ついに 3D プリンティング革命が到来したのでしょうか?

1887 年にランカシャー州の町アクリントンで初めて焼かれたノリ レンガは、史上最も硬いレンガとしてすぐに伝説になりました。 地元の粘土の化学的特性に由来するその強度により、1894 年のブラックプール タワーや 1930 年のニューヨークのエンパイア ステート ビルディングなどの巨大建造物が世界中でそびえ立つことが可能になりました。その名前は、からコックアップされたと言われています。工場の煙突に「鉄」と書こうとしたとき。

今年は、同様に先駆的ではあるが、別の建設資材がこの町に注目を集めようとしている。この町はマンチェスターの北32マイルに位置し、最近の名声主張は1989年の牛乳の広告で話題になっている。 市議会が所有するチャーターストリートの未利用地に、1ベッドルームのアパートから4ベッドハウスまで、ネットゼロカーボン住宅46戸を建設する計画があり、すべて低所得世帯や退役軍人が住んでいる。 。 家は海苔レンガではなく、3D押し出しコンクリートで作られる予定だ。 開発が完了すると、おそらく 2023 年後半に、ヨーロッパ最大の印刷複合ビルとなるでしょう。

「私の祖父は実際にレンガ工場で働いていました」とアクリントンで生まれ育ったスコット・ムーンは語る。彼の会社ビルディング・フォー・ヒューマニティはチャーター・ストリート・プロジェクトを支援している。 「私が若かった頃、彼は夜に私をそこに連れて行ってくれました、そして私はよくフォークリフトの後ろに乗っていました。それで、もし彼が今、アクリントンでコンクリート印刷の家を始めようとしている私たちを見ることができたら、彼を祝福してください...」

積層造形としても知られる 3D プリンティングを覚えていますよね? おそらく、2012 年頃に、間もなくすべての家庭に 3D プリンターが導入され、あらゆる種類の独創的な作業に使用されるようになるだろうと予測した記事を読んだことがあるでしょう。 わかりました、それは起こりませんでした。 「洗濯機が壊れたら、そのための部品を作る人はいないでしょう」とノッティンガム大学の積層造形教授リチャード・ヘイグは言う。 「鍋が落ちたとき、鍋の取っ手を作る人がいますか？そんなことは誰もしませんし、もしやったら怒るでしょう。アマゾンでもっと早く商品を注文すれば、翌日配達してもらえます。」

しかし、家庭での 3D プリンターの使用は普及していないものの、このテクノロジーは別の形で私たちの生活に密かに侵入しつつあります。 ほぼすべての (99% 以上) カスタム補聴器は現在、アクリル樹脂で 3D プリントされており、長年にわたって使用されています。 積層造形は歯科分野で広く使用されており、従来のワイヤー矯正装置に取って代わりつつある歯列矯正装置は、3D プリントなしではほぼ不可能です。 アディダスとナイキは自社のシューズにテクノロジーを採用しています。 すべての新しい航空機とますます多くの自動車に 3D プリントされた部品が搭載されています。

「10年前、このような大々的な誇大広告があったとき、『この機械で何でも印刷できるのです！世界を征服するでしょう！』というナンセンスなことがたくさん書かれていました。」とハーグは言います。 「しかし、それは今では本当に成熟したテクノロジーになりつつあり、もはや新興テクノロジーではありません。ロールス・ロイスやゼネラル・エレクトリックなどによって広く導入されており、私たちはアストラゼネカやGSKなど、さまざまな人々と協力しています。国内のようなことは決して起こらなかったが、それは数十億ドル規模の産業に発展した。」

それは誇張ではありません。製造サービスの市場である Hubs は、3D プリンティング市場の規模が 2026 年までにほぼ 3 倍になり、その価値は 445 億ドルに達すると予測しています。 建設業は成長分野の一つです。 2018年、フランス人家族とその3人の子供たちが、3Dプリントされた家に住む最初の家族となった。 ナントにある 4 ベッドルームのバンガローは、印刷に 54 時間かかり、費用は 176,000 ポンドでした。 オランダ、米国、ドバイでもさらに野心的な構造が続いています。 アクリントンプロジェクトは、性能が良く、コスト効率も高い、耐荷重性のある印刷可能コンクリートの最近の開発によって可能になりました。

