「靴」から「ロケット」へ！ 3D プリントの最新の動向を 1 つの記事で学びましょう。（1つ）

出典：河南省人工知能研究所

3Dプリントが本格的に進化中！私たちは「付加製造」によってもたらされるさらなる変化を経験しています。 Nature誌の「ニュース特集」のタイトルは「3Dプリンティングはより大きく、より速く、より強力に」です。この機会に、編集者と一緒に3Dプリンティングの最新動向を振り返ってみましょう。この記事は次の 5 つの部分で構成されています。

1. 3D プリントポリマー 2. 3D プリント建築 3. 3D プリント金属 4. 4D プリント 5. テクノロジーの融合
1. 3Dプリントポリマー – より高速
01 世界最速の樹脂3Dプリンター
2019年10月18日、ノースウェスタン大学のチャド・ミルキン教授とジョージ・B・ラスマン教授は、世界最速の樹脂3DプリンターであるHARP（高面積高速印刷）技術を開発しました。インターフェース上で「液体テフロン」（ポリテトラフルオロエチレン）を循環冷却してインターフェースの熱を下げることで、印刷速度が大幅に向上します。 0.2 平方メートル、高さ 4 メートルのプリンターベッドをベースに、高さ約 50 センチの部品を 1 時間で印刷できます。これは 3D プリント分野における創造的な技術革新です。もともとは小型で低品質の試作品の製造に限定されていると考えられていましたが、3D プリンティングは現在ではますます高速化しており、印刷される製品の量もますます大きくなっています。同時に、科学者たちは、一度に複数の材料を印刷し、印刷された材料をより強くする方法を考えています。

02 CLIP テクノロジー: 従来の光硬化技術より 100 倍高速!
「付加製造」とも呼ばれる 3D 印刷技術では、ブロック材料を切断またはフライス加工したり、溶融材料を金型に流し込んだりする必要がありません。3D 印刷では、下から上に向かって製品を構築します。材料を節約し、カスタマイズまたはパーソナライズされたデザインの製品を印刷する機能があります。アマチュアでも、低コストで比較的安価な熱溶解積層法 (FDM) を使用して印刷できます。これは非常に簡単に機能し、ノズルを加熱し、プラスチックの 3D 印刷フィラメントを押し出し、層ごとに印刷します。 FDM には、印刷後にベースを取り外して洗浄する必要があるという欠点があります。

実際、「3D プリンティング」ははるかに広範囲の技術をカバーしています。 1984年には、3Dシステムの創設者であるチャールズハルが特許を申請し、紫外線を使用して2015年に光感受性樹脂層をスキャンして固化するという概念を説明しました。。 3Dオブジェクトの連続液体界面生産」。このテクノロジーは、早速、小規模、簡単な層別化、初期プリンターの不完全な構造と脆弱性の問題を効果的に解決します。現在、この技術は主にモデルを作るために使用されます。スコット氏は「小さな装飾品を印刷するだけなら、面白くない。それだけなら退屈すぎる」とコメント。ルイス氏は「他の研究室でも同様の結果が出ているが、デシモーネ教授の結果はもっと印象的だ。さらに、製品の性能を高めるために2回加熱することもできる」と述べた。

CLIP動作原理図 CLIPテクノロジーの効果
03 再びスピードアップデシモーネの研究に基づいて、ミルキンらは透明な油の層を使用して酸素を含む「デッドゾーン」を置き換えました。これは重合を阻害するだけでなく、反応によって引き起こされる熱変形を冷却して除去するためにも使用できます。また、この機械は酸素によって阻害される樹脂を使った印刷に限定されないことも意味します。このプリンターは DeSimone より 10 倍速く印刷できます。 2019 年 1 月 11 日、ミシガン大学の Mark A. Burns 氏と Timothy F. Scott 氏が協力して、2 つの光源 (波長 365 ナノメートルの UV LED と波長 458 ナノメートルの青色 DLP 光源) を使用しました。1 つの光源は樹脂を固め、もう 1 つの光源は樹脂の硬化を阻害する役割を果たします。印刷速度は2メートル/時を超えます。研究者たちは、2つの光源の強度比を変えることで光阻害領域の厚さを制御し、印刷面にスタンプや校章などのより複雑なパターンを作成することができます。この技術は、Carbonに代表される光硬化技術の欠点を補い、100倍の速度で立体モデル構造の印刷を実現します。
ミシガン大学の100倍高速な光硬化3Dプリント技術が、「体積重合阻害パターン形成による高速連続積層造形」というタイトルでサイエンスアドバンス誌に掲載されました。

