3Dプリンター特集に想うOplusE編集部

　2014 年における“O plus E”の新年号が「3Dプリンター特集号」となったことに関してある種の感慨を覚えながら過去を振り返り，また現状と今後への展望に触れさせていただく。
科学技術においてわが国が果たしてきた役割を見渡すならば，その優れた成果を誇るとともに，特に基礎技術の実用への発展や技術応用としてもたらされた製品化への成功，あるいはいささか大げさな表現をとるならば，技術によって創出された新たな産業に関しては若干無念の思いを感じる例がいくつも知られている。その基はわが国から生まれながらも（やや自虐的な表現を用いるならば）わが国内における積極的な認知とともに全面的な技術的および資金的なバックアップを得ることができずに，極端な場合には陽の目を見ることができずに埋もれてしまった技術がある。後になって再評価されたとしても，今となってほぞを嚙む結果となっている例も少なくはない。ご関係の方がたにはいささか失礼な述べ方になろうが，現在の「3Dプリンター」あるいは「3Dプリンティング技術」も，その誕生，あるいは少なくとも誕生の地のひとつは日本であったことは間違いないであろう※。

※世界的に見るならば，1つの発明は3 人によって同時になされているという経験則がある。
読者諸兄におかれては，もしも新たに思いついたとしたら，すぐに世界特許なり英語での論文にしておくべきである。発明の気流は一瞬にして世界を巡っているのだ。

　なお，経産省が12 者・団体に開発委託（産総研，横浜のシーメット社，群衆化学工業，秦野市のコイワイ社，コマツ，IHI，日産自動車，静岡県清水町の木村鋳造所，早稲田大学などで，素形材センターがとりまとめる）を決定し，海外製品に後れをとっているこの分野で国産機で巻き返しをはかろうとしている。13 年度に1 億5000万円を投じ，5 年間の委託開発の事業費総額は45 億円となる予定である。それによると，2017 年度までに砂型積層時間を短縮し，従来の海外製品の10 分の1の価格にして1 台2000 万円以下にするという計画も進んでいる。

　「3Dプリンター技術」，あるいはわが国においての1980 年代の表現である「光造形法」に関しては，例えば北口秀美氏による（と思われる）記述が以下のサイトで読むことができる（http://www.thagiwara.jp/rp/rphistory/kitaguchi.html）。
　この「光造形法」に関しては本特集号においては，丸谷洋二氏によるご寄稿をいただいている。氏はパイオニアの1 人として興味深い内容を記しておられる。こうした技術に不明であった筆者は，当時本誌の編集同人の1人であったM 氏が「今度の学会で最も素晴らしかった発表は光硬化性樹脂を用いた光造形法であった」と強く述べられていたことを思い出す。もしも本号を読まれて当時の技術に関心を抱かれた方がおられれば，丸谷氏らが書かれた書籍（丸谷氏の記事においては文献2として挙げておられる）図1の「光造形法　レーザによる3 次元プロッタ」をご覧いただくことをお勧めする^1）。


　事実，この書名においてすでに「3 次元プロッタ」という表現が使われている。「プリンター」でないのが今となっては大変に惜しまれる。こうした基礎技術の開発は多くの光技術関係者によっても行われたが，基礎研究が一巡するといつの間にか光サイドからの関心が薄れてしまった。しかし，このことは製品化へのステップアップが行われるというフェーズに達したということでもあって，今回の特集にもあるように樹脂だけではなくて，素材としては紙や金属を用いて積層するという方式は，すでに「光造形」あるいは米国での表現である「ステレオリソグラフィ」の時代からスタートしていた。実は本誌No.121（1989）およびNo.126（1990）にはすでに「3次元プリンター」や「3 次元ファクス」に関するニュース記事が紹介されており，軍事技術関連をにおわせる記述内容ともなっている。米国GE 社のある技術者によれば，現時点でも3インチ立法程度のサイズであれば強度的にも十分実用に耐えられる機械部品が製造されているという。同社では金型を用いずに機械部品の生産を行うことを計画しており，まず次世代ジェットエンジン（LEAP）の燃料ノズルを生産するとのことである。製造業に本当に3D 革命が産れるかどうか今後が見ものである。
　こうした3Dプリンターに関しては，光学分野に軸足の1つを置く本誌のようなジャーナルでは，特集号の切り口が必ずしも簡単ではなかった。そこでまずは典型的な光関連技術として，青木洋氏によるデータ入力手段としての3 次元形状測定器が興味深い。実利用のために扱いやすい小型軽量のポータブル型システムになっており，従来の門型やアーム式の三次元測定装置の概念を破るシステムとして今後の発展と普及が期待される。
　さて今後3Dプリンターが各種産業分野に定着するかどうかは，ある意味では「用途開発」に依存する。今回の特集では，工業界ではどのような発想のもとに，そして具体的にいかなる検討を経てどのような「ものづくり」に利用されているかに関して，実務者として中川敦仁氏に述べていただき，さらには医学，バイオ関連分野での応用を含めている。医学分野への臨床応用にはまだまだ困難な面があることが懸念されるが，3Dプリンターの最大の特徴である「個別的な一品生産」を可能とするというメリットがまさしく適切に生かされている典型例である。また，遠藤達郎氏によるナノフォトニクスデバイスの製作は今後の発展とともに将来に期待するところが大きい。なお，ナノオーダーでの加工に関しては，ウイーン工科大学における2 光子リソグラフィ技術が次々と発表されており，全長が30 μm 程度のドラゴンや全長が300 μmのレーシングカーなどは眺めるだけでも楽しい。著作権の関係でここへの転載が困難であるためにご覧いただけないのが残念であるが，是非造り上げられたこれら微小物体の写真をご覧になり感嘆していただきたい^2）～4）。
　その他の同大学関連のサイトでは製作過程を示す動画を含めて興味ある結果を見ることもできる（http://www.tuwien.ac.at/en/news/news_detail/article/7444/）。

　最近のマスコミ報道に見られるように，3Dプリンティング技術に期待する向きは多いが，その加工技術としての最大の特徴は，（切削や研削技術のような）除去加工ではなくて，積層方式に代表される付加加工（additive manufacturing）であることにある。そして自由形状を造り出すことができることから大きな注目を浴びている。図2は三次元スキャナーによって取り込んだ三次元データに基づいて，縮小して造り出したミロのビーナスである。これは光硬化性樹脂を用いて積層方式による「光造形法」によって製作されたものである。


　したがって，このモデルはスキン（皮膚）だけから成り立っていることが図からも分かる。このように，1990 年当時から期待されていた用途の1つが医学応用であって，X 線CTによって取得されたデータから生きている人の頭蓋骨が製作されたりしていた^5）。最近の例として，図3は人口関節の研究に関連して試みられているサンプルであって，3Dプリンターによって製作された関節が大腿骨の石膏模型に組み合わされている^6）。


　なお，一般論としての3Dプリンターに関しては読みやすい書籍がいくつか出版されており，なかでもクリス・アンダーソンによる著作^7），8）は製造業の未来を考えるのに適していて広く読まれている。