの春節の民俗的要素を融合させることに重点が置かれていると紹介した。「例えば、天安門広場にある高さ17メートルの巨大な中国結びは、オリンピックのエンブレムにちりばめられた中国結びを完璧に表現しています。」

石景山区の金源橋の紋章彫刻、延慶区の海托塔、京怡高速道路の法面保護の紋章標識など、3つの象徴的な景観もオリンピック遺産として申請される予定だ。

張燕氏は、冬季オリンピックの景観の制作過程も「節約、廃棄物の利用、環境保護」の原則を堅持し、既存の施設や廃棄物を最大限に活用していると具体的に紹介した。例えば、提灯や中国結びに使われる材料はすべて環境に優しく、3Dプリント技術を使うことでコストを節約できるだけでなく、細部まで完璧に表現できます。造園や照明器具はすべて省エネ光源を使用しており、冬の街に鮮やかな彩りを添える覆いは、もともと色とりどりの植物の廃棄された枝でしたが、都市設計者の創造的な使用により新たな生命力が与えられています。

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冬季オリンピックの 3D プリントストップモーションアニメーション

英国BBCは最近、冬季オリンピックに関する「Extreme by Nature」という短編ビデオを公開した。撮影の過程では、3Dプリント技術を使用してストップモーションアニメーションの単一フレームモデルを作成し、それを特殊なカメラで撮影してポストプロダクションを行った。

この短編映画では、スケート、スキー、カーリング、ボブスレーなどの冬季オリンピックの競技が紹介されています。この短編映画はどのように撮影され、制作されたのでしょうか? 3Dプリント技術はどのような場面で活用されたのでしょうか？短編映画の撮影秘話をご紹介します。

この短編映画は、BBCクリエイティブとBlinkinkのコラボレーションにより制作された複合メディアアニメーションの形式をとっており、さまざまなカメラ内エフェクト、3Dプリントされたフレーム、ストップモーションアニメーションを組み合わせて、イベントの氷のような背景を再現しています。

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3Dプリントされた冬季オリンピックのトーチ

ハルビン工業大学材料科学工学部の蘇燕青教授のチームは、金属3Dプリント技術を使用して、北京冬季オリンピックのゼロカーボン排出トーチの研究開発と製造を効果的に支援しました。

△北京冬季オリンピックの空飛ぶ聖火

中国航天科技公司、ハルビン工業大学、ハート3Dテクノロジー株式会社は、ハルビン工業大学の長年にわたる新素材、精密成形技術、設備研究開発における技術的優位性を活用し、共同でこの問題に取り組みました。最終的に、開発プロセスにおけるトーチの精密成形の難しさを克服し、3Dプリント技術を使用してトーチを開発することを選択しました。

△SLMレーザー選択溶融3Dプリントトーチ画像

蘇延清教授のチームは、さまざまな3Dプリント材料をテストして最適化し、トーチの内部構造の形成プロセスを最適化し、バーナーの3Dプリントプロセスを体系的に検証して改善しました。最終的に、要件を完全に満たす水素トーチとその燃焼システムの作成に成功し、冬季オリンピックのメイントーチの燃焼の信頼性を確保しました。

上記は、今回の冬季オリンピックで登場した3Dプリントのハイテク技術の一部です。数えていない応用例もいくつかあるはずです。 3Dプリント技術の発展により、今後スポーツイベントなどの大規模イベントでより大きな役割を果たすようになると信じています。

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冬季オリンピックをテーマにした氷と雪の博物館の 3D プリントされた特殊な形状の背景壁とアーチ

アイスリボン会場の超頭脳「デジタルツインオペレーティングシステム」型の背景壁や、冬季オリンピックをテーマにした氷と雪の博物館のアーチは、これらの創造的なシーンを効率的かつ首尾よく構築するための技術的手段の結果であり、「雪の美しい物語」を提示しています。

プロジェクトのクリエイティブシーンの建築装飾の制作は、今冬季オリンピックの「テクノロジー、知恵、グリーン、節約」の原則を順守しています。設計・制作チームは環境に優しい複合材料を選択し、3Dプリント技術を使用して実体を制作することで、建設コストを節約しただけでなく、設計の詳細を完璧に表現しました。

組み立て時には、印刷された部品が鉄骨構造の組み立て位置とサイズと一致していることを確認するために、設計チームはShining 3Dレーザーハンドヘルドスキャナーを使用して、印刷された部品の高品質で完全なデータを迅速に取得し、元のCAD図面と比較して変形許容値を測定しました。これにより、現場での組み立て時にエラーが発生する可能性を回避し、設計、製造、組み立て時間を大幅に節約し、全体的な建設期間を短縮しました。

注: ケースデータの機密性のため、この写真は参考用です

出典: 北京2022冬季オリンピック、北京日報、ScanTech、河北工業大学、ハルビン工業大学、BBCなど。

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