3D印刷：知っておくべきこと

彼らはあなたのおじいさんのデイジーホイールプリンターでも、お母さんのドットマトリックスでもありません。 実際、それらは、退屈な古い2次元でしか印刷できない今日のドキュメントプリンターや写真プリンターとはほとんど似ていません。 名前が示すように、3Dプリンターはさまざまな素材から3次元オブジェクトを構築できます。 彼らは主流になり、ステープルズ、ベストバイ、ホームデポなどの小売店に現れ、Amazon.comや他のオンラインアウトレットで多数の3Dプリンターとそのサプライ品を購入できます。 3Dプリンターは、主に製造現場やデザインスタジオ、学校やコミュニティセンター、愛好家の手にまだありますが、ワークベンチ、応接室、キッチン、そしておそらくあなたの近くの家でますます見つかっています。自分ではありません。

3D印刷とは

最も基本的な3D印刷は、材料をレイヤーごとに配置して3次元オブジェクトを形成する製造プロセスです。 （これは、材料が切断、穴あけ、フライス加工、または機械加工で除去されるサブトラクティブプロセスとは対照的に、オブジェクトがゼロから構築されるため、追加プロセスと見なされます。）3Dプリンターはさまざまな材料（プラスチックや金属など）および技術（以下の「3D印刷の仕組み」を参照）、3次元データを含むデジタルファイル（コンピューター支援設計（CAD）またはコンピューター支援製造（CAM）プログラムで作成されたもの）、または3Dスキャナーから-物理オブジェクトに。

3D印刷も印刷ですか？

はい、3D印刷は印刷と見なすことができますが、伝統的に定義されているわけではありません。 関連するWebsterの「印刷」の定義は、印刷物、出版物、または写真の制作、および印象（圧力の適用）による制作に重点を置いています。 どちらの定義も3Dプリントにはあまり合いません。 しかし、技術的な観点から見ると、3Dプリンティングは従来のプリンティングの派生物であり、素材（通常はインク）の層が適用されます。 通常、非常に薄いため、目立った高さはありません（ただし、ソリッドインクプリンターでは多少厚めです）。 3Dプリンティングは、複数のレイヤーを適用することでその高さを大幅に拡張します。 したがって、印刷の定義を拡張して、この方法で3次元オブジェクトの作成を含めること は 理にかなっています。

3D印刷の仕組み

従来のプリンターと同様に、3Dプリンターもさまざまな技術を使用しています。 最も一般的に知られているのは、融合フィラメントモデリング（FFF）としても知られる融合堆積モデリング（FDM）です。 その中で、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）、ポリ乳酸（PLA）、または別の熱可塑性物質で構成されるフィラメントが溶融し、加熱押出ノズルから層状に堆積します。 1990年代半ばにIBMの支援を受けてStratasysが製造した最初の3Dプリンターは、消費者、愛好家、学校向けのほとんどの3Dプリンターと同様に、FDM（Stratasysの商標名）を使用していました。

3D印刷で使用される別の技術は、ステレオリソグラフィーです。 その中で、UVレーザーが紫外線に敏感な感光性樹脂の槽に照射され、その表面に作成されるオブジェクトをトレースします。 ポリマーは、ビームが接触した場所で固化し、ビームは元のCADファイルまたはCAMファイルの指示に従って、オブジェクトをレイヤーごとに「印刷」します。

そのバリエーションとして、デジタルライトプロジェクター（DLP）3D印刷もあります。 この方法では、液体ポリマーをデジタル光処理プロジェクターからの光にさらします。 これにより、オブジェクトが構築されるまでレイヤーごとにポリマーが硬化し、残りの液体ポリマーが排出されます。

マルチジェットモデリングは、オブジェクトが形成される粉体の連続層に着色された接着剤のようなバインダーをスプレーするインクジェットのような3D印刷システムです。 これは最速の方法の1つであり、マルチカラー印刷をサポートする数少ない方法の1つです。

標準のインクジェットを変更して、インク以外の素材で印刷することもできます。 独創的な日曜大工は、さまざまな素材を扱うために、一般的に圧電ヘッドであるプリントヘッドを構築または改造しました。場合によっては、他の3Dプリンターでプリントヘッド自体を印刷します。 MicroFab Technologiesのような企業は、3D対応のプリントヘッド（および完全な印刷システム）を販売しています。

選択的レーザー焼結（SLS）は、高出力レーザーを使用して、プラスチック、金属、セラミック、またはガラスの粒子を融合します。 ジョブの最後に、残りの材料がリサイクルされます。 電子ビーム溶解（EBM）では、ご想像のとおり、金属粉末を層ごとに溶解する電子ビームを使用します。 チタンは、医療用インプラントや航空機の部品を合成するためにEBMでよく使用されます。

技術に応じて、3Dプリンターはさまざまな材料を使用できます。これには、金属（ステンレス鋼、はんだ、アルミニウム、チタンなど）が含まれますが、これらに限定されません。 プラスチックおよびポリマー（プラスチックと金属、木材、およびその他の材料を組み合わせた複合材料を含む）; セラミックス; 石膏; ガラス; さらに、チーズ、アイシング、チョコレートなどの食料品も！ （3Dプリンターフィラメントタイプに関する入門書を参照してください。）

