3Dプリントの歴史: 実は1984年に発明されていた!?

3Dプリントは、最新の技術のように見える。しかし、信じられないかもしれないが、ほぼ40年前に生まれた技術なのだ。そして、3Dプリントの誕生と切っても切り離せない「アディティブ・マニュファクチャリング技術」は、レーガンが大統領に再選された時代 (日本は中曽根政権時代) から存在している。その3Dプリントの歴史を辿ってみよう。

1981年–1999年: アディティブ・マニュファクチャリングの幼年期

3Dプリントには、アディティブ・マニファクチャリングという技術が用いられている。アディティブ・マニファクチャリングとは積層造形とも呼ばれ、層を1層ずつ追加していくことでモデルを造る技術であり、付加製造技術とも言う。3Dプリントの歴史を振り返るには、まず、このアディティブ・マニファクチャリングの歴史を紐解かなければならない。

小玉秀男の「ラピッド・プロトタイピング」とチャールズ・ハルの「光造形法」

1981年、名古屋市工業研究所の小玉秀男氏が、光硬化樹脂 (フォトポリマー) を使ったラピッドプロトタイピング・システム (詳細は後述) を発表。硬化させた層を積層することでモデルが作られ、各層はモデルのスライスになっている。

その3年後、1984年にチャールズ (チャック)・ハル氏が光造形法を発明。この光造形法では、デザイナーがデジタルデータで作った3Dモデルを、立体の造形物の作成に使うことが可能だ。

この光造形で重要なのが、アクリルをベースとする光硬化樹脂素材だ。光硬化樹脂で満たされた槽に紫外線レーザービームを照射すると、光の当たった部分が瞬時にプラスティックに硬化して、3Dモデルのデザインが立体の造形物となる。この新たなデザインは、もちろん発明者たちにとって大きなニュースであり、これは理論的には、製造の際に必要となってきた巨額の初期投資なしに、デザインのプロトタイピングとテストができることになる。

デスプトップマニュファクチャリング社の「選択的レーザー焼結」

チャールズ・ハル氏が設立した3Dシステムズは、ビル・クリントン大統領がTV番組でサックスを披露した1992年には世界初の光造形 (SLA: Stereolithographic Apparatus) マシンを生み出し、積層方式により複雑なパーツを、従来と比較すると飛躍的な短時間で作れるようになった。同年、スタートアップのデスプトップマニュファクチャリング社が、液体でなく粉末へレーザーを照射する、選択的レーザー焼結 (SLS: Selective Laser Sintering) マシンを発表している。

こうしたテクノロジーは未成熟で、まだ完成されていなかった。材料の硬化時には歪みが生まれ、マシンはホームユースには向かない高価なものだったが、ポテンシャルは無視できないものだった。そのポテンシャルに現在も追求の余地があることは、これまで築かれてきた3Dプリントの歴史が証明している。

1999年–2010年: 3Dプリントの思春期

それから2000年まで、スリリングな日々が続いた。「ビバリーヒルズ高校白書」、「ビバリーヒルズ青春白書」の放送が続いただけでなく、3Dプリントによる器官が初めて人間に移植されたのだ。

医学的な3Dプリントの活用

ウェイクフォレスト大学再生医療研究所の科学者たちは、人間の膀胱の合成足場材をプリントし、それを患者の細胞で覆った。患者に埋め込まれた、こうして作られた組織は、自己の細胞から作られているため、免疫システムからの拒絶反応がほぼ無い。

医学的には3Dプリントにおける輝かしい時代だったと言える。わずか10年という短い時間で、機能するミニチュアの肝臓や、構造内に複雑な構成パーツまでプリントされた義足、人間の組織だけを使ってバイオプリントされた最初の血管が、さまざまな研究所やスタートアップ企業から生み出された。