04 破壊的技術：数秒の照明の後、完璧な彫像が水から出現する
2019年3月8日、カリフォルニア大学バークレー校のヘイデン・K・テイラーのチームは、わずか数十秒光にさらされるだけで完璧な彫像を水中から出現させることを可能にする高速「体積3Dプリント技術」を開発した。関連論文は「断層再構成による体積付加製造」というタイトルで『サイエンス』誌に掲載されました。

仕組み: CT 装置では、X 線管が患者の周りを回転し、体の内臓の写真を撮影します。コンピューターはこれらの投影を使用して 3D 画像を再構築します。体積 3D 印刷技術は、逆コンピューター断層撮影 (CT) スキャンのように機能します。

これは逆コンピューター断層撮影 (CT) スキャンのように機能します。研究者はさまざまな角度から物体の形状を算出し、その結果得られた 2D 画像を通常のスライドプロジェクターに送ります。プロジェクターは、アクリルで満たされた円筒形の容器に画像を投影します。プロジェクターが全周をカバーしながら画像を回転すると、コンテナも対応する角度で回転します。樹脂が一定閾値を超える光子を吸収すると、アクリレートは重合して固体になります。

利点: (a) 数十秒後に、カップの中に人間の姿が 3D プリントされます。これは、Carbon 社の CLIP 連続液体表面印刷技術よりもはるかに高速です。(b) 高粘度樹脂を処理でき、印刷の死角を通過できるため、より強力で正確な 3D 印刷製品を製造できます。

デメリット: 必要な樹脂は透明でなければならず、印刷されたオブジェクトは光が通過して硬化できるほど小さくなければなりません。したがって、印刷サイズは現在 1 立方センチメートルです。

ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）の材料製造エンジニア、クリストファー・スパダッチーニ氏は、この方法が業界で大きな関心を集めていると言う。この研究を最初に報告したのは誰ですか?論争がある。スパダッチーニ氏は、スイス連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）が発表したプレプリントに続いて、2019年1月5日にこの研究を発表しました。論争はさておき、スパダッチーニ氏は、この技術は多くのハードウェアを必要としないため、商業的に大きな可能性を秘めていると考えている。必要なのは、ちゃんとしたプロジェクターと回転台だけだ。

商業化の進捗状況<br /> 論文が発表される2年前、デシモーネ氏はカリフォルニア州レッドウッドシティで自身のスタートアップ企業であるCarbon 3Dを正式に設立した。同社は3Dプリント分野で最大のスタートアップ企業の1つとなった。同社はさまざまな資金調達ラウンドで6億8000万ドルを調達しており、評価額は24億ドルと報告されている。同社は、スポーツシューズのゴム製ミッドソールの製造でアディダス社と、アメリカンフットボール選手用のカスタムヘルメットパッドの製造でスポーツ用品メーカーのリデル社と、注目を集める契約を結んでいる。

ミルキン氏と同僚のジェームズ・ヘドリック氏、デビッド・ウォーカー氏は、イリノイ州エバンストンに新興企業「アズール3D」を設立し、HARP技術（高面積高速印刷）を商品化しようとしている。また、スコット氏とバーンズ氏は、ギリシャ語で「二重ビーム」を意味する言葉にちなんで名付けられた新興企業「ディプロドカル」と共同で、商用プロトタイププリンターの開発を準備している。

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