3Dプリンティングを発明したのは誰ですか？

ステレオリソグラフィー技術を使用した最初の3Dプリンターは、1980年代半ばにCharles W. Hullによって作成されました。 ステレオリソグラフィーは、主に高価な商業的手法であり、機械はしばしば100, 000ドル以上の費用がかかります。

1986年、Hullは3D Systemsを設立しました。3DSystemsは現在、さまざまな技術を使用する3Dプリンターを販売しています。 それらは、エントリーレベルのキットから高度な商用システムにまで及び、3D Systemsはまた、主にビジネスユーザーにオンデマンド部品サービスを提供します。

3Dプリンティングの利点は何ですか？

3Dプリントにより、設計者は概念を3Dモデルまたはプロトタイプ（「ラピッドプロトタイピング」とも呼ばれます）にすばやく変換し、迅速な設計変更を実装できます。 これにより、メーカーは大量生産ではなくオンデマンドで製品を生産できるため、在庫管理が改善され、倉庫スペースが削減されます。 離れた場所にいる人々は、他の方法ではアクセスできないオブジェクトを作成できます。

実用的な観点から、3Dプリンティングは、原材料がほとんど無駄にならないため、サブトラクティブ技術に比べてお金と材料を節約できます。 そして、製造の性質を変えることを約束し、最終的には消費者が自宅の電子機器などの複雑な3Dオブジェクトを印刷するためのファイルをダウンロードできるようにします。

3Dプリンターでできること

設計者は3Dプリンターを使用して製品モデルとプロトタイプを迅速に作成しますが、最終製品を作成するためにも使用されています。 3Dプリンターで作られたアイテムの中には、靴のデザイン、家具、ジュエリーを作るためのワックスの鋳物、ツール、三脚、ギフトおよびノベルティアイテム、おもちゃがあります。 自動車および航空業界では、3Dプリンターを使用して部品を製造しています。 アーティストは彫刻を作成でき、建築家はプロジェクトのモデルを作成できます。 考古学者は3Dプリンターを使用して、近年ISISによって破壊された古さを含む、壊れやすいアーティファクトのモデルを再構築しています。 同様に、古生物学者とその学生は恐竜の骨格やその他の化石を複製できます。 シンプルで実用的な3Dプリンターオブジェクトのギャラリーをご覧ください。

医師と医療技術者は、3Dプリンティングを使用して、手術に備えてCTスキャンから臓器、腫瘍、その他の体内構造のモデルを複製するだけでなく、補綴、補聴器、人工歯、骨移植片を作成できます。 良い例は、ダニエルプロジェクトです。スーダンの暴力の犠牲者のために、義手と手を3Dプリントします。 また、開発中の3Dプリンターは、細胞の層を配置して人工臓器（腎臓や血管など）を作成できるため、すでにR&Dフェーズにあります。 たとえば、被害者の内部に閉じ込められた弾丸を複製するために、法医学での3Dプリントの場所さえあります。

プリンテッドエレクトロニクスとは、電子インクまたは光学インクを使用して、ラベル、布、厚紙などの柔軟な素材に電子デバイスまたは回路を印刷できる印刷方法のセットです。 低パフォーマンスのデバイスを非常に低コストで製造できます。 プリンテッドエレクトロニクスは3Dプリンティングと組み合わされ始めており、階層化された回路またはデバイスのプリンティングが可能になっています。 この強力なコンボの自然な結果は、いつか3Dプランからガジェットを購入するのではなく印刷できるようになることです。

食品の準備は、3Dプリンターを使用できるもう1つの方法です。 フランス料理研究所は、コーネル大学で開発されたオープンソースの3Dプリンターを使用して芸術的な料理を準備し、MITはCornucopiaと呼ばれる3Dフードプリンターを作成しました。 少数のレストランがフードプリンターのプロトタイプをテストしています。 NASAの3D印刷研究には、3D印刷ピザなどの食品印刷が含まれています。

少数の食品3Dプリンターが市販されています。 彼らは、チョコレート、パンケーキ、クッキーなどの特定の食品に焦点を当てる傾向があります。

3D印刷サービスとは何ですか？

3Dプリンターを所有する必要はありません。 ShapewaysやSculpteoなどの多くの3D印刷サービスは、ギフトやその他の小物を注文時に3Dプリンターで印刷し、顧客に発送します。 顧客は、独自の3Dオブジェクトファイルを送信するか、アイテムのほとんどをオンラインカタログからサービスの他のユーザーが設計したものを選択できます。

しかし、3D印刷サービスはもはや専門家だけの領域ではありません。 StaplesやUPSなどの大企業は3Dプリントサービスを導入しており、一部の伝統的なプリントショップでは3Dプリントをレパートリーに追加しています。

