最初の 3D プリンター: ピクセルを物質に変える

先史時代の粘土で成形された最初の工芸品と、プラスチックポリマーから 3D プリントされた物体との間には、大きな進化の飛躍がありますが、どちらのプロセスも、物質に形を与えるという同じ目的から始まります。

何世紀にもわたって、人類はあらゆる種類の物質を形作り、花瓶のような単純な物体からジェット機のような複雑な物体を作成するためのさまざまな方法を発見してきました。 3D プリンターは100% 新しいものではありませんが、私たちが物理世界とどのように関係し、同じツールからあらゆる種類のオブジェクト、部品、または複数のツールをどのように作成できるかについての革命を表しています。

3D プリンターは比較的若いテクノロジーであり、すでに多くの分野、特に産業界で導入されていますが、私たちはその実質的に無限の可能性の一部をまだ模索し始めています。最初の例は、比較的単純なオブジェクトを組み立てるためのオブジェクトまたはピースの小規模な再作成で構成されていました。しかし、今日では、3D プリンターがあらゆる合成材料を使用して印刷できるようになったという事実のおかげで、インプラントの作成やバイオニックアイの開発に 3D プリンティングを使用するといったニュースを目にすることがますます一般的になりました。生物材料を扱うことも可能です。

航空、自動車、美食、科学と健康、エンターテインメントの世界などの分野…私たち個人でも 3D プリンターの恩恵を受けることができます。その価格は商用プリンターよりもはるかに高いものの、使用量や価格はますます高騰しています。ある程度複雑な機構や物体を組み立てるために小さな部品を印刷するだけであれば、競争力は十分にあります。

しかし、すべてには始まりがあり、3D プリンターの誕生は時間的には非常に近いものですが、その起源はさらに先にあります。すべてがどのように始まったのか見てみましょう。

インクの代わりにプラスチックを印刷

非常に厳密に言うと、印刷自体は何世紀も前から行われています。木版印刷または木材印刷技術を使用した印刷の最古の証拠は、中国での西暦 220 年に遡ります。そして、印刷によって、私たちは複製プロセスを理解します。通常、それは紙にインクを使ってテキストや画像を複製することですが、一方で、何かが複製される要素のリストが数十に拡大したため、この定義は時間の経過とともに拡大しました。一方、サーマル印刷や最近のサーマルワックス印刷を除くと、印刷に使用される材料は依然としてインクまたは同様のものでした。いずれの場合も、結果として得られる版画は、レリーフを除いて常に 2 次元の平面でした。

3D プリンティング自体が誕生したのは20 世紀の 80 年代になってからであり、その操作により意味的にはプリンティング自体とリンクしていましたが、結果という点では非常に遠いものでした。チャック・ハルとして知られるアメリカ人のチャールズ・W・ハルが、ステレオリソグラフィーとして知られるプロセスを使用して最初の 3D プリント作品を作成したのは 1983 年のことでした。翌年、彼はこのシステムを使用した印刷の特許を取得し、1986 年に最初の 3D 印刷会社である自分の会社3D Systems を設立しました。そこから、1987 年に発売された最初の商用 3D プリンターであるSLA-1を発見しました。SLA は、スペイン語で光造形装置または光造形装置を意味します。

しかし、部分的に進めてみましょう。ほとんどすべての発明に起こることですが、責任者は 1 人ではなく、いくつかの並行プロジェクトから 1 人の勝者が現れることもあります。 3Dプリンターの場合はこんな感じです。

選べる3つの産地

公式には、3D プリンティングの父はチャック ハルですが、このテクノロジーに興味を持ち、実験したのは彼だけではありませんでした。興味深いことに、チャックが光造形を使用した 3D プリンティングの特許を取得する前に、この特許はフランス人のアラン・ル・メホーテ、オリヴィエ・ド・ウィット、ジャン・クロード・アンドレによってすでに申請されていました。しかし、彼らが働いていたゼネラル・エレクトリック社のフランス部門とフランスのCILAS社は、このプロジェクトがビジネスレベルで採算が取れず、利益も得られると信じていなかったため、このプロジェクトを断念した。

さらに数年遡ると、ステレオリソグラフィーを使用した 3D プリンティングの特許が発行される 3 年前に、名古屋市工業試験場に所属する日本人の児玉英夫氏が、熱硬化性ポリマーと紫外線を使用して 3 次元プラモデルを製造する 2 つの方法を発明しました。 1983 年に誕生した 3D プリンティングの原理と同じです。しかし、資金不足により、対応する特許を申請できませんでした。

このようにして、チャック ハルは機会、幸運、決意によって、最初にステレオリソグラフィー法の特許を取得し、3D プリントをデザインするための標準デジタル ファイル形式であるSTL 形式を作成することができました。

光造形の詳細

この 3D プリンティング システムに付けられているステレオリソグラフィーという名前も、チャック ハル自身によって造られました。これは、彼のプロジェクトを、これまでに見たような他の同様のプロジェクトと区別する方法です。

光造形はギリシャ語に由来します。一方では、ステレオは、一貫したまたは固体を意味するギリシャ語のステレオスに由来し、リソグラフィーは、文字通り石に（ギリシャ語のリソスに由来）（ギリシャ語のグラフェに由来）、描画することを意味し、印刷技術にすぎません。石で絵を描き、後でそれを紙に再現するというものです。

そのため、ステレオリソグラフィーは、光や熱に反応して硬化するポリマーを使用して、再現したいものを層ごとに印刷することで構成されます。ハル氏の特許に示された説明によると、液体フォトポリマーが満たされた容器に紫外線の集中ビームが照射され、再作成したい 3D オブジェクトの層が作成されます。

考慮すべきもう 1 つの詳細は、物理レベルでは 3D プリンティングは紫外線レーザーと樹脂またはポリマーに基づいていますが、デジタル レベルではコンピュータ支援設計または CAD が使用され、あらゆる設計分野や工業用プロトタイピングに広く組み込まれていることです。

当初の目的はプロトタイプを迅速に作成することでしたが、時間が経つにつれて、最終的なオブジェクトや部品も作成できる可能性が見えてきました。それ以外の場合は、自動車業界がこの技術をすぐに取り入れました。

未来への扉を開く

1983 年に誕生した 3D プリンターとそれを取り巻くあらゆるものは、ほとんどの業界で導入されているという事実のおかげで、この分野の調査によると 2022 年には約 300 億ドルを生み出すと予想されており、ますます一般大衆の手に届くようになってきています。そして 3D プリンティングは、プロトタイピングとしての起源を超えて、より効率的になりつつあります。

3D Systems が先駆者でしたが、 Stratasys (1988 年) やProto Labs (1999 年) などの他社もすぐに参入しました。現在、大手 3D プリンティング会社 10 社の中には、ヒューレット・パッカード(HP) などの大手企業だけでなく、ベルギーのマテリアライズやドイツのSLM ソリューションズなどの欧州企業も含まれています。

一方、 FDM (溶融堆積モデリング)やSLS (選択的レーザー焼結)など、2 つの強力な代替手段が初期の SLA テクノロジーまたはステレオリソグラフィーに追加されました。

未来がどうなるかは誰にも分かりません。 3D プリンティングは主に産業や研究に焦点を当てていますが、現在では家庭用のシンプルな 3D プリンターを100 ～ 200 ユーロで入手できます。 Amazon を見れば、私たちがこのテクノロジーにどれだけ近づいているかがわかります。