つれづれデジカメ日記

昨今、突如として急に大きな注目ｗお浴びるようになった3Dプリンターですが、実は3Dプリンターとしての歴史は30年以上前からある事を知っていましたか？ここでは、あまり知られていない3Dプリンターの歴史について紐解いていきたいと思います。

3Dプリンターの歴史とは？

本来の3Dプリンターとは、工業用として自動車や家電製品の部品サンプルを試作する為に活用されてきた機器です。特許が切れた事で、低価格化が進行して近年では急速に3Dプリンターの普及が広がっています。1990年代の会社や企業でも、商品開発の為に3Dプリンターは活用されており、その頃のプリンター価格と言うのは、1000万円以上する高価な機器でした。また、当時は3Dプリンターではなく、ラピッドプロトタイピングと言われており、「早く＝Rapid」「試作＝Prototype」という意味があります。個人や小規模企業が3Dプリンターを導入するには敷居が高く、導入していた多くは大手企業の商品開発部門や試作専門業者等が一般的となっていました。現在では、会社や企業の規模に関わらず多くの場で、3Dプリンターは活用されており活躍シーンは広まっています。

最初に3Dプリンターを考案したのは日本人

3Dプリンターを考案して最初のは1980年です。名古屋で技術士として働いて小玉秀男氏によって、現在の3Dプリンターの元となる光造形の付加製造が開発されます。新聞印刷の仕組みを3次元製造に応用させた事が、3Dプリンターの始まりと言われています。
光造形の革新的部分と言うのは、従来の製造機械が物を削り出す手法に対し、物を積み重ねていく足し算手法の部分にあります。この手法によって、従来の製造手法では難しいとされていた複雑なインターフェースも表現となりました。当時は、ラピッドプロトタイピングと言われており、その名の通り早く試作品を作る事を目的に活用されていました。今でこそ、最終製品を作る機器として仕様される3Dプリンターですが、当初は工業製品の試作品利用で活用されていた機器になります。

米国で3Dプリンターと命名された

小玉氏は3Dプリンターの特許申請の出願中に海外へ留学に行きます。手続きには審査請求が必要になるのですが、留学中い審査制限が切れて無効になってしまいます。それから少し時間が経った1987年、米国でチャック・ハル氏が同様の特許出願を行います。特許名称として光造形を用いる3Dステレオリソグラフィー特許とし、内容は小玉氏の光造形の3次元造形と同様のものになります。そのタイミングで、3Dプリンターと言う現在の名前に上書きされます。
その後、チャック・ハル氏によって3D Systems社が創業します。同社は、後に世界最大の3Dプリンター企業として大きな成長を遂げます。米国の3DプリンターメイカーであるStratasysも、FDMの積層方式3Dプリンター特許を取得し、FDMは光造形とは異なる方式でプリントを行うタイプなります。その後、これら2社が取得した特許を元に3Dプリンターは大きく成長していき、世界的に3Dプリンターの実用化が始まっていきます。

時系列で見る3Dプリンターの歴史とは？
2006年オープンソースキット「RepRap」登場

イギリスが中心となって、デスクトップ型の3Dプリンターであるオープンソースハードウェアを立ち上げます。世界初となるオープンソース3Dプリンターとして、世の中の多くの人が利用されるようになります。現在でも、RepRapは家庭用3Dプリンターモデルになっています。

2009年3Dプリント技術特許が切れる

米国にて3Dプリンター技術特許が取得され、それから約20年が経った2009年にFDM方式3Dプリント技術特許が切れます。そのタイミングで、多くの会社や企業が3Dプリンター市場に参入するようになり、3Dプリンターは今まで以上の進化・改良されるようになっていきます。
特に、家庭用3DプリンターはFDM方式がメインだったので、企業から個人までが開発に取り組むようになります。このように、2009年を機に世の中では3Dプリンター時代を迎え、クラウドファンディングでも新たな3Dプリンターが登場しています。家庭用3Dプリンターは低価格やデザインの多角化が進んだ事で、1万円を切る機器も登場するようになります。また、産業用3Dプリンターに関しても、それこそ販売当初の頃は1台1億円程度していたプリンターが、3Dプリンター時代の頃には数百万～1千万円程度でハイクオリティの機器を購入する事ができる時代になります。

2012年米国オバマ大統領が3Dプリンターを支援

National Additive Manufacturing Innovation Instituteを略したNAMILは、3Dプリンターの積層造形技術開発を行ってる研究になります。他国言語の米国では、製造の際に2D図面より非言語な3Dプリンターの方が適しているという見解を持って、3Dプリンターの開発を積極的に行っている施設です。また、教育現場でも3Dプリンターを導入する等、米国で3Dプリンターが支援されるようになります。

