つれづれデジカメ日記

ここでは、大きく分けて下記の3つに分けて紹介していきます。

造形方式から選ぶ
機能から選ぶ
材料で選ぶ
どれも、3Dプリンターを選ぶ判断基準になる非常に大事な要素です。一つずつしっかり見ていきましょう。

造形方式から選ぶ
まずは、最も大切な「造形方式」から説明していきます。

なぜなら、機能や価格など3Dプリンターを選ぶ上で大切な要素はありますが、その中でも「自分が理想とする造形物」を作る際には「造形方式」が最も大切だからです。

ちなみに、あなたは3Dプリンターに何を求めますか？


精度ですか？
速さですか？
強度ですか？
コスパですか？
それがはっきり決まっているのであれば、下記の代表的な造形方式の特徴を基に自分に合った造形方式を決めることが出来ます。

光造形方式
熱溶解積層方式
光造形方式は、高精度で人気のベーシックタイプです。

複雑な形状を作りたい方には、精度の高いこの光造形方式がおすすめです。

熱溶解積層方式は、コンパクトサイズでに優れています。家庭用の3Dプリンターのほとんどがこのタイプです。

初めて使う方や趣味として3Dプリンターに挑戦したい方には、熱溶解積層方式がおすすめです。

機能から選ぶ
造形方式が決まったら、3Dプリンターの機能を確認しておきましょう。

機能を事前に確認しておかないと、多くの時間とお金を失う可能性があります。

なぜなら、せっかく商品を購入しても設定方法がわからず、多くの時間を費やしてしまったり、最悪そのまま放置したりする場合があるためです。

ここでは、3Dプリンター初心者におすすめの機能について紹介します。

スライスソフト(スライサー)


3Dプリンターで造形物を作成するには、スライスソフトが必要です。

なぜなら、3Dプリンターは、スライスソフトのデータを基に出力するためです。

スライスソフトは、無料から有料のものまであります。

初心者の方は、すでに本体にダウンロードされているスライスソフト、そして、使い方がわかりやすいもの、もしくは、サポートがしっかりしているものを選びましょう。

材料を選ぶ

3Dプリンターは、造形方式により、どの材料を使用できるかが異なります。

中には、その3Dプリンター専用のものしか使えないものもあるので、事前に確認しておきましょう。

光造形方式：レジン(表面が滑らかで、造形精度が高い)
熱溶解積層方式：ABS樹脂・PLA樹脂(光造形に比べて仕上がりに劣るが、コスパが良い)
3Dプリンターは、上記のように各造形方式によって、材料の特徴が異なります。

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それでは、実際にどのようにして医療分野へ3Dプリンターが利用されているのでしょうか。ここでは、医療分野での代表的な3Dプリンターの使い道についてご紹介します。

なかには、応用として3Dプリンターの利用方法を検討されているものもあります。今後の研究によっては、ここでご紹介しているもの以外にも、さまざまな使い道が発見されるかもしれません。

臓器や骨モデルによる手術支援
3Dプリンターは、臓器や骨モデルの造形をすることで、手術のアプローチの検討や、手術前のチームメンバーの打合せ材料として利用できます。

臓器や骨モデルは、CTやMRI画像の2次元データを統合し、3次元化したものを利用して製作が可能です。そのためモデルの製作はスムーズに行えます。

昨今の3Dプリンターは、高い造形精度を有したモデルもラインナップされているので、精密な臓器や骨モデルの製作に対応できます。これらのモデルが精密であるほど、シミュレーションも正確になり、手術の安全性が向上します。


医学教育用のシミュレータ
3Dプリンターの長所である試作品製作能力が、医学教育用のシミュレータ製作に貢献した事例があります。ここでご紹介する医学教育用のシミュレータは、医学生や看護師が現場で活躍する経験値を積むために、採血・頸動脈の視診・動脈の触診などを行えるモノを指します。

医学教育用のシミュレータは、メーカーだけである程度のところまでは製作できるものの、専門的な部分は医師などの専門家が監修を行い、細かいチェックが行われます。完成度の高い製品を提供するため、チェックの工程で身体の部位を何度も作り直す必要がありますが、精度の高い3Dプリンターを利用することで、スピーディーに試作品を用意でき、すぐに問題点を洗い出せるようになります。