3Dプリンターはどこで入手できますか？

ほとんどの3Dプリンターメーカーは、製品をオンラインで直接販売しています。 Amazon.comなどのオンラインのみの企業や、実店舗を持っているその他の企業を含め、多くの電子小売業者が在庫を保管しています。 Walmart、Best Buy、Staplesなどの後者のいくつかは、店舗だけでなくオンラインでも提供していますが、すべての店舗で販売されているわけではないため、必ずウェブサイトで店舗の在庫を確認してください。 いくつかの3Dプリンターストアが主要都市にオープンしています。 たとえば、iMakrの店舗はロンドンとニューヨークにあります。

いくつかのオンライン小売業者は、Dynamismなど、3Dプリンターに特化しています。Dynamismは、さまざまなブランドのさまざまな3Dプリンターを販売し、カスタマーサポートも提供しています。

3D印刷に必要なソフトウェアは何ですか？

ほとんどすべての3Dプリンターは、STL形式（ステレオリソグラフィーと呼ばれる）と呼ばれる形式のファイルを受け入れます。 これらのタイプのファイルは、AutoCADのような高価な商用パッケージからGoogle SketchUpやBlenderなどの無料またはオープンソースの製品まで、ほとんどのCADソフトウェアで作成できます。 独自の3Dファイルを作成したくない人のために、MakerBotのThingiverseなどの3Dオブジェクトデータベースは、ダウンロードして印刷できる3Dオブジェクトファイルを多数提供しています。

ほとんどの3Dプリンターには、ディスクで提供されるか、ダウンロード可能なソフトウェアスイートが付属しています。これには、印刷に必要なものがすべて含まれています。 スイートは通常、プリンターとスライサーを制御するためのプログラムを提供します。これらのプログラムは、印刷の準備として、選択した解像度やその他の要因に基づいてオブジェクトファイルをレイヤーにフォーマットします。 一部のスイートには、スムーズな印刷を妨げる可能性のある問題を修正して、オブジェクトファイルを「修復」するプログラムが含まれています。 このプログラムは、オープンソースのRepRapムーブメントから生まれたもので、趣味の3Dプリンティングが開発されました。 一部のプリンターでは、スイートで提供されているものを使用せずに、ダウンロードする個々のコンポーネントプログラムを選択できます。

3Dプリンティングの未来はどうなっていますか？

家庭や中小企業向けのさまざまな3Dプリンターは容易に入手できます。PCMagはそれらの多くをレビューしましたが、それでもエキゾチックで、かなり高価な仕掛けだと見なされています。 3Dプリンターが家で一般的になり、ワークベンチ、スタジオ、ホームオフィス、さらにはキッチンで見られるようになる数年以内に変化することを期待してください。 あなたはすべての家庭でそれらを見つけることができないかもしれませんが、それらはそれらを持っている人々に不可欠になります。 ほとんどの場合、3Dプリンターで作られたアイテムのインテリアは均一ですが、印刷可能な電子機器だけでなく、複数の素材や複合材を組み合わせたより複雑な作品が見られるようになります。 今日の3Dプリンターでは、テレビのリモコンのバッテリーカバーを紛失した場合、交換用のカバーを印刷できます。 明日、リモコンを紛失した場合、新しいリモコンを印刷できます。

また、3Dプリンティングは宇宙空間で足場を築いています。 NASAは、国際宇宙ステーションに搭載されている3Dプリンターを実験しています。 最終的には、3Dプリンターを使用して、火星やその他の世界に生息地を作ることができました。 アポロ13号の宇宙飛行士が一酸化炭素窒息で死ぬのを防ぐために、NASAは事実上、丸い穴に四角い釘を取り付ける方法を見つけなければなりませんでした。 3Dプリンターが搭載されていた場合、コネクターを設計および印刷することで問題を簡単に解決できた可能性があります。

宇宙飛行士は、バルブやウィジェットを交換する必要がある場合、ホームデポでスイングすることはできませんが、3Dプリンターは必要に応じて製造することができます。 同様に、南極基地やその他の地球上の遠隔地に3Dプリンターがあり、人々は次の補給品が不可欠な部品やツールを交換するまで6か月待てないでしょう。

3Dプリンティングの医療用途は、補綴、補聴器、歯冠で止まりません。 （作業内容のプレビューについては、上記の「3Dプリンターで作成できるもの」を参照してください。）交換部品は機械に限定される必要はありません。

過去数年間、3Dプリンターの多様性と用途が爆発的に増加しています。 それは、パーソナルコンピューティングが1980年頃にあった場所に似ています。3Dプリンティングの分野が分岐する領域を簡単に見ることができますが、1980年の誰も想像できなかったように、予測できないものもあります。パソコンが変わります。 3DプリントはPCと同じ影響を与えない可能性がありますが、製造に革命をもたらす可能性があり、おそらくもっと重要なこととして、それを日常の消費者の手に届けることができます。 ただし、1つ確かなことがあります。3Dプリンティングは今後も続くでしょう。

詳細については、ベスト10の3Dプリンターのガイドと、早期導入者の洞察をご覧ください。