エイドリアン・ボイヤーのRepRap

また、3Dプリントとオープンソース・ムーブメントの遭遇が生まれた時代でもあった。2005年には、エイドリアン・ボイヤー博士によるRepRapプロジェクトが、自作できる、もしくは少なくとも大半のパーツをプリントできる3Dプリンターのイニチアチブを立ち上げる。2008年にリリースされたDarwinは、自己複製するプリンターであり、それだけができた。世界中の人が、突然、思い描いたものを何でも作れるパワーを手にしたのだ。(参考情報: 2009 年にスタートしたKickstarterは、設立以来、無数の3Dプリント関連プロジェクトのクラウドファンディングを行ってきた)

こうした製造の民主化は、2000年代半ばまでには一般にも知られるところとなり、またマス・カスタマイゼーションのアイデアともなった。2006年にSLSマシンの販売が始まると、生産用パーツのオンデマンド製造が実現。3Dプリンティングのスタートアップ企業、Objet (その後、ストラタシスと合併) は複数材料のプリントが可能なマシンを作り、これによりひとつの部品を、異なる材料特性による、複数のバージョンで製造できるようになった。

低価格で製造できる3Dプリントの登場

この時代のクリエイティブな革命としては、デザイナーが顧客やその他のデザイナーからのフィードバックを集め、その後作品を低価格で製造できる3DプリントのマーケットプレイスShapewaysなど、コラボレーティブな共同クリエイション・サービスの誕生が挙げられる。また、メイカーズが3Dプリンターや作品を作れるよう、オープンソースのDIYキットを提供するMakerBotの登場も、その最後の一押しとなった。こうなると、デザイナーやイノベーターの仲間入りをするバリアは、日に日に下がっていった。

2011年から現在まで: 3Dプリントのゴールデンタイム

2011年以降の数年を振り返ってみると、まるで未来を生きているようだ。3Dプリントされたジェットパックも、間もなく登場するかもしれない。

トールドの指輪、無人飛行機も3Dプリントで政策可能に

3Dプリンターの価格がどんどん下がり、3Dプリントの精度も向上したが、イノベーターたちの要求は、チャールズ・ハル氏が想像できた世界を超えるほど高まっている。もう、デザイナーたちがプリントするものは、プラスティックに制限されていない。ゴールドやシルバーで夢の婚約指輪をプリントすることも可能だ。サウサンプトン大学のエンジニアは、3Dプリントによる世界初の無人飛行機を飛ばしているし、KOR Ecologicはボディが3Dプリントされ、高速道路で85km/lの燃費を実現する車、Urbeeのプロトタイプを制作した。

住宅や芸術作品など3Dプリンターの進化は止まらない

3Dプリントは現在、宝石や航空機だけでなく、途上国向けのアフォーダブル住宅の製造にも使われるようになり、ビジョナリーたちはスマートのロボットアームや骨置換、原子数個分の大きさのパーティクル (これにより、さらに小さなエレクトロニクスやバッテリーを実現可能) など、あらゆるもののプリントを始めている。

3Dプリントはこうした進化を遂げ、この原稿が掲載されるまでの間にも、世界のどこかでアディティブマニュファクチャリングによるブレークスルーが起きているに違いない。もう、全てを追いかけるのは不可能に近い。将来的には、子供たちは教室の3Dプリンターを使って芸術プロジェクトに取り組み、歯科医はカスタムプリントした義歯による治療を行えるようになる。私はとりあえず、ジェットパックを手に入れられる日を楽しみに待つことにしよう。

3Dプリント関連の3つの意外な事例 (順不同)

• NASAはフードから宇宙で使える初めての無重力3Dプリンターまで、3Dプリントに関するさまざまな提案をしている
• 人間の頭髪より細いものを作れる3Dプリンター (Photonic Professional GT) は既に市販されている

• Kickstarterで2億円以上を集めたことで有名な3Dプリントペン、3Doodlerを使ってアニメーターのルイス・デロサ氏が、年内にヘクサコプターのフレームを採用したドローンを作っている。

本稿は、2014年9月に掲載した記事を更新したものです。