これにより、人体モデルをより人に近い形で製造できるようになり、結果的に高い技術力を有した医療従事者を現場に送りだすことが可能になります。

患者や家族へのインフォームドコンセント
インフォームドコンセントとは、患者や家族が病状や治療について理解し、医療職も患者や家族の意向や状況の説明を受け、どのような治療を行うのかを情報共有し、全員が合意するまでのプロセスを指します。

医療現場では、医師が治療を行うにあたり、患者へ適切な説明を行い、理解を得なければなりません。ただし病状の内容が複雑なものだと、言葉だけで説明しようとしても、患者側は理解しにくい場合があります。

このようなときに、3Dプリンターで説明に必要な部位のモデルを用意していれば、患者への理解が深まるようになり、治療の同意も得られやすくなります。また、実物の形状に似たモデルを手に取って説明することで、担当医と患者でコミュニケーションが取りやすくなり、より高い信頼感が得られるようになります。


人工臓器などへの応用
3Dプリンターは、人工臓器などの再生医療に活用できるのではないかと検討・研究がされています。

大阪府吹田市にある国立循環器病研究センターでは、心臓の中で血液の逆流を阻止するための「心臓弁」を代替できる「人工心臓弁」の開発研究が行われています。人工心臓弁のひな形となるシリコン製物体の造形に、精度の高い3Dプリンターが採用されており、多くの試作品を生み出しています。さらに、患者の心臓弁の形状を3D撮影し、そのデータを元にオーダーメイドの人工心臓弁を作る方法も可能と言われています。

また、応用として、心臓に栄養を与える冠動脈のような2～3mmの細い人工血管や、「ステンドグラフト」と呼ばれる、人工血管の回りにバネ状の金属を取り付けたモノを、3Dプリンターで作れる可能性があるとの見解もされています。

義手・義足の製作
義手や義足は、装着する部分の形状が各々で異なるほか、細かな調整も必要とするので、オーダーメイドでの製作が求められるものです。また、成長や生活習慣などに合わせて、義手や義足の調整を行う場合もあります。

そのため義手や義足は、通常では大きくコストがかかりますが、3Dプリンターを用いて製作することで、コストを削減できるようになります。義手や義足の価格が高いために、これらを必要としながらも購入を諦めていた方に、少しでも普及できるような取り組みがされています。

装着部位の形状は、3Dスキャナーを用いて使用者に合わせた形状に製作するだけでなく、コンピューターでシミュレーションを行い、構造を最適化して、優れた強度と軽量性を両立する研究も進められています。

歯科医療での歯列模型や型製作
3Dプリンターは、歯の治療で必要な歯列模型やマウスピース用の型製作にも採用されています。3Dデータは、口腔内スキャナー・CT・MRIなどから取得して3Dプリントを行います。

従来の方法では、作業者の習熟度により製品の仕上がり具合に影響が出ることもありますが、スキャナーや3Dプリンターなどの機器を用いてシステム化することで、均一な仕上がりの製品を供給することが可能です。

精度の高い3Dプリンターであれば、複雑な形状の模型を造形できるため、歯科医療においても、手術支援やインフォームドコンセントに利用されています。

また、口腔内スキャナーで得たデータから義歯を作る技術も研究されつつあります。3Dプリンターは、造形スペースに収まる範囲であれば、複数のモデルを同時に作れるほか、オーダーメイド品の製造に適しているので、義歯製作との相性にも優れています。

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日本は地震が多い関係上、建築物の強度や素材、工法が建築基準法にて厳しく定められており、建築物を3Dプリンターで印刷するのが困難です。

しかし、床面積10平方メートル以下の建築物は建築基準法の対象外となるため、過去に小型の住宅やトイレが3Dプリンターを用いて建築されています。また、2022年2月には日本国内初の建築許可を得た3Dプリンター建築がされており、今後の建築業界による3Dプリンターの発展に期待がかかります。日本での活用事例の詳細については、後述の「建築業界における3Dプリンターの活用事例」にてご紹介しますのでチェックしてみてください。