「非常に基本的な言葉で言えば、家が建てられる場所の上にリグが設置されています」と、ダブリンに本拠を置くハーコート・テクノロジーズ（HTL）で働く構造エンジニアのマーチャント・ファン・デン・ヒーバー博士は説明する。チャーターストリートの人類のための建築プロジェクトのパートナー。 「そして、材料供給システムがあります。つまり、コンクリートを混ぜて、それをプリントヘッドに送り込みます。そして本質的に、このプリントヘッドは、世界で最も堅牢な材料の 1 つであるコンクリートを押し出す巨大なケーキのアイシングマシンのようなものです。

本を想像してみると、本の各ページはコンクリートの層です」とヴァン デン ヒーバー氏は付け加えます。「これらの連続した層が互いに積み重なり、それが上部構造を形成します。」

ケーキのたとえは役に立つでしょう。 初期の 3D 建設プロジェクトは通常、リブ付きのミシュランマンの外装を備えています。これは、『ベイク オフ』で急遽行われたショーストッパー チャレンジのパイプ仕上げのようなものです。 しかし、仕上げの洗練度は急速に向上しており、3D プリントされた滑らかな建物は、デザイン Web サイト Dezeen や Architectural Digest などの記事に頻繁に登場するようになりました。 しかし、Building for Humanity や HTL などの企業が本当に興奮しているのは、新しいテクノロジーがもたらす潜在的な節約と効率性です。 チャーターストリートの予算は 600 万ポンドと予想されており、これは同等の建設と比較して推定 25% のコスト削減となります。 持続可能な、リサイクルされることの多い素材を使用して製造され、現場作業時間は 12 か月以上ではなく、半分の 101 営業日で済むとのことです。

20年前にハーコート・アーキテクツを設立し、3Dプリント建築に初進出する建築家のジャスティン・キンセラ氏は、「最初からコスト競争力を持つというのは、新興テクノロジーでは前代未聞のことだ」と語る。 「実際に現場に来てもらい、ドアをバタンと閉めても壁はぐらつきません。壁を蹴っても動きません。屋根はそこにあります。照明をつけてください。それが証拠です。そうすれば人々は動きます」そうすれば、それに驚かれると思います。」

最初に説明されたのは、 1950 年代には SF の執筆が始まり、1980 年代には 3D プリントが非常に基本的な現実になりました。 基本原則は現在も変わっていません。オブジェクトはレイヤーごとに、つまり追加的に最初から作成されます。 （堆積岩が非常に速く形成されることを想像してみてください。）これは、アクリントンの建設プロジェクトのように、材料を物理的に押し出すことによって行われる可能性があります。または、コンピュータ誘導のレーザー光線で層を形成することもできます。金属、プラスチック、その他の材料の粉末を溶かして人間の髪の毛を作ります。 積層造形の直接的な大きな利点の 1 つは、必要なものだけを印刷できることです。 これは、たとえば金属の塊を機械加工する場合、その大部分を削り取って廃棄するか、リサイクルする必要があるのとは対照的です。

しかし、初期の頃、3D プリントは高価で、時間がかかり、失敗が起こりやすかった。 これらの欠陥のいくつかを克服する技術が開発されたのはつい最近のことです。 また、3D プリントが特効薬にはならないということもはっきりと認識されています。 「私は熱心な子供のように思われるかもしれませんが、本当に熱心です」とヘイグは言います。 「しかし、私は何ができるか、何ができないかについては非常に現実的です。だから、すべてを加算法で行うつもりはありません。」

10 年前に興奮を集めた分野の 1 つは、食品を 3D プリントするというアイデアでした。 この未来のビジョンでは、私たちは朝食に行き、焼きたてのクロワッサンを食べるか、生地を機械に入れてボタンをいくつかタップし、「自家製」ラビオリに戻るでしょう。 この新製品は、世界で生産される食料の3分の1、約13億トンが廃棄されているという、私たちの時代の大きな課題の1つにも対処することになるだろう。