2013年3Dプリンターブーム到来

2012年頃から3Dプリンターの様々な話題が出てくるようになり、突如2013年に3Dプリンターブームが到来します。「3Dプリンターは何でも作れる箱！」と言うのがキャッチコピーとなって、多くのメディアに取り上げるようになります。リーズナブル価格な家庭用3Dプリンターの登場、ペット・人物のフィギュア製作等、会社や企業だけに留まらず一般の方も興味・関心を持ち始めるようになっていきます。
3Dプリンターブームは昔にも何度かありましたが、最終製品に仕様されると言う点が今まで最も大きな盛り上がりを見せたきっかけになります。医療、エンターテイメント、バイオ、アパレル等、3Dプリンターの活躍シーンは多岐に渡り大きな可能性を見せる事になります。また、アベノミクスの影響が追い風になり、会社や企業が設備投資に3Dプリンター導入を試みる事も多くなりました。
同時期に、有名大手企業が3Dプリンター市場に参入し、ブース到来の2013年には動画コンテンツ配信業者も参入する等、市場も大きく盛り上げりを見せます。このように、異業種問わずに多くのプレイヤーが増え、家電量販店でも3Dプリンターを取り扱うようになります。こうして次々に大手企業が3Dプリンター市場に参入し、日本市場も活発になっていった歴史があります。

3Dプリンターブームのきっかけとは？

3Dプリンターにとって2013年は大きな節目の年です。この年に行われたオバマ大統領の一般教科書演設が注目のきっかけになっています。「The 3D Printing that has the potential to revolutionize the way we make almost everything.(3Dプリンターはものづくりに急激な変化をもたらす可能性がある）」と会議で発表され、施政方針でオバマ大統領が3Dプリンターを取り上げた事で、世の中の3Dプリンターに対する注目度が一気に高まります。3Dプリンターは、もはや産業界から一般にまで広く知られる言葉となっていきます。
こうして、一般層にも浸透した3Dプリンターは、多くの人が高い関心を示すようになります。3Dプリンター元年と言われていた2013年は、3Dプリンター展示会ブースで予想の超える人が訪ねる等、高い人気を伺う事ができます。テレビや雑誌等でも取り上げられた事で、3Dプリンターのセミナーは常に満員の状態が続きました。

3Dプリンターの未来を語る著作

3Dプリンターブームを語る上で欠かせないのが、2012年出版のくりす・アンダーソンが著作の「MAKERS~21世紀の産業革命が始まる~」です。3Dプリンターをものづくりの根本から変える革新的技術として捉えて書かれた本になります。アメリカのタイム誌で世界に影響力のある100人にも選ばれたクリス・アンダーソンですが、今までには無かった新しいものづくりの概念であるパーソナルファブリケーション示しました。

時代のパソコンや技術の普及が追い風となる

オバマ大統領が一般教科書演説で積層造形に焦点を当てると宣言、前年の2012年にはアメリカ国防省がNAMII創立に3000万ドルを投入する等、アメリカでは3D造形技術開発が積極的に行われています。また、3D CADの普及、パソコンやグラフィックス環境向上、3次元積層造形技術進化等、これらの要素もブーム到来の大きな要因になります。こうして、2013年まさに官民を挙げての政策、投資、関心が重なった年と言え、新しい時代の技術として登場したのです。

最新の3Dプリンターの傾向とは？
リーズナブル価格な3Dプリンターが増えた

日本でもクラウドファンディングサービスが広まり、3Dプリンターの特許切れとの相乗効果で、現在ではリーズナブルな3Dプリンターが数多く開発されています。多くの技術者が参入してしのぎを削り、短時間で3Dプリンターの改良ｈが重ねられ、機器の品質に関しても一定レベルの安定したものが製作されるようになっています。3Dプリンター開発初期の安価でそれなりの性能の機器から、現在は安価でありながら一定レベルの品質機器にまで進化しています。なので、簡単な試作品であれば十分な性能になっている機器が今は多く販売されています。

ハイクオリティな3Dプリンターの進化

一方、産業用のハイクオリティな3Dプリンターも同様です。実際に、様々な3Dプリンター開発が進められており、CLIP製法方式の新しい性能を持った3Dプリンターが実用化されたり、新しい技術が採用された新製品が発売されたり、新しい技術を採用した製品が次々に生み出されています。このように、今まで以上により実用化できて、最終製品として使用できると言う事を目指して3Dプリンター開発が進んでいます。
今でも産業用として3Dプリンターは、試作品をはじめ一部最終製品にも使用されてきましたが、より一層使用頻度が高まっていく事が予想されています。もはや、航空宇宙産業では1gでもパーツの重量を軽くする為に、1つでもパーツ数を減らす為に、3Dプリンターが使用されている事は、知る人ぞ知る事実ですよね。このように、3Dプリンターで作られたものが広まり、あらゆる身近なものが3Dプリンターで作られる時代になる事が予測されています。

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１.家庭用３Dプリンターで作れるもの１:フィギアやミニチュア

まずはフィギアやミニチュアなどの模型です。フィギアと聞くとアニメキャラクターのものがすぐ思い浮かびますが、中には１体何万円もする製品も存在します。フィギアがいくら好きでも、さすがに何万円もするものを何体も買うわけにはいきませんよね。