一方、海外ではアメリカ・ドイツ・ベルギー・オランダ・ドバイ・中国などで、多くの3Dプリンター建築の実績があります。現状、日本よりも海外のほうが3Dプリンター技術の導入が盛んに行われており、マンションやコンクリート橋のような大規模の建築や、資金の補助がされている国もあります。


3Dプリンターを用いた建築は、工期を短縮できることから、わずか数日での建築が可能です。また、建築に用いる材料やエネルギー消費量、CO2排出量の削減が期待でき、海外では環境に優しい建築物としても注目されています。

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近年の製造業では、「多品種小ロット化」が求められることが背景にあります。

多品種小ロットとは、多様な種類の製品を少しずつ作る生産方式のことです。機械工業の分野においては、広く採用されています。


従来の生産ラインでは、同じ商品を大量に作る生産方式の「少品種大量生産」が採用されてきました。品質が安定しやすい、コストが安い、製品の出来栄えが作業者のスキルに影響されにくいというメリットがあったからです。


しかし、製造業のグローバル化に加えて、日本国内でも顧客ニーズの多様化が進み、商品のライフサイクルが短くなっています。そうした背景に対応するために、多品種少ロット生産が主流になりつつあります。

そして、その多品種小ロット生産を行うのに最適なツールとして、3Ⅾプリンターを活用して治具を製作する現場が増えているのです。

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「医療業界」と一口に言っても、業種は多種多様です。まずは業界の全体像について整理した上で、市場動向について解説していきます。

医療業界の全体図
医療業界の中心部に位置するのは、最も身近な存在である病院や診療所などの「医療機関」です。続いて、医薬品の創薬・生産を担う「製薬会社」と、治療・診断に使用する機器製造を担う「医療機器メーカー」も医療の世界には欠かせません。さらに、医薬品開発や治験業務を代行する「CRO（医薬品開発業務受託機関）」や「SMO（治験施設支援機関）」、医薬品を代理販売する「CSO（医薬品営業マーケティング受託機関）」も関連業界として挙げられます。

医療と密接な関係にある「介護施設」や「福祉施設」なども含めれば、医療業界は数多くの業界を内包しています。


医療関連市場は安定して拡大中
日本の医療業界における市場は、全体を通して堅調に増加する傾向にあります。この傾向は、先進国特有の「高齢化の進展」「医療技術の進歩」「健康志向の上昇」といった要素による、医療関連分野の商品・サービス利用者の増加が主な要因です。他の大規模産業である「卸売・小売業」「製造業」「鉱業・建設業」と比較しても、医療は景気の影響を受けづらく、就業者数は2030年推定で製造業や卸売・小売業に並ぶ962万人まで増加する推定も出ています。

医療業界成長を急かす「2025年問題」
医療業界は安定成長の一途ですが、長年日本で問題となっている「少子高齢化」の影響を受けて、「成長を余儀なくされている状態」と言っても過言ではありません。日本の人口推移からして、2025年には団塊世代（1947～1949年生まれ）が後期高齢者となり、国民の3人に1人が65歳以上、5人に1人が75歳以上という過去に例を見ない高齢化の時代が訪れます。この超高齢社会を超える高齢化問題は、「2025年問題」と呼ばれています。


さらに時代が進んで2040年になると、高齢化はさらに進展します。国立社会保障・人口問題研究所の推定（2017年時点）では、2040年には日本の人口が1億1000万人まで低下し、1.5人の現役世代が1人の高齢世代を支えるようになるとされています。労働人口の減少だけでなく、医療業界への負担が増加する未来は容易に想像が可能です。

上記の国家的危機とも言える未来に対し、医療業界ではさまざまな施策が講じられています。予防医療・再生医療・遺伝子治療へのシフト、地域包括ケアシステムの構築、ロボット・ICTの活用などアプローチはさまざまですが、ようやくここで本題の「ロボット」が登場します。以降では、医療へのロボット活用可能性について言及していきます。

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