オランダのアイントホーフェン工科大学で工業デザインを専攻した 26 歳の Elzelinde van Doleweerd 氏がこの分野に参入したきっかけは、この統計でした。 彼女は、北欧で最も一般的に腐りやすい食べ物であるパン、果物、野菜を使って、それらを脱水して美しい形に変えることで第二の人生を与えられるかどうかを実験し始めました。 これにより、2021年にコペンハーゲンのレストラン「アルケミスト」のテストキッチンに6か月間勤務することになった。アルケミストは現在、世界のベスト50リストで18位にランクされている。

アルケミストでの勤務の終わりに、ヴァン・ドールヴェルドさんはビーツとニンジンの「タルトレット」を洗練させ、キトサン（貝の外皮由来の糖）から作られた3Dプリントの花びらに盛り付け、食用の花を添えた。 見た目も見事です – 「いい雰囲気ですね！」 van Doleweerd 氏は認めますが、サービスのたびにプレッシャーをかけて製造するのは難しいため、まだ Alchemist のメニューには載っていません。

現在、世界最高の植物ベースのレストランと評価されているオランダのレストラン・デ・ニューウェ・ウィンケルの食品研究室で働いているファン・ドルウィールド氏にとって、3Dプリント食品がすぐに主流になるとは想像しにくい。 「かなり専門的だと思います」と彼女は認める。 「食品や家庭料理の分野で私たちが見ている最新の開発では、それほど時間はかからないはずであり、私たちはそれにそれほどの労力を費やしたくないのです。もしかしたら、プリンターに話しかけるだけで始められるような素晴らしい開発ができたら、たとえば、ベッドから出るときに「朝食を用意してください！」と言うように。 様子を見ることになるだろうが、私はまだそれをあまり信じていない。」

ヘイグ氏は、3D プリンティングが繁栄しているように見えるのは、カスタマイズと軽量設計であると指摘しています。 「他の方法では不可能な超複雑な形状を作成できます」と彼は言います。 テクノロジーの幾何学的自由度を利用している企業の 1 つが、ロサンゼルスに本拠を置く自動車メーカー、Czinger です。 現在、チンガーが提供しているモデルは 21C の 1 モデルだけですが、これは注目を集めるハイパーカーであり、最高速度は 253 マイル、0-60 タイムは 2 秒未満、そして価格は 200 万ドルです。 車の部品、特にプロトタイプ部品はしばらくの間 3D プリントされてきましたが、21C はさらに進化しています。 BBCトップ・ギア・マガジン編集者のジャック・リックス氏は21Cについて、「これは実際にはまったく車ではない」と述べ、「これはデジタルデザインと3Dプリントで何が可能かを実証するものだ」と述べた。

チンガーとは、創業者である父親のケビン・チンガーと息子のルーカス（28）の名前とビジョンです。彼らの従業員は150人を超え、彼らはフェラーリやF1チームだけでなく、アップルやスペースXからも採用されています。

「私たちは二人とも運転が大好きで、息を呑むような車を作りたかったのです」とルーカス・ツィンガーは午前7時のビデオ通話で説明した。 「そして確かにその車をサーキットに置くと、ダウンフォース、シートポジション、純粋なパワー、私が今まで運転したことのないもの、父が運転したことのないものを感じます。それは私たちが夢見ていたものすべてです。良い意味でワイルドです」戦闘機のコックピットにいるようなものですが、空中にいるのではなく、どういうわけかまだ地面に座っているようなものです。もう物理学を完全には理解していません。」

200万ドルのハイパーカーが現実世界の何かとどれほどの関連性があるのか​​疑問に思うのは当然かもしれません。 しかし、チンガーは、少なくともさらに 8 つの主流自動車ブランドの部品を製造しています。現時点で名前を挙げることが許されているのは、アストン マーティンだけです。 3D プリントされた部品はより軽量で、空気力学に優れ、潜在的に強度が高くなる可能性があり、自動車の燃費が向上するにつれて、これらの開発はすべて潜在的な環境上の利益をもたらすとルーカス ジンガー氏は主張します。 「今後 5 年以内に、それが日常の車で見られるようになるでしょう」と彼は予測します。 「そして、今後 10 年間で、基本的に、鋳造、押出成形、スタンピングのほとんどがそれに取って代わられることになるでしょう。ですから、そうです、私はそれが未来であると完全に信じています。」