そこで３Dプリンターを使って自作するという手があります。いきなり市販品のような高品質のものが作れないとしても、少しずつ習性を加えながら自作するのは楽しいものです。またオリジナル作品を作ることで、市販品にはないポーズやバージョンで製作できるというメリットもあります。

キャラクターだけでなく、建築物のミニチュア模型なども制作できます。家やビル、塔など好きなもののデータを作ったり集めたりすれば、ちょっとしたジオラマもオリジナルで作れてしまいます。

フィギアづくりに向いている３Dプリンター
フィギア作りで向いている造形方式は光造形や熱溶解方式です。これらのタイプだと、プリンティングしたあとにやすりなどで磨くことで表面をきれいにできるので、仕上がりもさらっとしたものになります。ごつごつしたフィギアだと飾っても楽しくないですよね。ですから造形方式は慎重に選びましょう。

一般的に家庭用プリンターとして販売されているのは光造形や熱溶解方式なので、フィギア作りにはもってこいです。素材はアクリル系樹脂やABS、PLA樹脂などを使いましょう。

２.家庭用３Dプリンターで作れるもの２:スマホケース

3Dプリンターを使うとスマホケースを制作することもできます。スマホケースは毎日のように使うものなので、できるだけお気に入りのデザインのものを使いたいですよね。でも市販品ではなかなか好みのものが見つからないということがありますよね。そんな時は３Dプリンターで自作がおすすめです。

スマホケース作りに向いているプリンター
スマホケース作りに向いているのはナイロン樹脂です。ナイロンは材料費が安いうえに耐久性が強いという特長があります。そのため色々な所に置いたり手でしょっちゅう触ったりするスマホケースにはぴったりです。

ちなみにナイロン樹脂はスマホケースだけでなくクッキーの型などを作るのにも適しています。中に入れるものは違いますが、どちらも耐久性が求められるという点で共通しています。

ナイロンを使う場合は造形方式は熱溶解積層方式が良いでしょう。

3 .家庭用３Dプリンターで作れるもの３:アクセサリー

女性には特にうれしい点ですが、３Dプリンターではアクセサリーづくりも自由自在です。ブレスレットや指輪やネックレス、ピアスなどを自分オリジナルのデザインで作れたら良いですよね。自分で作れば市販品にはないユニークなデザインで製作したり、好きなカラーのものをプリンティングしたりできます。

アクセサリー作りに向いているプリンター
アクセサリーを作るには金属がおすすめです。金属を使えば自作とは思えない高級感のある逸品を作れちゃいます。まだまだ家庭用プリンターでは金属対応のものがメジャーではありませんが、10万円以下でも購入できるものが出てきています。

金属ではない場合はABS樹脂やPLA樹脂を使うこともできます。

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ロボットだけで作業するのは難しい
協働ロボットはあくまで人の作業をサポートするような使われ方に適しているロボットなので、作業工程を全て自動化するような用途には適していません。

無人での作業は難しいかもしれませんが、協働ロボットと人間の強みをうまく掛け合わせることによって作業を効率化することができます。

ロボットの専門知識が必要
協働ロボットを実際に導入する場合は、定期点検やメンテナンス、誤作動への対応といった専門知識を持った人材が必要になります。

またロボットの動きをプログラムする「ティーチング」と呼ばれる作業ができる人材も必要となります。そのため長期的な視点を持って協働ロボットを扱える人材の育成を進めていく必要があるでしょう。

誤作動の可能性がある
ロボットや機械には誤操作や故障が発生するリスクが常にあります。

たとえばプログラムの設定を間違え誤作動を起こしてしまったり、災害時などに電源供給システムなどのトラブルが発生した場合の対処法を事前にシミュレーションしておく必要があります。

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作業効率が向上する
産業用ロボットを導入することで生産ラインにおける作業効率を上げることが可能です。

例えば、ロボットは営業時間外でも24時間365日稼働できるため、生産性を維持しながら作業員の時間外労働を減らすことが可能です。

自由度が高い動きができる
多関節ロボットは多関節（多軸）構造によって人間の腕のように自由度が高い動きを実現できます。そのため従来のロボットでは困難であった熟練工のような繊細な技術も再現可能です。

熟練工の技術をロボットで再現することで、少子高齢化などによる技術継承問題を解消することができるというメリットがあります。

可動範囲が広く設置面積が少ない
多関節ロボットは可動範囲に対する設置面積が少ないため省スペースで設置できる点が魅力です。また垂直多関節ロボットであればアームを360度回転させることも可能です。

限られたスペースしかない工場内であっても、製造ラインのレイアウトに合わせて柔軟に設置できる点がメリットです。

汎用性が高い
多関節ロボットの先端部分にある「エンドエフェクタ」は作業内容に応じて付け替えることができます。そのため同じロボットを使って搬送から組み立て、溶接などの目的に応じた作業をすることも可能です。

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