私はトップ・ギアのリックスに、21Cは自動車業界を根本的に変える「歴史的に重要な車両」であるというチンガーの主張を支持するか尋ねた。 「すべての自動車メーカーは、パッケージングの改善、重量の削減、燃費の向上を常に模索していますが、同時に、より高品質で低コストで車を製造する方法も模索しています」とリックス氏は答えます。 「チンガー氏は、これらすべての問題を一気に解決したと主張している。」 この技術がどれほど影響力を持つかについては、「すべての新車に3Dプリント部品が搭載されるのは時間の問題だ」としている。

もちろん、私たちは以前にもここに来たことがあります。3D プリントは世界を救います。 では、なぜ今それを信じるのでしょうか？成長しています今回の誇大宣伝が誇張されていないかもしれないという証拠。 これらの発展のすべてがすぐに私たちの生活に影響を与えるわけではありません。 NASA とすべての宇宙探査企業は、すでに積層プロセスを使用してロケットの部品を製造しています。 しかし、彼らはまた、月や火星に着陸した後に生じるであろう課題についても調査しています。 すべての資源を持ち運ぶことはできないため、建設と食料の提供の方法を見つけなければなりません。おそらく、太陽からの指向性エネルギーと地上で見つけられる材料を使用します。 NASA は、長旅をする宇宙飛行士の尿、便、呼気をリサイクルして 3D プリント用の食品やプラスチックを製造することを検討するプロジェクトに資金を提供しています。

しかし、まだそうなっていないとしても、積層造形はすぐに私たちの生活全体に影響を及ぼし、さらには、おそらくそれを延長するでしょう。 アメリカの企業 Stryker は 3D プリントを使用して、他の方法では不可能な複雑な整形外科用インプラントを製造しています。 米国では昨年、3Dプリントされた生体組織のインプラントで女性の耳が再建された。 昨年の夏、サンディエゴで開催されたカンファレンスで人間の肺の足場が発表されました。これは、積層造形を使用してこれまでに作成されたオブジェクトの中で最も複雑なものと思われます。

ノッティンガム大学のリチャード・ハーグ氏は現在、GSKおよびアストラゼネカと協力して、「バイオピル」の3Dプリントに取り組んでいる。バイオピルとは、患者ごとにオーダーメイドされた1つの錠剤に複数の薬が含まれており、特に高齢者にとって何をいつ服用する必要があるかを劇的に簡素化するものだ。人々。 「コンプライアンスは大きな問題だ。これだけの薬があるのに、人々はそれを服用しないだけだ」とヘイグ氏は言う。 「これらは人々が理解できる大きな潜在的な利点です。」

ここで、3D プリントの期待が抗いがたいものになります。このテクノロジーにより、消費者に余分な費用をかけずに、生活がよりシンプルまたはより良くなることは明らかです。 アクリントンでは、Building for Humanity が、他の方法では決して住宅を買う余裕のない人々を住宅のはしごに乗せたいと考えています。 そのうちの1軒は、ボスニアへの2度の遠征を経て2001年に陸軍から退院し、その後PTSDと診断された町出身の退役軍人マーク・ハリソンさん（44歳）のために予約されている。

ハリソンさんは、過去 20 年間で 20 軒の家に住んだと推定していますが、チャーター ストリートが彼と 3 人の子供たちに安定をもたらしてくれることを望んでいます。 彼はまた、HTL によって印刷機械の使い方についても訓練を受けています。彼は新しい仕事に就くことができるだけでなく、新しい家の建設にも携わる可能性があります。

「ここ何年も私はセラピーに通っていて、回復して回復するために全力を尽くしています」とハリソンは言います。 「家はケーキの飾りになるでしょう。家は私に根を下ろす場所を与えてくれます。子供たちの将来のため、そして私が2分以上同じ場所に留まるためのものです。大変でしたが、そうです」信じられないほどのチャンスだ。ようやくすべてがうまくいったようだ」

最後の写真のキャプションは 2023 年 3 月 13 日に修正されました